姜鈺瑋,陳珍,朱凱旋
(臺州學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 浙江省植物進(jìn)化生態(tài)學(xué)與保護(hù)重點實驗室, 浙江 臺州 318000)
大葉梔子(GardeniajasminoidesEllis var. grandiflora Nakai.)盆栽購于花卉市場,四年生(圖1),茜草科,常綠灌木,葉片革質(zhì),葉表面有明顯的凹陷深溝。紅葉石楠(Photinia×fraseriDress)和錦繡杜鵑(RhododendronpulchrumSweet),與大葉梔子植株高度一致,由校園綠化區(qū)移栽,在實驗室養(yǎng)護(hù)一個月后用以實驗。紅葉石楠,薔薇科,常綠灌木,葉片革質(zhì),葉表面無毛,覆蓋蠟質(zhì)層,表面較光滑,褶皺少。錦繡杜鵑,杜鵑花科,常綠灌木,葉表面粗糙,被微柔毛和糙伏毛,布滿溝狀組織。實驗時為避免基質(zhì)的干擾,以保鮮膜包裹花盆。
圖1 供試的大葉梔子
1.2.1 試驗裝置設(shè)計
參照梁丹等[17]的氣室模擬裝置制作原理,自制試驗裝置:由4個60 cm×60 cm×60 cm的正方體玻璃裝置組成,各氣室間用軟管相連,軟管長度與孔徑一致(圖2)。玻璃裝置A作為氣體發(fā)生裝置,內(nèi)置PM2.5產(chǎn)生原料和鼓風(fēng)裝置;B、C和D為接收PM2.5的熏氣裝置;各裝置出口與軟管相連處貼上0.45 μm的專用濾膜。
圖2 試驗裝置的設(shè)計情況
1.2.2 PM2.5產(chǎn)生原料
根據(jù)PM2.5的主要組分,在試用了香煙、蚊香、煤炭、木炭和蠟燭等原料的基礎(chǔ)上,根據(jù)PM2.5檢測儀(?,擜R830,量程1~1 000 μg·m-3)監(jiān)測燃燒20 g上述各種物質(zhì)所產(chǎn)生的PM2.5濃度變化情況,確定產(chǎn)生PM2.5的最佳原料配比V(煤炭)∶V(蠟燭)∶V(香煙)為20∶10∶1。
1.2.3 試驗處理
3種植物滯塵分析:將大葉梔子、紅葉石楠和錦繡杜鵑盆栽葉片擦拭干凈后分別裝入氣室中,燃燒煤炭/蠟燭/香煙以產(chǎn)生PM2.5,通過鼓風(fēng)裝置將煙霧通入各氣室。12 h后取出盆栽,分別在植株的上、中、下各部位隨機摘取葉片20片,盡量減少葉片抖動,用萬分之一的天平稱得葉片總質(zhì)量W1,然后用潔凈紗布將葉片表面擦拭干凈,再次稱重得W2,兩次稱量的差值可近似當(dāng)作葉片的總滯塵量W[18]。再用葉面積掃描儀(浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司,YMJ-B)測定葉表面積,進(jìn)而求出單位葉面積的滯塵量(g·m-2)。重復(fù)3次。
大葉梔子對PM2.5的凈化與生理響應(yīng):上午10:00,試驗裝置的A室中各原料燃燒產(chǎn)生PM2.5;B室放置大葉梔子且通入PM2.5;C室作為對照,軟管出口處封住,僅放置大葉梔子而不通PM2.5;D室僅通入PM2.5而未放置植物。每隔1 h用PM2.5檢測儀測定B、C和D中PM2.5濃度,連續(xù)測定24 h。取出大葉梔子,測定葉片生理指標(biāo)。各處理重復(fù)3次。
1.2.4 生理指標(biāo)測定
數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)表示,每個處理重復(fù)3次以上。用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(LSD法)或兩樣本間獨立樣本T檢驗分析。
大葉梔子、紅葉石楠和錦繡杜鵑均可在一定程度上吸附模擬產(chǎn)生的大氣顆粒物,其單位面積滯塵量分別為(4.318±0.147)、(1.658±0.0812)、(3.380±0.050)g·m-2。其中,大葉梔子的滯塵能力最強,其單位葉面積的滯塵量分別為錦繡杜鵑和紅葉石楠的1.3和2.6倍,差異顯著(P<0.05)。
