宋 彬，王得祥，张 义，胡有宁

(西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌 712100)

延安自古为陕北地区的政治、经济、文化和军事中心，是国家级历史文化名城。延安市地处陕北黄土高原丘陵沟壑区，属于内陆干旱半干旱气候，生态环境较为脆弱, 风沙和水土流失严重，导致当地沙尘较大，空气质量较差[1]。近年来，由于当地能源产业和红色旅游的繁荣，机动车尾气、燃油燃煤及焚烧生活垃圾等导致的大气硫化物等污染物的排放量日益增大[2]，大气污染的防治已经成为该市环保和城市规划的首要目标[3]。植物通过呼吸作用，对大气中的污染物在一定程度内具有吸收转化作用，对大气具有很强的净化能力[4-7]。因此，研究不同树种叶片硫含量对于生态环境脆弱地区绿化树种的选择具有重要意义[8-9]。有研究表明，叶片硫含量与大气SO2浓度呈显著正相关性[10-11]；也有研究认为，上述两者之间并非呈绝对正相关[12]。近年来，对于植物吸收SO2的研究较多，但研究内容多集中于SO2对植物的伤害症状及生理生化指标的影响等方面，针对城市绿化树种选择方面的研究则稍显薄弱[13]。本研究通过对陕西延安城区常见15种园林树种叶片硫含量和相对吸硫量进行比较分析，旨在为延安市以及类似地区关于优化空气质量的城市森林、城市园林植物的筛选及景观配置提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

延安市地处黄土高原丘陵沟壑区，位于东经107°38′57″，北纬35°20′37″，平均海拔1 200 m，属于内陆干旱半干旱气候，年平均日照2 300～2 700 h，年平均气温7.7～10.6 ℃，年平均降雨量500 mm，主要集中在7-9月。延安市内植物分布不均，树种单一，近山区主要树种有刺槐、侧柏和少量油松；城区分布的主要树种有国槐、垂柳等[14]。由于地处黄土高原，扬沙天气频频出现使得该地区空气质量较差。此外，近些年随着延安社会经济和红色旅游业的繁荣发展，机动车尾气、燃油燃煤及锅炉烟尘等导致的大气硫化物等污染物的排放量大幅度增长。

1.2 研究方法

1.2.1 样区与树种的选择 根据延安市空气污染特点及不同绿化树种选择4个样地，分别为重度污染区(姚店工业区)、中度污染区(百米大道、小东门商业区)、轻度污染区(丽景花苑、虎头苑小区)和对照区(凤凰山、万花山景区),以上4个采样区空气中的SO2平均质量浓度分别为0.029 3,0.019 7,0.013 1和0.009 8 mg/L。在对延安城区现有园林绿化树种进行实地踏查的基础上，根据延安市的地理气候特点及绿化植物的生长适应性、观赏价值及综合应用频次，选取15种常见绿化植物作为供试材料(表1)进行试验。

1.2.2 样叶的采集与处理 于2012-08-21-22，在延安市各个样地分别采集样树叶片，每个树种设置3个重复，重复采样的树高、胸径和树龄必须一致或接近，在树冠外围上、中、下及四周均匀采集叶位相同或近似的样叶400 g[15]。郁梦德等[16]的研究表明，植物叶片中的含硫量和硫的增加量主要与叶龄有关，而径级和树高对其影响不显著。因此本研究均采集一年生叶片，将所采叶片样品带回实验室后，先用自来水洗净，再用去离子水冲洗[17]，然后在80 ℃烘箱中烘干后，用粉碎机粉碎过孔径0.2 mm筛。精确称取0.2 g粉碎后样品置于100 mL三角瓶中，加入5 mL消化液(1.7 g偏钒酸铵、1 200 mL高氯酸、1 050 mL硝酸、7.5 g重铬酸钾)[18]，在电热板上保持80 ℃以下加热至不再出现黄烟，当消化液呈现淡绿色且产生高氯酸白烟及淡红色沉淀即可停止，用蒸馏水冲洗漏斗后，加10 mL混合酸(50 mL冰醋酸、20 mL盐酸、20 mL磷酸)过滤，稀释定容至25 mL。

