常见蔷薇科植物对大气中氟化物吸收累积特征的研究

金 俊,李喜梅,徐盼盼,姬玉欣,王玉洁

(杭州师范大学生命与环境科学学院,浙江杭州310036)

常见蔷薇科植物对大气中氟化物吸收累积特征的研究

金 俊,李喜梅＊,徐盼盼,姬玉欣,王玉洁

(杭州师范大学生命与环境科学学院,浙江杭州310036)

为研究常见蔷薇科植物在生长期对大气中氟化物的吸收积累特征,筛选对氟化物抗性较强且易富集的物种,分别于4月、6月、8月和10月,采用酸碱浸提法测定研究区内常见的8种蔷薇科植物体内的氟含量,并根据累积变化特征对植物进行分类.结果表明:所检测的8种植物中6种植物具有一定的氟富集功能,其中红叶李、桃的氟吸收和累积程度均高于其它物种;这6种植物在其新叶生长期普遍易吸收大气中的氟化物,且在成熟期体内氟含量没有发生显著的降低,适宜在净化大气氟化物的工作中推广种植.

蔷薇科;生长期;氟含量;吸收;累积

目前,氟化物已成为大气中重要的污染物之一,其对植物的毒性比SO2大20～300倍,被植物吸收后能在体内积累和转移,并可通过食物链进入人和动物体内,引起氟中毒.因此,大气中氟污染问题已受到人们的广泛关注[1].随着生物监测技术的不断发展,研究不同植物中氟的富集情况,可筛选出对氟污染敏感性和抗性强的植物,作为城市环境污染的指示生物和污染严重地区的绿化树种[2-3].特别是在污染环境下许多植物经长期的适应,形成了对污染气体的忍耐、抵抗和吸收净化的能力[4-7],这对于用植物监测环境质量以及利用植物修复技术治理氟污染具有重要意义.

近年来,关于植物和大气中氟化物相关关系的研究逐渐成为热点,其中大气氟化物与农作物之间效应关系的研究较多.也有诸多学者[8-10]对绿化植物受氟污染后的生长、生理机能和叶片积累量做了相应的研究,并从中筛选出了一批抗性植物.但由于生境不同,植物对氟化物的抗性和敏感程度也会有所不同,加之对于杭州地区常见景观植物,特别是蔷薇科等对氟化物敏感的物种,氟化物抗性强弱等方面的研究较少,所以该研究主要以杭州师范大学下沙校区内8种常见的蔷薇科植物为样本,探索其在生长期内对大气中氟化物的吸收积累特征,进一步丰富此方面的研究资料,并挑选出对氟化物抗性较强且易吸收的植物加以推广.

1 研究地区与方法

1.1 研究区概况

1.1.1 研究区基本参数

杭州师范大学下沙校区位于杭州市下沙经济开发区东侧,属亚热带季风气候,温暖湿润,常年主导东南风,四季分明,年平均气温16.27℃,年平均相对湿度68%.校园土壤呈偏碱性,p H约为7.6.

根据校园植物志记载,校区内蔷薇科植物主要为乔木类和灌木类,尤其以小乔木居多.

1.1.2 大气氟化物主要来源

大气污染中氟化物主要来源于煤炭的燃烧,砖瓦、水泥、陶瓷、磷肥、电解铝、农药、塑料、橡胶、冷冻剂的制造、加工行业[1],本研究区隔江往东方向所属工业园区内亦有此类建材化工等工业设施.氟化物中氟化氢的密度小于空气,易造成下风向远距离污染,因此含氟废气经东南风易飘散到校区上空.若遇连续阴雨天气,由于空气湿度较大、气压低,不利于氟化物的扩散[11],从而导致气态氟化物停滞、固态氟化物沉降,可能会造成暂时性的局部污染.

