張家洋

（新鄉(xiāng)學院生命科學技術學院，河南新鄉(xiāng)453003）

新鄉(xiāng)市2種常見綠化植物葉片及葉面降塵的硫含量研究

張家洋

（新鄉(xiāng)學院生命科學技術學院，河南新鄉(xiāng)453003）

用多重比較法分析新鄉(xiāng)市不同功能區(qū)欒樹和女貞葉片硫含量與葉面塵中硫含量有無顯著性差異，擬合葉片硫含量與大氣污染物硫濃度以及葉面塵中硫含量之間一元生物監(jiān)測的數(shù)學模型，利用多元回歸分析法建立3者之間的關系。結果表明：與清潔區(qū)相比，不同功能區(qū)欒樹和女貞葉片硫含量、葉面降塵硫含量和大氣硫濃度差異顯著或極顯著；一元生物監(jiān)測數(shù)學模型顯示，欒樹和女貞葉片硫含量與葉面降塵硫含量均呈顯著相關（R2=0.881 2、0.647 1），欒樹和女貞葉片硫含量與大氣硫濃度分別呈極顯著相關（R2=0.951 6）和顯著相關 （R2=0.753 2）；二元生物監(jiān)測數(shù)學模型顯示，欒樹和女貞葉片的硫含量與葉面塵的污染元素硫含量以及大氣污染物硫濃度均呈極顯著相關（R2=0.920 2、0.923 3）。

欒樹；女貞；葉片；葉面降塵；硫含量；生物監(jiān)測

隨著社會的發(fā)展和城市的進步，工業(yè)生產(chǎn)和人為活動直接或間接產(chǎn)生的污染物嚴重影響了生態(tài)平衡，破壞了自然環(huán)境，而硫化物以及重金屬是目前大氣污染物中數(shù)量較大、影響面較廣的一種，其和懸浮顆粒物一起進入人體呼吸系統(tǒng)，對人類的健康構成了嚴重威脅［1-2］。植物組織可吸收富集硫等多種污染元素，反應排放源附近元素的輸入特征及污染水平［3-4］。近年來，國內(nèi)外許多學者對某一區(qū)域或城市的綠化植物開展了大氣污染物富集能力及環(huán)境效應的研究，利用植物器官的生物監(jiān)測作為一種經(jīng)濟可靠的常規(guī)監(jiān)測補充手段，已被國內(nèi)外廣泛運用［5-6］。

然而多數(shù)研究集中在植物體本身吸收凈化能力方面，缺少與實際大氣污染同步監(jiān)測的相互驗證，其準確性及相關性仍存有爭議［7-8］。另一方面，對植物葉面塵、植物不同器官、大氣污染物濃度3者之間的數(shù)學回歸分析研究少見報道。本研究通過對新鄉(xiāng)市不同功能區(qū)大氣污染物硫的濃度、欒樹（Koelreuteria paniculata）和女貞（Ligustrum lucidum）2種常見道路綠化樹種葉片的污染元素硫含量及葉面塵中污染元素硫的質量分數(shù)進行同步監(jiān)測，并對測定結果進行數(shù)學回歸分析，探討城市綠化樹種葉片的硫含量與其影響因素（葉面降塵中硫的含量、大氣中污染物硫濃度）的關系，建立適合野外自然條件下的生物監(jiān)測數(shù)學模型，為區(qū)域或地方環(huán)境質量的監(jiān)測和評價提供科學依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

新鄉(xiāng)市位于東經(jīng)113°30′～115°01′，北緯34°55′～35°50′，屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明，冬寒夏熱，秋涼春早，年平均氣溫14.0℃。7月最熱，平均溫度27.3℃ ；1月最冷，平均溫度0.2℃；年均降水量573.4 mm，無霜期220 d。新鄉(xiāng)市地處黃河、海河兩大流域，其西北方是太行山和呂梁山，西和西南方有自西向東延伸的秦嶺山脈，構成東西向狹長河谷，東至東南方為黃淮平原。秋冬時節(jié)，當西北方向冷空氣入侵時，由于在太行山東南麓，受山脈的屏障作用，其風速會降低。春夏季和初秋時節(jié)，當氣流沿華北平原侵入新鄉(xiāng)地區(qū)時，由于山西高原的屏障和東北方泰山的阻擋，氣流自北向南灌入，由于“狹管效應”作用，風速會增加。

2　研究方法

2.1樣品采集

1）采樣點（11個）：根據(jù)分層隨機抽樣調查法，按污染程度對新鄉(xiāng)市進行功能分區(qū)布點采樣。分別為工業(yè)區(qū) （IA）3個 （北站化工廠、水泥廠、發(fā)電廠）；商業(yè)交通區(qū)（CTA）3個 （人民路中段、平原路中段、新飛大道北段）；居民區(qū) （RA）3個（紫郡小區(qū)、公務員小區(qū)、常青藤小區(qū)）；清潔區(qū)（CA）2個（人民公園、森林公園）。

