劉海榮+高一丹+王葳

摘要：以天津市5種常綠灌木為研究對象，通過測定5種植物的滯塵量、計算空氣污染耐受指數(shù)（APTI），結(jié)合生物學(xué)特征、生態(tài)效益和經(jīng)濟價值等對這5種植物進行綜合評價。結(jié)果表明：5種常綠灌木單位葉面積滯塵量最大的是大葉黃楊，為1.41 mg/cm2；其次是小葉黃楊，為1.19 mg/cm2；再次是沙地柏，為0.66 mg/cm2；小龍柏為 0.53 mg/cm2；滯塵量最小的是鳳尾蘭，為0.46 mg/cm2。5種植物APTI值由大到小依次為鳳尾蘭、小葉黃楊、小龍柏、沙地柏、大葉黃楊。植物綜合評價結(jié)果鳳尾蘭為非常好，沙地柏為好，小葉黃楊、大葉黃楊、小龍柏為一般。

關(guān)鍵詞：空氣污染；APTI；常綠灌木；綜合評價

中圖分類號： X51；S687.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）18-0119-04

收稿日期：2016-03-16

基金項目：國家級星火計劃項目（編號：2015GA610023）；天津市農(nóng)委項目（編號：201502100）；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（編號：201510061008）。

作者簡介：劉海榮（1982—），女，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，講師，主要研究方向為園林植物應(yīng)用。E-mail：53447047@qq.com。 隨著城市化進程的加快、工業(yè)化發(fā)展、汽車尾氣排放量增多，大氣污染對生物以及環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，其中顆粒物污染已成為主要的城市環(huán)境問題之一。顆粒物因其影響大氣能見度、產(chǎn)生光化學(xué)煙霧、加劇溫室效應(yīng)[1]，而且含有重金屬、細(xì)菌、病毒等致病物質(zhì)，嚴(yán)重影響人民健康[2]。近年來，華北地區(qū)日益嚴(yán)重的霧霾天氣，使人們的生產(chǎn)生活受到了極大的影響[3]，如何減少霧霾天氣的發(fā)生以及霧霾對人們生產(chǎn)生活的影響，已經(jīng)成為國內(nèi)外公眾、政府和學(xué)者共同關(guān)注的重要問題。已有研究表明，植物可以吸滯大氣顆粒物，減少霧霾對環(huán)境的影響[4]，其中常綠植物由于四季常綠能夠發(fā)揮更大的作用[5]。本研究選擇天津市常見的5種常綠灌木，分別為大葉黃楊（Buxus megistophylla）、沙地柏（Sabina vulgaris）、小龍柏（Sabina chinensis var. chinensis）、鳳尾蘭（Yucca gloriosa）、小葉黃楊（Buxus sinica var. parvifolia）作為研究對象，通過比較這幾種植物的滯塵能力、空氣污染耐受指數(shù)（APTI）以及生物學(xué)特性、社會經(jīng)濟學(xué)價值等幾個方面，對這幾種植物進行綜合評價，以期為天津市常綠植物的選擇與應(yīng)用提供參考，同時也為植物綜合評價提供有效可行的方法。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

天津地處北溫帶，位于中緯度亞歐大陸東岸，主要氣候特征是四季分明，春季多風(fēng)，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。年平均氣溫約為 14 ℃，年平均降水量在360～970 mm。

1.2 研究方法

1.2.1 材料及樣品采集 當(dāng)降雨量大于15 mm，降水強度達(dá)10 mm/h時或風(fēng)速大于17 m/s時，認(rèn)為植物葉片上的降留PM2.5等大氣顆粒物被洗刷干凈，然后重新滯留PM2.5等大氣顆粒物。本試驗于2015年雨季雨后或大風(fēng)后1周進行，選擇晴朗、無風(fēng)的天氣采集樣品，共采集樣葉3次。

選擇天津市西青區(qū)海泰發(fā)展基地作為污染區(qū)的采樣地點。選取同一條道路距路緣10 m范圍內(nèi)的樹木進行采樣，取樣材料選取無病蟲害、大小適中、健康成熟的葉片，從樹冠的內(nèi)外上中下多點采樣，闊葉樹種取樣30～50張葉為1個樣本（大葉10張左右），針葉樹種剪取標(biāo)準(zhǔn)小枝250～300 g（每段5～10 cm，取20段）為1個樣本，每種植物采集3個樣本。采后盡量不抖動，小心放入自封袋中，做好標(biāo)記，迅速帶回實驗室進行滯塵量測定。另采取同樣的方法每種植物采集樣葉100 g為1個樣本，每種植物采集3個樣本，迅速帶回實驗室，放4 ℃冰箱中保存，進行各項生理指標(biāo)測定[6]。