1.2 研究方法

1.2.1 样本植物的选择与采样点的布设

在充分调查校园内植物分布情况的基础上,按研究物种需有较大分布性的构想,结合植物样品测定方法所规定的样本只含少量Fe、A l、Si等物质的要求,在校园内选取常见的红叶石楠(Photinia serru lata)、日本晚樱(Cerasus serrulata var.lannesiana)、红叶李(Prunus cerasifera)、桃(Prunus persica)、垂丝海棠(M alus halliana)、石楠(Photinia serrulata)、湖北海棠(M alus hupehensis)和月季(Rosa chinensis)等8种蔷薇科植物.样品采集时采用每地点涉及、每物种固定植株采样的方式,保证每次采样同种样品的充分混合且不失采样的代表性、典型性、统一性和连续性.

1.2.2 采样时间的选择

据气象资料显示,杭州地区从3月下旬至6月初为春季,6月上旬至9月底为夏季,10月上旬至12月初为秋季,以上3个季节为植物主要的长叶、开花、结果和凋零阶段,故将研究时间设定在4月、6月、8月和10月,其中4～6月为大部分景观植物的新叶萌发和生长期,6～10月为其成熟期甚至凋零期(落叶植物),从而便于研究各种植物生长期中对大气氟化物吸收积累的程度.

1.2.3 植物样品的采集

大气中的氟化物被植物吸收后主要积累贮存于叶片中,而植物根系从土壤中吸收的氟,一般很少向叶片转移[12-15],且氟化物在植物体内的积累分布规律是叶>茎>根[16],因此叶片含氟量对大气中氟污染状况的反映更加可靠、准确[12].研究中从4月植物普遍生长新叶开始,按期采集样品.所采样植株的树龄、生长状况及采叶部位尽可能保持一致,在树冠的中部外围进行4个方向均匀的采取[12],同时注意每次采样保证叶龄的一致.采集的样品编号装入纸袋.

1.2.4 植物样品的制备

样品先用蒸馏水清洗,置于80℃下鼓风干燥48 h,并经研磨后,全部通过40号筛,储存于塑料袋中.

1.2.5 植物样品的测定

采用酸碱浸提法[17]测定.将样品混合均匀,用“四分法”进行取样,准确称取0.50～1.50 g样品,通过HNO3、KOH等浸提溶液,利用氟电极进行测定.

1.2.6 土壤样品的采集、制备及测定

分别于4月、6月、8月和10月,在采集植物的区域进行土壤样品的采集.将样本经NaOH熔融后,用水浸提.以离子强度络合缓冲液调整浸出液的p H,并掩蔽干扰离子,利用氟电极进行测定.

1.3 数据处理软件与方法

结合SPSS11.5统计软件对数据进行转化和处理,用参数分析、非参数分析等统计学方法分析植物生长期氟吸收量和累积量的特征.运用Sigmap lot8.0作图软件绘制植物生长期中氟富集量的变化特征.

2 结果与讨论

2.1 研究区土壤氟含量水平

表1 研究区土壤的氟含量Tab.1 Fluoride content of soil in research areas

表1数据显示,在植物采样的4个阶段土壤氟含量差异不显著(d f=3,p>0.05).结合潘如等[12-14]研究中提到的植物根系从土壤中吸收的氟很少向叶片转移的结论,可以初步判定研究区植物体内特别是根系中氟化物与土壤中氟化物存在着动态的平衡,进一步保证植物叶片中储存的氟化物来自于大气环境.在土壤特性相同的情况下,采用对大气氟化物敏感的植物指示大气氟化物浓度更具科学性[18].

2.2 植物生长期氟吸收量及平均氟含量水平

在4月、6月、8月、10月4个阶段分别对植物样品进行测定,其中在4月和6月对所有的8种植物样品进行测定.由于大部分植物对氟化物的吸收主要是在新叶生长阶段,因此剔除2种连续在两个阶段都未能检测出氟含量的物种,从而完成其它6种植物在其整个生长期内氟含量的检测.

由表2可得,植物在生长期中氟吸收量主要集中在5.00～25.00 mg·kg-1之间,平均氟含量在5.00～20.00 mg·kg-1之间,其中大部分又集中在5.00～10.00 mg·kg-1之间,符合缪良[15]、黄会一等[19]以及谢正苗等[20]研究中关于植物平均含氟量的范围.而红叶李、桃的氟吸收和累积程度均略高于其它物种,表明以上植物在富集氟化物的能力上具有一定的优势.