2）采樣樹種（2種）：通過對新鄉(xiāng)市內(nèi)主要街道、公共綠地、公園和居民區(qū)進行調查，選擇欒樹和女貞2種較常見的綠化樹種作為供試樹種。

3）采樣方法：葉片采樣：于2014年9月，在不同功能區(qū)選擇生長健康的優(yōu)良植株采集葉片。采樣時同一樹種樹高、胸徑、生長狀況等條件保持基本一致，每個采樣點每樹種隨機選取1～2株，采樣位置選擇樹冠外圍東西南北4個方向，距離地面高度控制在2.5 m左右，采集同齡枝的葉片，每枝選取第3～5片老葉作為測量樣品，備用。降塵采樣：雨后每隔5 d采樣1次，每樹種均采集同一高度的成熟健康葉片，用微孔濾膜抽濾法收集降塵。在葉片和降塵采樣的同時，在不同功能區(qū)用掛片法測定大氣中的硫含量，每個樣品重復3次。

2.2測定及分析方法

2.2.1測定方法

在實驗室內(nèi)對所收集的葉片和降塵進行處理，采用艾氏卡試劑消化樣品，并用氯化鋇比濁法測定硫元素含量［9-10］。

2.2.2分析方法

利用多重比較法分析不同功能區(qū)不同樹種葉片的硫含量和降塵中的硫質量分數(shù)的差異性；利用sPearman法對因變量（葉片的硫含量）和自變量（降塵中的硫含量與大氣硫濃度）進行相關性分析。利用二元回歸分析法建立3者之間的生物監(jiān)測數(shù)學模型，并用最小二乘估計法繪制觀測值與回歸方程的偏離度。采用Microsoft Exce1、SPss 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，表中數(shù)據(jù)以平均值來體現(xiàn)。

3　結果與分析

3.1葉片及葉面降塵的硫含量和大氣硫濃度比較

植物葉片可吸收富集S等多種污染元素，反應排放源附近元素的輸入特征及污染水平，可以作為較長期的污染指示劑，植物葉面降塵由于對大風大雨等氣象條件的敏感性，可作為不同功能區(qū)污染的短期監(jiān)測指示劑。由表1可見，工業(yè)區(qū)、商業(yè)交通區(qū)和居民區(qū)的大氣硫濃度與清潔區(qū)相比差異均極顯著；對欒樹的葉片硫含量和降塵中的硫含量而言，工業(yè)區(qū)和商業(yè)交通區(qū)與清潔區(qū)相比差異極顯著，而居民區(qū)與清潔區(qū)相比差異顯著；對女貞而言，工業(yè)區(qū)葉片硫含量與清潔區(qū)相比差異極顯著，而商業(yè)交通區(qū)和居民區(qū)葉片硫含量與清潔區(qū)相比差異顯著。工業(yè)區(qū)和商業(yè)交通區(qū)葉面降塵中的硫含量與清潔區(qū)相比差異極顯著，而居民區(qū)葉面降塵中的硫含量與清潔區(qū)相比差異顯著。這說明降塵和葉片對大氣污染元素硫的濃度變化反應較敏感。

表1　各功能區(qū)2樹種葉片硫含量及降塵中硫含量與大氣硫濃度比較Tab1e 1　The comParison of the atmosPheric su1fur concentration and the su1fur content of b1ades and fo1iar dust of two tree sPecies in each function areas

2樹種葉片硫含量和降塵中的硫含量均隨大氣硫濃度的增加呈遞增趨勢，在工業(yè)區(qū)達到最大值。其中，對欒樹而言，在工業(yè)區(qū)（化工廠）其葉片硫含量和降塵中的硫含量分別是清潔區(qū)（森林公園）的2.79倍和2.28倍；對女貞而言，工業(yè)區(qū)（化工廠）其葉片硫含量和降塵中的硫含量分別是清潔區(qū)（森林公園）的2.38倍和2.31倍。此外，在同一功能區(qū)內(nèi)，欒樹葉片硫含量和降塵中的硫含量均高于女貞，即由于物種差異，欒樹吸收積累污染元素硫的能力較強。

3.2葉片硫含量和大氣硫濃度與降塵中硫含量的數(shù)學模型

由表2可見，欒樹和女貞葉片硫含量與降塵硫含量、大氣中硫濃度3者擬合的二元生物監(jiān)測數(shù)學模型（①、②）相關性顯著，相關系數(shù)分別達0.920 2和0.9233，可以認為，植物葉片中的硫大部分來自對大氣和降塵的吸收。植物葉片的硫含量與降塵中硫含量擬合的一元生物監(jiān)測數(shù)學模型（③、④）相關性也較顯著，相關系數(shù)分別為0.881 2和0.647 1，表明葉片中部分硫來自于氣孔對大氣污染物SO2等硫化物的直接吸收。另外，欒樹葉片的硫含量與大氣硫濃度擬合的一元生物監(jiān)測數(shù)學模型（⑤）相關性也十分顯著，相關系數(shù)達0.951 6，女貞葉片的硫含量與大氣硫濃度擬合的一元生物監(jiān)測數(shù)學模型（⑥）相關性也較為顯著，相關系數(shù)為0.753 2，表明葉片中部分硫也同時來自于降塵中硫化物的直接吸收。