選擇天津城建大學(xué)校園湖區(qū)作為對照區(qū)的采樣地點。選擇距路緣10 m以上、周圍環(huán)境相對較好的位置采樣，采樣方法同上。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 滯塵量測定 將置于自封袋中的葉片用鑷子小心取出，依次放入編好號的大燒杯中。用去離子水50 mL、小毛刷輕輕刷洗裝葉片的自封袋，將自封袋內(nèi)壁清洗2～3 次，洗滌用水同樣收集至對應(yīng)燒杯中。其后加入足量去離子水 150 mL，將葉片在其中浸泡8 h，并不時加以攪拌，用毛刷刷下葉片表面的顆粒物，保證葉片上的積留PM2.5等大氣顆粒物能夠被洗落，然后用鑷子將葉片小心夾出并用100 mL 去離子水以尖嘴瓶垂直葉面連續(xù)沖洗至潔凈，避免破壞葉片結(jié)構(gòu)、帶出灰分，同時避免再次粘上灰分。獲得 300 mL葉片吸滯顆粒物的懸濁液。懸濁液混合均勻后，移至已稱量的干燥離心管（W1）中，在轉(zhuǎn)速為7 000 r/min的條件下離心45 min；確認(rèn)離心完全后，打開蓋子，棄掉上清液，并用干凈濾紙包裹管口以防污染；然后全部放入50 ℃烘箱中烘至恒量，取出，再次用萬分之一天平稱量（W2 ），即得葉片吸滯顆粒物的質(zhì)量（W0=W2-W1）[7]。滯塵量計算：

單位葉面積滯塵量= W0/A（mg/cm2）。

1.2.2.2 葉面積測定 將洗過的植物葉片放于通風(fēng)處晾干，然后用掃描儀進行掃描，掃描頁面A4，分辨率為150 dpi，顏色為彩色，然后用Photoshop軟件測定法測出某一植物總的葉片面積A[8-9]。

1.2.2.3 生理指標(biāo)的測定 葉片pH值、相對含水量、葉綠素含量和維生素C含量測定參照李玲主編的植物生理學(xué)模塊實驗指導(dǎo)中的方法，葉綠素含量和維生素C含量均結(jié)合分光光度計進行測定[10-13]?？諝馕廴局笖?shù)APTI的計算采用如下公式[14]：endprint

APTI=A（T+P）+R10

式中：A為維生素C含量（mg/g）；T為葉綠素含量（mg/g）；P為葉片提取物的pH值；R為葉片相對含水量（%）。2 結(jié)果與分析

2.1 5種常綠灌木滯塵能力比較

5種常綠灌木的滯塵量見圖1。5種常綠灌木滯塵量均呈現(xiàn)出污染區(qū)大于對照區(qū)的特征，污染區(qū)與對照區(qū)差異明顯，其中滯塵量最大的是大葉黃楊，為1.41 mg/cm2，其次是小葉黃楊，為 1.19 mg/cm2，再次是沙地柏，為0.66 mg/cm2，小龍柏為 0.53 mg/cm2，滯塵量最小的是鳳尾蘭，為0.46 mg/cm2，在對照區(qū)滯塵能力從大到小依次為沙地柏>小葉黃楊>小龍柏>大葉黃楊>鳳尾蘭。

2.2 5種常綠灌木生理指標(biāo)

2.2.1 pH值 5種常綠灌木生理生化指標(biāo)見表1。同一種植物在污染區(qū)和對照區(qū)pH值差異不顯著，但是不同植物之間差異明顯；在污染區(qū)和對照區(qū)這5種植物pH值由大到小均為沙地柏>大葉黃楊>小龍柏>小葉黃楊>鳳尾蘭，5種植物在污染區(qū)和對照區(qū)pH值相比較，未表現(xiàn)出一致的規(guī)律，其中大葉黃楊、小龍柏、鳳尾蘭為對照區(qū)大于污染區(qū)，而沙地柏和小葉黃楊為污染區(qū)大于對照區(qū)。pH值是對空氣污染比較敏感的生理指標(biāo)，已有研究表明，在受到污染的大氣環(huán)境中，植物pH值會不同程度降低，其中敏感植物比抗性強的植物pH值下降更多。沙地柏、小葉黃楊為何出現(xiàn)污染區(qū)大于對照區(qū)的情況，還有待進一步的研究。