1.2.3 叶片硫含量的测定 首先用比浊法[19-20]配备标准溶液(溶液中硫质量浓度分别为0,20,40,60,80,100 μg/mL)，定容后，利用原子吸收分光光度计在440 nm波长处测定吸光度后，绘制标准曲线，相关系数为0.999 5。最后测定样品的硫含量，同一样品3次重复，结果取其平均值。

表 1 延安市15种供试园林树种及其生长状况

1.3 数据分析

用SPSS17.0软件对不同区域树种叶片的硫含量进行单因素方差分析(ANOVA)，分析不同区域之间叶片硫含量的差异显著性。再用不同区域树种叶片硫含量减去相对清洁区树种叶片硫含量，即可得到不同树种的相对吸硫量[21]。采用平均污染指数法[22-23]计算树种的平均污染指数(TW)，将其作为树种净化能力的评价指标，即平均吸硫量。平均污染指数计算公式为：

式中：Ci为污染指数，Cm为采样区某种树的叶片硫含量，Ck为对照区对应树种叶片硫含量，n为相应树种所处污染区数量。

2 结果与分析

2.1 不同污染状况下不同树种之间叶片硫含量的比较

陕西延安地区不同程度空气污染区不同树种叶片硫含量的测定结果如表2所示。

表 2 陕西延安不同污染区域不同树种叶片硫含量的比较

表2表明，不同污染状况下，同一树种叶片硫含量存在明显差异。对同一树种而言，叶片硫含量随着空气污染程度的加重而升高，表现为重度污染区>中度污染区>轻度污染区>对照区。除紫叶李、刺槐、云杉、龙柏和侧柏叶片硫含量在重度污染区与轻度污染区之间无显著差异外，其他树种叶片硫含量均以重度污染区显著高于轻度污染区(P<0.05)；除桃树、碧桃、国槐、龙爪槐、龙柏、紫叶小檗和榆树叶片硫含量在中度污染区与轻度污染区无差异显著外，其他树种叶片硫含量在中度污染区与轻度污染区之间均有显著差异(P<0.05)。

表2显示，在相同的污染环境中，15种树种对硫元素的积累能力有明显差异。在重度污染区，旱柳、垂柳叶片硫含量分别为7.63和7.79 mg/g,均显著高于其他树种；紫叶李和刺槐叶片硫含量次之，分别为2.05和2.21 mg/g；其他树种叶片硫含量为0.97～1.89 mg/g,均显著低于以上4个树种。在中度污染区，旱柳、垂柳叶片硫含量分别为5.31和5.87 mg/g,均显著高于其他树种；紫叶李和刺槐叶片的硫含量次之，分别为1.77和1.81 mg/g；其他树种叶片硫含量为0.88～1.69 mg/g,均显著低于以上4个树种。在轻度污染区，旱柳、垂柳叶片硫含量分别为3.56和4.40 mg/g,均显著高于其他树种；紫叶小檗和臭椿叶片硫含量次之，分别为1.42和1.47 mg/g；其他树种叶片硫含量为0.71～1.40 mg/g,均显著低于以上4个树种。在对照区，旱柳、垂柳叶片硫含量也显著高于其他树种。

2.2 不同污染状况下不同树种吸硫量的比较

陕西延安不同污染区各树种相对吸硫量的测算结果见表3。表3显示，不同污染状况下，同一树种叶片相对吸硫量存在显著差异，且均随空气污染程度的加重而升高，表现为重度污染区>中度污染区>轻度污染区。

表3 陕西延安不同污染区各树种间相对吸硫量的比较

表3表明，不同污染状况下15种树种的吸硫量也存在明显差异。在重度、中度和轻度污染区，旱柳、垂柳、刺槐叶片的相对吸硫量均显著高于其他树种。在重度污染区，各树种叶片相对吸硫量由大到小依次为：旱柳>垂柳>刺槐>紫叶李>桃树>碧桃>国槐>龙爪槐>臭椿>刺柏>紫叶小檗>云杉>榆树>龙柏>侧柏；在中度污染区，各树种叶片相对吸硫量由大到小依次为：旱柳>垂柳>刺槐>桃树>碧桃>龙爪槐>紫叶李>国槐>刺柏>云杉>紫叶小檗>榆树>臭椿>侧柏>龙柏。与重度污染区相比，除垂柳、旱柳和刺槐的叶片相对吸硫量排序靠前，侧柏、龙柏叶片相对吸硫量排序处于最末之外，其余树种相对吸硫量顺序不完全相同。在轻度污染区，各树种叶片相对吸硫量依次表现为：垂柳>旱柳>刺槐>桃树>碧桃>国槐>龙爪槐>刺柏>紫叶李>榆树>紫叶小檗>龙柏>臭椿>云杉>侧柏。

