桑樹對大氣中二氧化硫和氟化物的抗性及吸收能力研究

2016-01-12 08:42:32吳洪麗郝瑜劉嵐許淑瓊葉楚華孫波周洪英葉建美

湖北農業科學 2015年24期

吳洪麗　郝瑜　劉嵐　許淑瓊　葉楚華　孫波　周洪英　葉建美

摘要：對在大氣污染程度不同環境里生長的農桑14（Morus alba L. cv. Nongsang 14）、紫薇（Lagerstroemia indica L.）、銀薇[Lagerstroemia indica L. f. alba （Nichols.） Rehd.]、櫟樹（Quercus acutissima Carruth.）、丹桂[Osmanthus fragrans （Thunb.）Lour. var. aurantiacus Makino]5種植物葉片中的亞硫酸鹽和氟化物含量進行了測定與分析，發現農桑14對二氧化硫的吸收與其他4種對照植物相比沒有明顯優勢，但對氟化物的吸收能力極顯著高于其他4種對照植物，且隨著空氣中氟化物濃度的升高，吸收量也明顯增高。通過電子顯微鏡掃描觀察發現，與其他4種對照植物相比，桑葉表面的皺褶深凹，集聚了較多的顆粒狀物，表明農桑14對空氣中粉塵等污染物具有較強的吸附能力。

關鍵詞：桑樹；大氣污染；抗性；吸收

中圖分類號：S888 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）24-6290-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.049

Abstract：Sulfite and Fluoride content in leaves of Morus alba L. cv. Nongsang 14， Lagerstroemia indica L， L. indica L. f. alba （Nichols.） Rehd.， Quercus acutissima Carruth.， and Osmanthus fragrans（Thunb.）Lour. var. aurantiacus Makino in the test point of different pollution level were tested. The result showed that fluoride in M. alba cv. Nongsang 14 is significantly higher than in others； and with the increasing of atmospheric fluoride pollution， more fluoride was fixed. While the absorption of M. alba cv. Nongsang 14 to SO2 is similar to other plants. SEM result shows leaf surface of M. alba cv. Nongsang 14 is rich of deep wrinkles where particles gathered together， indicating strong adsorptivity to pollution such as dust in atmosphere.

Key words：mulberry； air pollution； resistant； absorption

隨著工業化、城鎮化的快速發展，大氣污染已成為人類無法回避的現實問題，利用植物對大氣污染進行修復具有經濟、高效、持久、環境友好等優勢，所以越來越受到普遍關注。不同植物對大氣污染物的抗性和吸收能力有較大的差異，只有具有很強的抗性，在高污染地區能正常生長，并對空氣中的污染物具有極強吸收能力的植物，才能達到對大氣污染的最佳修復效果。桑樹（Morus L.）是一種多年生的木本闊葉植物，其光合作用強，生長茂盛，生物量和儲碳量大[1]；桑葉還具有很好的滯塵作用，對大氣中粉塵的滯留量達5.39 g/m2[2]。根據園林綠化植物對大氣污染抗性及吸收能力的篩選研究結果，桑樹對HF污染的抗性強[3]，并具有很強的吸收凈化能力[4]，對氯和二氧化硫污染的抗性較強，且對二氧化硫、氯、鉛均有較強的吸收能力[5，6]，二氧化硫人工熏氣試驗表明，桑樹屬于吸硫能力較強的植物種類[7]，

但過高濃度的二氧化硫脅迫會抑制桑樹的保護酶活性，導致植株逆境傷害加劇，葉片產生壞死，降低光合能力，從而對桑樹生長產生不利影響[8]。為了探明桑樹與常見綠化植物對大氣污染抗性與吸收能力的差異，試驗在2個大氣污染程度不同的試驗點進行了桑樹、紫薇（Lagerstroemia indica L.）、銀薇[Lagerstroemia indica L. f. alba （Nichols.） Rehd.]、櫟樹（Quercus acutissima Carruth.）、丹桂[Osmanthus fragrans （Thunb.） Lour. var. aurantiacus Makino]5種植物對大氣中二氧化硫及氟化物污染的抗性及吸收能力的對比試驗，并對上述各植物葉片進行電子顯微鏡掃描觀察，現將結果報告如下。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗選擇2個大氣污染程度不同的試驗點，試驗點1位于湖北省遠安縣花林寺鎮木瓜鋪村，附近無大型工廠，桑葉可正常養蠶。試驗點2位于湖北省遠安縣蠶種場，該試驗點處在污染地區，附近有陶瓷廠及玻璃廠，桑葉已不能養蠶。