2.2.2 相對含水量 5種植物的相對含水量均表現(xiàn)出污染區(qū)高于對照區(qū)的特征，在污染區(qū)5種植物相對含水量從大到小依次為鳳尾蘭>小葉黃楊>小龍柏>沙地柏>大葉黃楊，對照區(qū)表現(xiàn)出同樣的規(guī)律。在污染區(qū)含水量最高的鳳尾蘭比含水量最低的大葉黃楊含水量高17.60%。相對水含量高低反映植物吸收和釋放水的能力，在5種常綠灌木中鳳尾蘭相對含水量最高，而大葉黃楊最低，表明鳳尾蘭較大葉黃楊抗旱性強。

2.2.3 葉綠素含量 同一種植物在污染區(qū)和對照區(qū)葉綠素含量差異不顯著，但5種常綠灌木均表現(xiàn)出污染區(qū)小于對照區(qū)的特征，葉綠素含量在污染區(qū)為0.50～1.16 mg/g，在對照區(qū)為0.57～1.33 mg/g。在污染區(qū)葉綠素含量由大到小依次為沙地柏>大葉黃楊>小葉黃楊>小龍柏>鳳尾蘭，對照區(qū)由大到小依次為大葉黃楊>沙地柏>小葉黃楊>小龍柏>鳳尾蘭。5種常綠灌木葉綠素含量均表現(xiàn)出污染區(qū)小于對照區(qū)的規(guī)律，表明環(huán)境污染水平會直接影響植物葉綠素的含量。相關(guān)研究表明，堿性的或酸性的污染環(huán)境，會影響葉片氣孔的開合或者脫鎂葉綠素的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致葉綠素退化。

2.2.4 葉片維生素C含量 同一種植物在污染區(qū)和對照區(qū)葉片維生素C含量除小龍柏、小葉黃楊外差異顯著，5種常綠灌木均表現(xiàn)出污染區(qū)小于對照區(qū)的特征，在污染區(qū)維生素C含量從大到小依次為小龍柏>沙地柏>大葉黃楊>鳳尾蘭>小葉黃楊， 對照區(qū)表現(xiàn)出同樣的規(guī)律。維生素C含量在污染區(qū)為0.20～0.40 mg/g， 在對照區(qū)為021～0.43 mg/g。維生素C能夠提高植物對不良環(huán)境的抗性。污染區(qū)5種常綠灌木低水平的維生素C含量可能是由于在去除細(xì)胞毒素自由基的過程中消耗了一部分。

2.2.5 空氣污染耐受指數(shù) 從表1可以看出，5種常綠灌木APTI值在污染區(qū)由大到小依次為鳳尾蘭>小葉黃楊>小龍柏>沙地柏>大葉黃楊，在對照區(qū)表現(xiàn)出同樣的規(guī)律。5種植物在污染區(qū)和對照區(qū)APTI值相比較，未表現(xiàn)出一致的規(guī)律，其中鳳尾蘭、小葉黃楊、小龍柏為污染區(qū)>對照區(qū)，而沙地柏、大葉黃楊為對照區(qū)>污染區(qū)。APTI值大說明植物對空氣污染的耐受能力強，APTI值小說明植物對空氣污染的耐受能力弱。

2.3 5種常綠灌木綜合評價

結(jié)合測試結(jié)果對5種常綠灌木植物進行綜合評價，其中評價指標(biāo)包括植物耐污染能力、生態(tài)效益、生物學(xué)特性及經(jīng)濟價值4個一級指標(biāo)，在每個一級指標(biāo)下又分成若干個二級指標(biāo)，二級指標(biāo)下又細(xì)分出三級指標(biāo)，詳細(xì)評價模式及級別見表2[15]?？偡?8分，每種植物可以根據(jù)實際情況計算各自的得分?jǐn)?shù)，除以滿分18分乘以100%，即為該種植物的最終分?jǐn)?shù)，每個分?jǐn)?shù)對應(yīng)相應(yīng)的評價級別，植物預(yù)期性能指標(biāo)API詳細(xì)分級標(biāo)準(zhǔn)見表3。