由表3还可知，旱柳、垂柳和刺槐的平均吸硫能力最强， 平均污染指数均较高，分别为2.64,2.28,2.26;其次为碧桃、桃树、紫叶李、榆树、国槐、刺柏、龙爪槐、龙柏和紫叶小檗，云杉、臭椿和侧柏的平均吸硫能力均较差。

3 结论与讨论

本研究中，垂柳、旱柳等柳属植物的叶片硫含量较高，这与薛皎亮等[24]对太原市不同植物叶片硫含量的研究结果一致。本研究结果显示，在不同污染条件下，同一树种的叶片硫含量表现出明显差异，其硫含量均随着空气污染程度的上升而增加，表现为重度污染区>中度污染区>轻度污染区>对照区。可以推测，在一定范围内，植物吸收的SO2量随环境SO2质量浓度的增大而增加，这与吴云霄等[25]研究得出的“空气污染越严重，区域植物叶片硫含量越高”的结论相一致。

本研究发现，在相同的污染状况下，不同树种叶片对硫的相对吸收能力存在显著差异。在重度及中度污染区中，垂柳、旱柳、刺槐叶片的相对吸硫量均显著高于其他树种，而龙柏、侧柏的吸硫能力较差；在轻度污染区中，垂柳、旱柳和碧桃叶片的相对吸硫量远高于其他树种，以云杉、臭椿和侧柏的吸硫能力较差[26]。供试15种树种在不同污染状况下的相对吸硫量有明显差异，表现为重度污染区>中度污染区>轻度污染区，15种树种平均吸硫能力的排序依次为：旱柳>垂柳>刺槐>碧桃>桃树>紫叶李>榆树>国槐>刺柏>龙爪槐>龙柏>紫叶小檗>云杉>臭椿>侧柏。

本研究中，不同污染状况下不同树种叶片硫含量及相对吸硫量的变化有一定差异，大部分树种的叶片硫含量越高，其相对吸硫量也越高，但有的树种并不遵循这一规律。如云杉在中度污染区叶片硫含量较低，仅为0.99 mg/g,但其相对吸硫量却较高，为0.44 mg/g；而紫叶小檗在中度污染区叶片硫含量为1.69 mg/g，但其相对吸硫量却较低，仅为 0.43 mg/g。

本研究结果显示，在不同污染状态下，除垂柳、旱柳及刺槐叶片相对吸硫量较大外，其余树种相对吸硫量顺序完全不同。由此可以推断，植物相对吸硫量并非绝对随着污染区污染程度的上升而增加，即在一定范围内，叶片对二氧化硫的吸收量随着二氧化硫质量浓度的增加到达一定峰值后开始下降。导致这种情况的原因可能有2种：(1)当空气中SO2的质量浓度过高时，植物不仅不能积累过多的硫，还可能会导致植物体的含硫蛋白质遭到破坏[27]，这可以通过不同污染情况下植物含硫氨基酸含量的变化来进一步研究。(2)植物对其他污染物如重金属的吸收，可能会对植物的吸硫能力产生抑制作用[28]，这一点在选取吸硫植物时也应加以考虑。

本研究中，阔叶树种的相对吸硫量随着叶片硫含量的升高而升高，两者之间呈正相关；针叶树种相关性则极低，如云杉，其在各个污染区对硫的吸收能力均表现较差，但是其相对吸硫量却较高，可能与针叶树种的叶量及叶的表面特征[29-30](气孔开度、皱纹、油脂)等因素有关。因此，针叶树种叶片对硫的吸收积累及其相对吸硫量呈现出相当复杂的关系，应该进一步研究探索。

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