應用15N示蹤研究歐美楊對PM2.5無機成分和的吸收與分配

劉慶倩, 石 婕, 安海龍, 曹學慧, 劉 超, 尹偉倫, 夏新莉, 郭惠紅

北京林業大學生物科學與技術學院, 北京 100083

劉慶倩, 石 婕, 安海龍, 曹學慧, 劉 超, 尹偉倫, 夏新莉, 郭惠紅*

北京林業大學生物科學與技術學院, 北京 100083

工業化和城市化的迅猛發展使得大氣顆粒物污染愈發嚴重。大氣中的顆粒物可以降低能見度、影響氣候變化[1-2]，還會影響人及其它生物的生命健康，其中PM2.5因其粒徑小、易富集有毒有害物質、可直接經由呼吸進入人的肺泡和血液等特點，極易誘發呼吸系統疾病甚至死亡[3]，已經成為國際社會和人民群眾關注的焦點。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為長勢一致的歐美楊107 (PopuluseuramericanaNeva.)扦插苗，平均株高83 cm，平均基徑0.88 cm，每株葉片數目20片左右。2013年4月中旬扦插，8月中旬取材。供試材料共5組(4個處理組，1個對照組)，每組3株。

1.2 PM2.5發生裝置

氣溶膠發生系統可產生固態氣溶膠，是校準大氣顆粒物測定的有效工具[12]。本研究利用氣溶膠發生系統將實驗溶液形成直徑≤2.5 μm的微粒，模擬PM2.5顆粒。

圖1 PM2.5發生裝置示意圖Fig.1 Illustration of the PM2.5 generation system

將15NH4NO3和NH415NO3(購自上海化工研究院，豐度為10%)分別配制成2 g/L的溶液，以穩定的流速加入氣溶膠發生器(TSI3076，臺灣章嘉企業有限公司)。當植物生長室(100 cm×50 cm×100 cm)的氣溶膠顆粒濃度達到所需實驗濃度后，將歐美楊放入植物生長室，并通過調節流量計流速來維持實驗濃度，每天處理2 h，處理完畢后將植物移出植物生長室，共處理7 d。植物生長室內PM2.5濃度通過Dustmate(DM1781，Turnkey Instruments Ltd Northwich England)測定獲得。PM2.5發生裝置參照麥華俊等[12]的方法加以改進，如圖1所示。

1.3 15N同位素處理方法

當植物生長室內的PM2.5濃度達到實驗要求后，將歐美楊植株放入植物生長室。放入前花盆上口用保鮮膜嚴密覆蓋，以避免室內空氣中PM2.5與土壤接觸。實驗分3組：

(1)15NH4NO3處理 設置輕度污染濃度(100 μg/m3)和重度污染濃度(200 μg/m3)兩個濃度梯度，每個濃度梯度設3個重復。PM2.5濃度梯度的設置根據《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)。

(2)NH415NO3處理 PM2.5濃度設置同上，每個濃度梯度設3個重復。

(3)對照組 與處理組同時進行，不做通氣處理。目的是與PM2.5處理的植株進行對照分析。

處理于每天10:00—12:00進行，實驗周期為1周。

1.4 樣品處理與測定指標

在處理前及處理后的1—6d，每組樣品于每日10:00分別從植株頂端向下第7片功能葉開始取樣，每天取1片，共取6片。葉片按清水→洗滌劑→清水→1%鹽酸→3次去離子水順序沖洗后，于105 ℃下殺青30 min，隨后在80 ℃下烘干至恒重，電磨粉碎后過60目篩混勻。樣品送至中國科學院植物研究所生態與環境科學穩定同位素實驗室，采用同位素比率質譜儀(型號為DELTA V Advantage, Thermo Fisher Scientific, Inc., USA)測定15N豐度和全氮含量(N%)。

處理7d后(第7天處理的次日，即第8天)，10:00整株收獲歐美楊植株。單株樣品解析為葉片、葉柄、樹皮、木質部(莖)、髓(莖)、粗根(≥2 mm)、細根(<2 mm)，按上述方法測定各組織器官15N豐度和全氮含量(N%)。

有關計算公式[13]為：

15N吸收量(mg/g,干重)=全氮含量(mg/g,干重)×Ndff(%)

實驗數據采用SPSS 20.0軟件進行差異顯著性分析，應用Microsoft Excel 2007繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 不同處理條件下歐美楊葉片15N吸收速率和15N含量的動態變化

圖2 不同處理條件下歐美楊葉片15N吸收速率的動態變化Fig.2 Dynamics of 15N absorption rate in P. euramericana leaves under different treatments

圖3 不同處理條件下歐美楊葉片15N含量的動態變化Fig.3 Dynamics of 15N content in P.euramericana leaves under different treatments

2.2 歐美楊不同組織器官對PM2.5中和的吸收與分配

2.2.1 不同處理條件下歐美楊不同組織器官中的15N含量(mg/g,干重)

圖4 處理7d后不同處理條件下歐美楊組織器官中的15N含量Fig.4 15N content of P. euramericana tissues and organs 7 days after different treatments誤差線表示標準差，不同字母表示差異性顯著(P<0.05)，相同字母表示差異性不顯著(P≥0.05)，小寫字母代表同一器官不同處理間的差異性，大寫字母代表同一處理不同器官間的差異性

2.2.2 不同處理條件下歐美楊不同組織器官的Ndff(%)和15N分配率(%)

3 討論

表1 處理7d后不同處理條件下歐美楊組織器官的Ndff和15N分配率

4 結論

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Absorption and Distribution of PM2．5NH+4and NO－3in Populus euramericana Neva．

國家林業公益性行業科研專項(201304301)

2014-03-21; < class="emphasis_bold">網絡出版日期:

日期:2014-12-04

10.5846/stxb201403210510

*通訊作者Corresponding author.E-mail: guohh@bjfu.edu.cn

LIU Qingqian, SHI Jie, AN Hailong, CAO Xuehui, LIU Chao, YIN Weilun, XIA Xinli, GUO Huihong*

CollegeofBiologicalScienceandBiotechnology,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China