1.2 材料

供試植物為桑樹農桑14（Morus alba L. cv. Nongsang 14），樹齡15年，中桿栽培。對照植物有紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂，樹齡在15 a左右。每個試驗點所調查的試驗植物栽植的地理位置和周圍的生態環境相近。

1.3 方法

1.3.1 大氣中二氧化硫及氟化物的測定 2014年6-11月，在每月的5-8日上午9：00～11：00，分別在2個試驗點用TH-150C型智能型中流量空氣總懸浮微粒采樣器進行空氣采樣，采樣時間為1 h。采集的樣本送農業部農業環境質量監督檢驗測試中心（武漢）進行檢測。樣本中二氧化硫含量采用文獻[9]的方法檢測，氟化物含量采用文獻[10]的方法檢測。

1.3.2 供試植株生長狀態調查 2014年6-11月，在每月的5-8日對2個試驗點生長的5種試驗植物進行生長狀態調查，調查受試植物的葉片傷斑、嫩葉卷曲程度、落葉情況及植株整體生長狀況。

1.3.3 供試植株葉片中亞硫酸鹽及氟化物含量的測定 2014年11月上旬分別在2個試驗點采樣，采集試驗植物植株中部的葉片，每種植物選擇5個植株采樣。樣本由湖北省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所檢測亞硫酸鹽含量和氟化物含量。亞硫酸鹽含量采用文獻[11]的方法測定、氟化物含量采用文獻[12]的方法測定。

1.3.4 供試植株葉片的電鏡觀察 2014年11月上旬，將2個試驗點采集的植物葉片樣品在中國科學院武漢病毒研究所公共技術服務中心進行葉片的正、反面的電子顯微鏡掃描觀察。

1.4 數據分析

試驗所得數據應用Microsoft Office Excel 2007軟件進行處理并作圖，采用SPSS Statistics19.0數據分析軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 空氣中污染物濃度

2014年6-11月在2個試驗點取得的空氣樣本其二氧化硫含量測定結果見圖1、氟化物含量測定結果見圖2。從圖1可見，二氧化硫含量試驗點1為0.007～0.027 mg/m3，試驗點2為0.017-0.080 mg/m3；從圖2可見，氟化物含量試驗點1為0.199～0.905 mg/m3，試驗點2為0.251-1.719 mg/m3，反映出遠安縣蠶種場環境空氣中的二氧化硫和氟化物含量始終高于遠安縣花林寺鎮木瓜鋪村環境空氣中的二氧化硫和氟化物含量。

2.2 植株生長狀態調查

連續6個月的試驗點田間5種參試植物農桑14、紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂生長狀態調查結果表明，參試植物的葉片傷斑、嫩葉卷曲、落葉情況及植株整體生長狀況基本在正常范圍內，植株生長良好，沒有發現異常現象，說明當地環境中的二氧化硫及氟化物在試驗測定的濃度范圍內對參試植物的生長狀況無不良影響。

2.3 植株葉片中亞硫酸鹽的含量

參試植物葉片中亞硫酸鹽含量測定結果見圖3。從圖3看出，2個試驗點里參試5種植物葉片中的亞硫酸鹽含量在15.58～22.26 mg/kg。其中在試驗點1，農桑14的亞硫酸鹽含量顯著低于銀薇和丹桂（P<0.05）；在試驗點2，農桑14的亞硫酸鹽含量顯著低于銀薇、櫟樹（P<0.05），但極顯著高于丹桂（P<0.01）；2個試驗點之間的農桑14葉片亞硫酸鹽含量無顯著差異（P>0.05）。表明在試驗范圍內，農桑14對二氧化硫的吸收與其他4種對照植物相比沒有明顯特點，隨著大氣中二氧化硫含量的增加，對二氧化硫吸收的變化不明顯。

2.4 植株葉片中氟化物的含量

參試植物葉片中氟化物含量在試驗點1的測定結果見圖4。從圖4可見，試驗點1的農桑14葉片中的氟化物含量為27.87 mg/kg，極顯著高于紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂4種對照植物（P<0.01）。