在密閉氣室中,PM2.5檢測儀有一定的讀數(shù),一開始為82 μg·m-3,24 h后降到了6 μg·m-3(圖3)。當(dāng)人為添加PM2.5后,PM2.5濃度迅速升高至大于999 μg·m-3,隨時間的延長可能隨著顆粒物的沉降,PM2.5檢測儀讀數(shù)逐漸下降,至24 h,濃度為288 μg·m-3。而放置大葉梔子的氣室中,PM2.5濃度下降較快,在8 h時就降到了300 μg·m-3以下,至16 h,降到50 μg·m-3以下,符合一級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。到24 h,僅剩12 μg·m-3。進(jìn)一步證實了大葉梔子具有較強的PM2.5凈化能力。
圖3 24 h內(nèi)大葉梔子對PM2.5的凈化
2.3.1 葉綠素含量
PM2.5處理24 h,大葉梔子表型未發(fā)生明顯變化。而葉綠素a含量與未經(jīng)PM2.5處理相比下降了29.4%,差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。葉綠素b含量也顯著下降(圖4)。但葉綠素a/b值卻顯著升高。
**和*分別表示同一生理指標(biāo)處理前后的差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)和顯著水平(P<0.05)圖4 PM2.5處理對大葉梔子葉綠素a和b含量 及比值的影響
2.3.2 活性氧產(chǎn)生與膜脂過氧化
圖5 PM2.5處理對大葉梔子MDA含量和產(chǎn)生速率的影響
2.3.2 抗氧化酶活性
PM2.5脅迫下,大葉梔子SOD和POD活性在24 h時略有增加,但差異不顯著(圖6)。CAT和APX活性均有顯著升高,可清除體內(nèi)的H2O2。
圖6 PM2.5處理對大葉梔子抗氧化酶活性的影響
近年來,灰霾天氣日益增多,嚴(yán)重影響大氣環(huán)境質(zhì)量和人體健康。周曙東等[26]認(rèn)為PM的排放源主要包括生活源、工業(yè)源、機動車源和集中式污染治理設(shè)施源等。生活源中,煤炭燃燒消費量是PM2.5劇增的主要原因。工業(yè)用煤和冬季取暖是煤炭消費的主要方式。煤炭的灰分主要由Si、Al和不定量的C、Fe、Ca、Mg、K、Na及S等組成,這些也是霧霾的重要組分[27]。SO2、氮氧化物和煙塵的主要來源為煤炭消費,CO則來自煤炭的不完全燃燒,它們均與PM2.5之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系[25]。香煙煙霧是室內(nèi)PM2.5的主要污染源之一,其成分復(fù)雜,含4 000余種物質(zhì),包括尼古丁、CO、多環(huán)芳烴、揮發(fā)性有機復(fù)合物、亞硝酸胺、可吸入顆粒物和毒性重金屬等[12, 27]。蠟燭助燃。因此我們選取煤炭、香煙和蠟燭燃燒作為PM2.5的室內(nèi)產(chǎn)生方式。
園林植物可擋風(fēng)降塵,吸附或滯留顆粒物,減輕霧霾污染,生態(tài)效益日益凸顯[10]。國內(nèi)外對各種園林植物的滯塵能力進(jìn)行了廣泛的調(diào)研,并揭示葉表結(jié)構(gòu)如粗糙程度、溝槽寬度與深度、氣孔密度及蠟質(zhì)層等是影響植物滯塵能力的重要因素[13-16]。錦繡杜鵑葉表面粗糙,布滿溝狀組織,被微柔毛和糙伏毛,故其滯塵能力大于紅花檵木和火棘[28-29]。本實驗中,大葉梔子葉脈明顯,溝槽深淺適中,滯塵能力顯著強于紅葉石楠和錦繡杜鵑??梢?,大葉梔子無論是作為綠化帶還是室內(nèi)盆栽,均可有效滯留空氣中的PM2.5,凈化空氣。
綜上,大葉梔子可有效凈化空氣中的PM2.5,且PM2.5的滯留會在一定程度上影響植物的光合作用,但短期內(nèi)并未對植物造成嚴(yán)重的氧化脅迫。提示大葉梔子在城市園林美化、綠化和室內(nèi)空氣凈化中,具有重要的生態(tài)意義和應(yīng)用價值。