广西柳州市主城区主要绿化植物叶片的全硫氮含量特征*

刘 思，黎兆海，陆先杰，史艳财

(1.柳州市园林科学研究所，广西柳州 545005；2.广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所，广西桂林 541006)

0 引言

大气污染会对环境、人体健康造成严重的损害，而SO2、NO2是目前大气污染物中数量较大、影响面较广的主要污染物[1]。柳州市是一座工业城市，以钢铁、汽车、工程机械工业为主要产业，SO2、NO2等排放量较大，选择抗污染能力强的植物用于城市园林绿化，能有效改善城市环境质量。当前对SO2、NO2的治理方法主要集中在源头控制，如燃料脱硫、烟气脱硫、高烟囱扩散稀释、干法脱硝和湿法脱硝等，这些方法具有二次污染、处理费用高等不利方面，并且不适于已经污染的大气环境[2-4]。植物修复技术具有成本低、无二次污染，还具有水土保持、美化环境的优势[5]。利用植物修复技术治理大气污染正逐渐引起环境界重视，有学者已对重庆、广州等多地市区园林植物体内SO2、NO2的含量进行测定研究，发现不同地域不同植物品种其SO2、NO2的含量有差异[5-11]。目前，广西各地对城市中绿化植物全硫氮水平研究报道很少，柳州市也未开展这方面的研究。柳州市当前被列为广西首批公园城市建设试点城市，对城市中植物各种特性作进一步的了解，可为公园城市建设提供技术支撑。本研究拟通过调查测定柳州市主城区主要绿色植物叶片内全硫氮的含量，筛选出吸收SO2、NO2能力强的植物，为进一步开展柳州市城市空气污染治理、城市功能型园林绿化的植物选择和生态景观林带建设提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

柳州市位于广西中部偏北，地处108°32′-110°28′E，23°54′-26°03′N，属亚热带季风气候区，夏季温暖湿润，冬季寒冷干燥，夏长冬短，日照充足，雨量充沛。年平均气温20.60℃，最冷月1月平均气温8.8℃，极端最低气温-3.8℃，最热月7月平均气温28.1℃，极端最高气温39.2℃；平均日照1 639.4 h/a，年总积温5 700-6 800℃；平均年降雨量1 489.1 mm/a，年均相对湿度77%，无霜期332 d，多雨月份为5-8月，年平均蒸发量1 650 mm。地带性土壤类型为中亚热带红壤；地带性植被类型主要以亚热带常绿阔叶林为主，植物资源丰富[12]。

1.2 样品采集

2018年6月晴天选择柳州市东、南、西、北4个区域路中和路边绿化带的主要绿化植物进行采样。乔木和灌木采集植物叶片(植株中部4个方向生长的健康、无病虫害的叶片)，草本植物采集植株的地上部分(植株生长良好)，每个物种采集3株共计183个样品。带回实验室洗净，烘干，微型粉碎机粉碎后置于封口袋中干燥保存。

1.3 样品分析

植物全氮含量(植物中有机态氮)采用浓H2SO4及氧化剂H2O2消煮，将有机氮和磷转化为氨盐，消煮液中的氨盐在碱化后成为NH3，经蒸馏或扩散，用H3BO3吸收，用标准硫酸滴定，以甲基红-溴甲酚绿为混合指示剂[5]。

1.4 聚类分析

为了更直观地了解不同植物全氮、全硫含量的差异，采用SPSS软件对测定结果进行K均值聚类分析，将数据分为3组，较高的数据归为一组，较低的数据归为一组，中间的数据归为一组，3组数据可视为3个等级。

2 结果与分析

2.1 柳州市主要绿化植物的全硫、全氮含量

柳州市的61种主要绿化植物的全硫含量存在明显差别。全硫含量为0.024%-0.711%，其中格木的全硫含量最低，仅为0.024%；吊钟的全硫含量最高，为0.711%(表1)。

城市中的NO2主要来源于城市机动车尾气的排放，部分来源于工厂排放，而最终将以酸沉降的形式进入土壤中。各种植物根部对NO2吸收能力的强弱不同，同时其传送养分的能力也不同，也将造成叶片含量的区别。试验的61种绿化植物的全氮含量同样存在明显差别，全氮含量为0.007%-0.207%，其中老人葵的全氮含量最低，仅为0.007%；红叶李的全氮含量最高，为0.207%(表1)。

表1 61种绿化植物全硫、全氮含量(n=3)

续表1

续表1

2.2 柳州市主要绿化植物的全氮、全硫含量K均值聚类分析结果

测试的61种绿化植物的全氮含量可分为3个等级，一级的全氮含量≥0.14%，二级的全氮含量为0.06%-0.14%，三级的全氮含量≤0.06%。61种植物的全硫含量可分为3个等级，一级的全硫含量≥0.55%，二级的全硫含量为0.15%-0.55%，三级的全硫含量≤0.15%(表2)。