通过对同种植物的生长期氟吸收量和平均氟含量比较发现,红叶李、桃在其生长期氟吸收量显著高于其平均氟含量(d f=1,p<0.05),表明植物对大气氟化物的吸收不一定会持续累积在叶内.

表2 蔷薇科植物生长期中的氟吸收量及平均氟含量Tab.2 Absorption and average content of fluorine in plan ts of Rosaceae during growing period

2.3 植物生长期中含氟量累积的变化特征

图1所示为6种植物在生长期中含氟量累积的变化特征.由此,将植物按生长期中的氟累积量大致归为两类:第一类,氟含量随着叶片的生长逐渐增加并在后阶段显著增加(df=3,p<0.05),以日本晚樱和垂丝海棠为代表;第二类,氟含量随着叶片的生长逐渐增加且在后阶段趋于平缓(d f=3,p>0.05),以红叶李、红叶石楠、桃和梅为代表.

其中第一类蔷薇科植物的氟累积量基本在5.00～10.00 mg·kg-1之间,各植物新叶萌发期对氟化物的吸收量普遍小于其在成熟期的吸收量;第二类蔷薇科植物其氟累积量基本在15.00～25.00 mg·kg-1之间,各植物新叶萌发期氟吸收量均呈增长趋势,但在叶片成熟期对氟的吸收便趋于平缓,8～10月的氟积累量无显著性差异(d f=3,p>0.05).以上物种在采样时对其表象的观察未发现明显的受氟伤害症状,因此选用以上植物在低氟污染区种植可以进一步减轻大气的氟污染程度.

图1 植物生长期中含氟量累积的变化特征Fig.1 The variation of fluorine accumulations in plan ts during growing period

3 结 论

在常见景观植物中,蔷薇科植物属于氟化物敏感物种,特别是红叶李、桃等吸收累积氟化物的能力较强,适宜在净化大气氟化物的工作中推广种植.

对于被植物叶片所吸附的氟,有可能进一步被植物代谢消耗或者通过气孔、运输至根尖向外界环境释放.如红叶李、桃等植物其生长期氟吸收量显著高于其平均氟含量.

植物在不同的生长发育阶段,对氟化物的敏感性是不一样的[21],大部分蔷薇科植物在其新叶生长期普遍易吸收大气中的氟化物,但至成熟期后主要因物种的差异会向含氟量持续增长、含氟量趋于稳定两个方向发展,在所检测的8种植物中未发现在成熟期体内氟含量显著降低的物种,表明研究所选取的蔷薇科植物基本适宜用于氟污染的监测和治理工程中.

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Research on Uptake of Atmospheric Fluorine by Fam iliar Plants of Rosaceae

JIN Jun,L IXi-mei,XU Pan-pan,JI Yu-xin,WANG Yu-jie
(College of Life and Environment Science,Hangzhou Normal University,Hangzhou 310036,China)

To research on the up take of atmospheric fluo rine by familiar p lants of Rosaceae during grow ing period,the paper has screened the speciesw hich are fluo rine resistance and enrichment,determined the content of fluorine in 8 p lantsof Rosaceae in Ap ril,June,August and October through acid and alkali extraction method respectively,and classified p lants according to the variations of fluorine accumulations.The results show that six of those p lants have stronger fluorine enrichment ability than o thers.Especially,the levelsof fluo rine abso rp tion and accumulation of both Prunus cerasifera and Prunus persica are higher than o thers.Furthermo re,the six of those p lants are easier to abso rb atmospheric fluo rine during new leaves growing and the contentsof fluo rine in these plants have no significant change in maturation period.Thus,they are recommended to be p lanted in the work of cleaning atmospheric fluo rine.

Rosaceae;grow ing period;content of fluorine;absorp tion;accumulation

X835

A

1674-232X(2010)03-0191-04

DO I:10.3969/j.issn.1674-232X.2010.03.006

2010-03-04

杭州师范大学实验室开放项目(2009007).

金 俊(1988—),男,浙江绍兴人,环境科学专业本科生.

＊通讯作者:李喜梅(1967—),女,河南三门峡人,高级工程师,硕士,主要从事环境监测及环境化学方面研究.E-mail:liximei67@163.com