參試植物葉片中氟化物含量在試驗點2的測定結果見圖5。從圖5可見，試驗點2的農桑14葉片中氟化物含量為483.56 mg/kg，極顯著高于紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂4種對照植物（P<0.01）。

將2個試驗點測定出的植物葉片中氟化物含量進行增長量對比，結果見圖6，從圖6可見，農桑14的葉片氟化物含量在試驗點2的測定值遠高于試驗點1，2個點的差值為455.69 mg/kg；并且農桑14的葉片氟化物含量增長量極顯著高于紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂4種對照植物（P<0.01）。表明在試驗條件范圍內，農桑14對空氣中氟化物的吸收能力大大高于紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂，且隨著空氣中氟化物濃度的升高，吸收量也極顯著增高（P<0.01）。

2.5 植物葉片電鏡掃描觀察

從植物葉片電子顯微鏡掃描結果（圖7）來看，與紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂4種對照植物相比，農桑14的葉片表面特別是背面的皺褶豐富深凹，并聚集了較多的顆粒狀物，數量明顯多于紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂，表明農桑14對空氣中粉塵等污染物具有較強的吸附能力。

3 討論

空氣中二氧化硫、氟化物污染均會對環境及生物造成危害；氟化物毒性比二氧化硫要強，有研究認為，氟化氫對人體的危害比二氧化硫大20倍，對植物的危害比二氧化硫大10～1 000倍[13]。二氧化硫主要以氣體（SO2）的形式存在，氟化物則以氣態氟化物（HF、SIF4）及塵態氟化物的形式存在[14]。桑樹屬于吸滯粉塵能力強的樹種之一[2，15]，這在試驗的葉片掃描電鏡照片中得到證實，桑葉表面特別是背面的皺褶豐富深凹，聚集了較多的顆粒狀物，這種特殊結構可能是桑樹對空氣中粉塵具有較強吸附能力的重要原因。桑樹葉片亞硫酸鹽含量與紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂4種對照植物相當，但氟化物的含量顯著超過其他4種對照植物，并隨空氣中氟化物污染程度的增加而大幅度增加，推測是因為桑葉對低濃度的氣態二氧化硫吸收優勢不明顯，但對空氣中大量的塵態氟化物具有極顯著的吸附優勢所致。關于桑葉吸附空氣中的氟化物后進一步的轉化、同化等途經有待于下一步研究。

桑樹在園林綠化植物中屬于葉量大的植物之一，年產葉量最高可達2 000 kg/667 m2以上，桑樹對氟化物污染既有很強的抗性又有很強的吸附能力，這對開發桑樹的生態修復功能、治理空氣氟污染具有重要意義。

參考文獻：

[1] 秦儉，何寧佳，黃先智，等.桑樹生態產業與蠶絲業的發展[J].蠶業科學，2010（6）：984-989.

[2] 黃凡哲，王代樂.淺談桑樹的生態修復作用[J].北方蠶業，2012（4）：52-54.

[3] 徐建紅，李偉，王翠紅，等.太原市抗氟植物的篩選[J].山西煤炭管理干部學院學報，2002（3）：74-80.

[5] 呂海強，劉福平.化學性大氣污染的植物修復與綠化樹種選擇[J].亞熱帶植物科學，2003，32（3）：73-77.

[6] 張德強，孔國輝，溫達志，等，園林綠化植物的抗性及其對SO2和Pb凈化能力分析[J].廣州環境科學，2003，18（3）：22-25.

[4] 魯敏，李英杰.部分園林植物對大氣污染物吸收凈化能力的研究[J].山東建筑工程學院學報，2002，17（2）：45-49.

[7] 劉子琪.SO2脅迫下園林植物葉片含硫量及光譜特征研究[D].武漢：華中農業大學，2014.

[8] 竇宏偉，周菲，謝清忠，等. SO2脅迫對桑樹部分生理生化特性的影響[J].蠶業科學，2010，36（1）：126-131.

[9] HJ482-2009，環境空氣二氧化硫的測定甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法[S].

[10] HJ481-2009，環境空氣氟化物的測定石灰濾紙采樣氟離子選擇電極法[S].