表2 不同类型绿化植物全硫、全氮含量等级

续表2

续表2

2.3 柳州市主要绿化植物的全氮、全硫含量分级

结合表2可知，采用K均值聚类分析法，根据全硫含量可将61种绿化植物分为3个等级，其中一级有1个种，二级26个种，三级34个种。综合分级结果及全硫含量高低排序结果，全硫含量较高的10个种为吊钟、文殊兰、针葵、红千层、银海枣、洋紫荆、蓝花楹、蜘蛛兰、三角梅、鸢尾。这些植物在吸硫方面具有非常好的开发前景。根据全氮含量可将61种绿化植物分为3个等级，其中一级有10个种，二级38个种，三级13个种。全氮含量较高的10个种为文殊兰、红绒球、花叶假连翘、朱槿、红叶李、银杏、鸡冠刺桐、小叶黄杨、黄素梅、栾树。这些植物在吸氮方面具有非常好的开发前景。

其中全硫、全氮含量均较高的绿化植物为文殊兰、洋紫荆、秋枫、合果芋、鸢尾、荷花玉兰、朱槿、红花羊蹄甲、木槿、针葵、冷水花、红叶李、鸡冠刺桐、吊钟、吊竹梅、紫色梅、山杜英、银海枣、毛杜鹃。这些植物在吸硫、氮方面具有非常好的开发前景，是今后城市园林绿化抗污染的良好树种，对修复城市空气质量有较好作用。

2.4 不同植物类型全硫、全氮含量分析

经统计分析，61种绿化植物中乔木有25种，灌木有26种，草本有10种，总体上吸收硫、氮能力的大小顺序依次为草本、灌木、乔木，但三者差异未达到显著水平(P>0.05)(表3)。

表3 不同植物类型全硫、全氮含量方差分析

3 讨论

城市中的SO2、NO2主要来源于机动车尾气的排放、工厂排放等途径，部分将最终存在于空气中，另外部分则以酸沉降的形式进入土壤中。城市中的绿化植物一直被认为是净化空气污染、降低污染源的重要手段[13]。在同一地方，大气及土壤中硫氮含量水平表现出大致相同的规律，植物叶片对硫、氮的积累能力和净吸收量呈现较高的相关性，故该地区植物体内，尤其是叶片中全硫、全氮的含量可以体现其对SO2、NO2的耐受性和吸收量[5]。通过测定绿化植物对SO2和NO2气体吸收能力，能为城市功能型园林绿地的树种选择和生态景观林带建设提供重要依据。

不同的植物对SO2、NO2的吸收能力及植物根部对硫氮的吸收、传送能力不同，将造成叶片中硫氮含量存在较大差异。研究的61种绿化植物的全硫含量存在明显差别，为0.024%-0.711%;全氮含量也存在明显差别，为0.007%-0.207%。这一结果可能源于两个主要因素的影响，一是植物对于污染物SO2、NO2的吸收与叶片结构存在一定关系，叶片有蜡质、革质或叶面密生绒毛的植物，污染气体不能畅通地进入叶内，对植物吸收净化效果产生较大的影响，如罗汉松科、樟科和木兰科植物叶片多为革质，SO2、NO2气体进入叶内阻力较大，其叶片吸收SO2、NO2的能力较差，含量较低。另一部分植物硫氮含量低则有可能是由于植物利用SO2、NO2，使之参与代谢，并以有机物的形式将氮储存在氨基酸和蛋白质中[14]。综合来看，测定的61种绿化植物中，全硫含量较高的10个种为吊钟、文殊兰、针葵、红千层、银海枣、洋紫荆、蓝花楹、蜘蛛兰、三角梅、鸢尾，全氮含量较高的10个种为文殊兰、红绒球、花叶假连翘、朱槿、红叶李、银杏、鸡冠刺桐、小叶黄杨、黄素梅、栾树。这些植物具有较好的吸附硫氮功能，对改善空气质量有较好的作用，适用于化工厂、钢厂等厂区和厂区周边居住小区绿化。

4 结论

本研究所测定的植物是已在柳州种植且生长良好的主要绿化植物。为强化绿化植物对SO2、NO2的吸收，适宜柳州市种植且吸收SO2、NO2能力强的植物，乔木可选择洋紫荆、秋枫、荷花玉兰、红花羊蹄甲、木槿、鸡冠刺桐、山杜英、银海枣等；灌木可选择朱槿、针葵、红叶李、吊钟、毛杜鹃等；草本植物可选择冷水花、吊竹梅、紫色梅、文殊兰、合果芋、鸢尾等。此外，柳州在城市园林绿化植物配置选择中还可以将乔木、灌木、草本组合，营造复层群落，提高植物对污染物的修复效率，发挥植物的最大生态功能。