經(jīng)計算分別獲得大葉黃楊、沙地柏、小龍柏、鳳尾蘭、小葉黃楊的API值見表4。因此，在城市道路綠化中推薦使用鳳尾蘭（Yucca gloriosa），其次是沙地柏（Sabina vulgaris），最后是小葉黃楊（Buxus sinica var. parvifolia）、大葉黃楊（Buxus megistophylla）、小龍柏[Sabina chinensis var. chinensis]。

3 討論與結(jié)論

植物的滯塵能力。植物的滯塵能力受很多因素的影響，如葉片的形狀、大小、質(zhì)感、葉片傾斜角等。通過體式顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)大葉黃楊葉片表面有比較均勻且深的褶皺及凹槽，這種結(jié)構(gòu)非常有利于粉塵停留；小葉黃楊葉片表面同樣有許多凹槽及褶皺，尤其在葉片中部分布較多，但較大葉黃楊淺且大很多，且分布不均勻，所以滯塵能力相對較弱；而沙地柏和小龍柏主要依賴于植物表面的黏性分泌物，以及葉片之間的縫隙吸滯粉塵；鳳尾蘭葉片相對平滑，沒有凹槽、褶皺，但葉片表面布滿疣突，葉片表面摸起來比較粗糙，可以滯留一定量的粉塵，但是不利于粉塵大量停留，這可能是導(dǎo)致不同植物之間滯塵量不同的原因。同種植物在不同的采樣地點滯塵能力不同，說明環(huán)境污染水平對植物滯塵能力產(chǎn)生一定的影響。

pH值。pH是對空氣污染比較敏感的生理指標(biāo)， 已經(jīng)有研究表明，二氧化硫和氮氧化物2種污染物的存在導(dǎo)致大氣空氣呈現(xiàn)酸性環(huán)境，在這樣的環(huán)境中植物的pH值會不同程度的降低，其中敏感植物比抗性強的植物pH值下降更多，本研究中只有大葉黃楊、小龍柏、鳳尾蘭與此結(jié)果一致，而沙地柏、小葉黃楊與此結(jié)論相反。植物pH值對污染的響應(yīng)規(guī)律及機制有待進一步深入研究。endprint

相對含水量。相對水含量反映植物吸收和釋放水的能力，當(dāng)蒸騰速率較高時，相對水含量能夠保證在大氣污染的逆境條件下植物的各項生理活動，在5種常綠灌木中鳳尾蘭相對含水量最高，而大葉黃楊最低，表明了鳳尾蘭較大葉黃楊抗旱性強。

維生素C含量。維生素C在大量植物組織中被發(fā)現(xiàn)，是植物體中的一種強氧化劑，能夠提高植物對不良環(huán)境的抗性。5種常綠灌木維生素C含量均表現(xiàn)出污染區(qū)小于對照區(qū)的規(guī)律，低水平的維生素C含量可能是由于在去除細(xì)胞毒素自由基的過程中消耗了一部分。

葉綠素含量。葉綠素含量能夠指示植物葉片的光合活性和植物的生長發(fā)育狀況[16-17]。5種常綠灌木葉綠素含量均表現(xiàn)出污染區(qū)小于對照區(qū)的規(guī)律，說明環(huán)境污染水平會直接影響植物葉綠素的含量。有研究表明，在逆境條件下葉綠素參與許多光化學(xué)反應(yīng)，堿性的或酸性的污染環(huán)境，會影響葉片氣孔的開合或者脫鎂葉綠素的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致葉綠素退化。

APTI值。APTI值大說明植物對空氣污染的耐受能力強，APTI值小說明植物對空氣污染的耐受能力弱。通過pH值、相對含水量、葉綠素含量、維生素C含量綜合分析植物的抗污染能力，具有一定的科學(xué)性和合理性，值得借鑒，但此種方法仍需要在大量的實踐中進一步驗證。

植物綜合評價結(jié)果表明，鳳尾蘭表現(xiàn)非常好，沙地柏為好，小葉黃楊、大葉黃楊和小龍柏一般。建議在進行城市綠化樹種選擇時可以選擇多種植一些鳳尾蘭，其次是沙地柏，最后是小葉黃楊、大葉黃楊、小龍柏。

本研究計算的API值，指標(biāo)量相對較少，如沒有考慮植物的景觀價值，不能全面反映植物的全部狀態(tài)，但可以為植物評價提供新的思路和方法。

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