表2　葉片硫含量和大氣硫濃度及降塵中硫含量的數(shù)學模型Tab1e 2　Mathematica1 mode1 of the atmosPheric su1fur concentration and the su1fur content of b1ades and fo1iar dust

4　結論與討論

1）研究結果顯示，欒樹葉面降塵中硫含量是其葉片硫含量的1.07～1.40倍，女貞為1.02～1.56倍?？梢钥闯觯~面降塵中的硫大部分并沒有被葉片吸收，這表明可被植物葉片吸收的有效態(tài)硫的比例較低，即葉面降塵顆粒物中僅有小部分的硫化物以有效態(tài)（硫元素的吸收形式）形式存在，這與邱媛［11］的研究結果一致。

2）許多研究表明，污染地區(qū)植物的葉片、樹皮等器官的含硫量與大氣SO2等污染物濃度顯著相關［12］。如邱媛［11］等研究表明，大葉榕葉片中硫含量與大氣硫酸鹽化速率極顯著相關（R2=0.980 0）；林志紅［13］研究表明，油松針葉中硫含量與大氣SO2濃度的相關系數(shù)達到0.784 1。本文研究結果表明，欒樹葉片硫含量與大氣硫濃度呈極顯著正相關（R2=0.951 6），女貞葉片硫含量與大氣硫濃度呈顯著相關（R2=0.753 2）。說明葉片硫含量部分來源于對大氣SO2等硫化物的直接吸收。此外，由于植物葉面降塵主要來源于工業(yè)廢氣排放、公共交通和土壤揚塵等顆粒物的沉降，因此，葉面降塵中含有大量的硫化物，同時也有研究表明，葉片含硫量與葉面降塵硫含量相關性顯著，以上說明植物葉片和葉面降塵均可作為有效的生物指示劑，二者協(xié)同監(jiān)測，靈敏度更高。

3）與以葉片的硫含量分別與葉面降塵中的硫含量及大氣硫濃度為基礎的一元生物監(jiān)測數(shù)學模型相比，利用多重比較法分析不同功能區(qū)的欒樹和女貞葉片的硫含量與葉面降塵的硫含量及大氣硫濃度后發(fā)現(xiàn)均有極顯著性差異（R2分別為0.920 2、0.923 3），故以植物葉片和降塵硫含量及大氣硫濃度為基礎的生物監(jiān)測二元數(shù)學模型（①、②）有較高的實用價值，也較一元數(shù)學模型 （③-⑥）有更高的可靠性和靈敏度。

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（責任編輯趙粉俠）

Research on Su1fur Content of Two Common Green Tree B1ades and Fo1iar Dust in Xinxiang City

Zhang Jiayang

（Co11ege of Life Science and Techno1ogy，Xinxiang University，Xinxiang Henan 453003，China）

The significant difference about su1fur content between Koelreuteria paniculata and Ligustrum lucidum b1ades and fo1iar dust in Xinxiang different function areas were studied with mu1tiP1e comParisons.Fitting monadic mathematic mode1 of b1ade su1fur content and atmosPheric Po11utants su1fur concentration and fo1iar dust Po11ution e1ements su1fur content，using mu1tivariate regression ana1ysis method to estab1ish the re1ations among the atmosPheric Po11utants su1Phur concentration and the su1fur content of b1ades and fo1iar dust.The resu1ts showed that Koelreuteria paniculata and Ligustrum lucidum b1ades su1fur content，su1fur content of fo1iar dust and atmosPheric su1fur concentration had significant difference or extreme1y significant difference in different functiona1 areas com-Pared with the c1ean area.Monadic mathematic mode1 showed that the su1fur content of b1ades and fo1iar dust in Koelreuteria paniculata and Ligustrum lucidum had significant corre1ation（R2=0.881 2，0.647 1），the su1fur content and atmosPheric su1fur concentration in Koelreuteria paniculata and Ligustrum lucidum showed extreme1y significant corre1ation（R2=0.951 6）and significant corre1ation（R2=0.753 2）resPective1y.Binary bio1ogica1 monitoring mathematica1 mode1 showed that the atmosPheric Po11utants su1fur concentration and the su1fur content of b1ades and fo1iar dust were extreme1y significant corre1ation（R2=0.920 2，0.923 3）.

Koelreuteria paniculata，Ligustrum lucidum，b1ade，fo1iar dust，su1fur content，bio1ogica1 monitoring

S731.2

A

2095-1914（2016）04-0167-04

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.04.028

2015-12-08

河南省基礎與前沿技術研究（142300410100）項目資助。

張家洋（1975—），男，講師。研究方向：環(huán)境生態(tài)學。Emai1：skxsyszr@163.com。