新乡24种园林绿化树木叶片含硫量比较

张家洋，毛雪飞，童庆校，李 慧

（新乡学院 生命科学与技术系，河南 新乡 453003）

新乡24种园林绿化树木叶片含硫量比较

张家洋，毛雪飞，童庆校，李 慧

（新乡学院 生命科学与技术系，河南 新乡 453003）

为了探讨新乡市园林绿化树木叶片硫累积量的差异性，于2011年春秋季节选择5个功能区24种绿化树木，对其叶片含硫量进行比较并运用K-均值聚类法进行分类。结果表明：除女贞之外，其它绿化树木叶片含硫量随春秋季节的变异呈现递增趋势，绝大多数绿化树木春秋季节差异显著；与清洁区相比较而言，污染区域所供试的几乎所有的绿化树木叶片含硫量都较高。根据5个功能区绿化树木叶片含硫量均值进行分类，杨树叶片含硫量相对较高，归为第一类；大叶黄杨、银白杨、榆树、垂柳、白蜡、五角枫、枇杷、小叶黄杨和臭椿叶片含硫量居中，归为第二类；第三类包括无花果、构树、悬铃木、椤木石楠、国槐、小叶女贞、合欢、紫叶李、栾树、女贞、紫荆、红叶石楠、凤尾兰和海桐，叶片含硫量相对较低。不同类型的树木叶片含硫量差异性表现为落叶阔叶乔木＞阔叶灌木＞常绿阔叶乔木。

绿化树木；叶片；含硫量；比较

随着社会发展和城市进步，工业生产和人为活动直接或间接地产生的污染物严重影响了生态平衡，破坏了自然环境，而硫化物是目前大气污染物中数量较大、影响面较广的污染物之一[1]。硫化物和悬浮颗粒物一起进入人体呼吸道系统，对人类的健康构成了严重的威胁[2]，同时也会对植物生长、发育和繁殖产生深远的影响[3]。城市园林植物是生态系统的重要组成部分，也是改善环境的重要载体[4]，对于一定浓度范围内大气污染物，不仅具有一定的抵抗能力，而且也有相当程度的吸收同化能力[5]。在城市污染区选择抗污、吸污能力强的绿化植物，构建不同类型的人工绿化生态工程体系，缓解环境污染压力，有效改善近地面大气环境质量，并对实现城市的可持续发展具有重要的现实意义。

植物的枝、叶可以吸收富集硫等多种污染元素，反映排放源附近元素的输入特征及污染水平[6-7]。近些年来，国内外许多学者对某一区域或城市的绿化植物开展了大气污染物富集硫能力及环境效应研究[8-11]，筛选出一批抗污、吸污能力强的优良植物[12-15]，并对城市绿化植物的净化功能进行了定量评估[16-17]。然而针对中原地区工业城市新乡开展园林绿化树木叶片硫化物含量的差异性分析鲜见报道。鉴于此，通过对新乡城市污染状况进行实际调查，选择不同功能区、不同季节的24种绿化树木，对其叶片含硫量进行测定，筛选出对大气硫化物的吸收积累能力强的绿化树木，旨在为未来城区绿化结构调整与改造提供科学依据，同时也为新乡市大气环境治理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 园林绿化树木材料的选择

根据新乡城区污染程度选择5个功能区，即文教区(新乡学院、新乡医学院及河南科技学院校园)、闹市区(平原路、新飞大道及人民路)、风景区(森林公园及其附近地区)、工业区(化工路和北站工业区)、城郊区（大召营、翟坡和孙杏村），于2011年4月仅在文教区和闹市区选择绿化树木24种， 并于9月在5个功能区均选取常见的绿化树木24种，其中落叶乔木15种，常绿乔木4种，灌木5种，树木具体生长状况见表1。不同功能区及树木叶片综合含硫量的测定选择秋季采集的较老叶片，因其硫含量相对较稳定，不同季节树木叶片含硫量的测定选择文教区和闹市区。

1.2 样品采集、处理与测定

于2011年春、秋季选择生长健康的绿化树木，所选择同一树种胸径、树高、生长情况等基本保持一致，在各采样点对每个树种采集3～4株，采样位置选择树冠外围东西南北4个方向，同时考虑上、中、下部位，多点采样，将采集后的叶片小心封存于自封塑料袋中并带回实验室处理，具体操作过程：先用蒸馏水浸泡叶片6 h，然后戴上手套洗净叶片上的滞尘等杂物，放在上海精宏烘箱中杀青0.5 h ，并设置温度为105℃，最后在温度75℃下烘干至恒质量，用粉碎机粉碎，过60目筛，称取0.5 g，用4∶1的HNO3-HClO4混合酸消煮后，用BaCl2比浊法使用752型分光光度计测定样品中全硫含量。

表1 所选树木和生长状况Table 1 Tested tree species and theirs growth

1.3 数据处理

原始数据的统计、分析及图表制作采用Microsoft Excel、SPSS17.0和Word2003软件完成，表中数据以平均数±标准误表示。

2 结果与分析

2.1 树木叶片含硫量季节变异分析

表2呈现了2个功能区24种树木叶片含硫量的季节变化，除了女贞之外，其它树木叶片含硫量变化规律相似，即春季低，秋季高，春季树木叶片含硫量低可能与树木的生理活动密切相关，4、5月份伴随着树木的萌芽和展叶，叶片组织迅速扩大，硫化物在树体及叶片内迅速扩散后，使浓度相对降低，到了秋季，随着树木叶片的长成，体积增长变得缓慢，富集的硫污染物就会在叶片中慢慢积累甚至达到最高，表现为含硫量增大[18]。事实上，春季是树木生长代谢最旺盛的阶段，树叶富集吸收污染物的能力很强，只是由于扩散量大于贮存量的结果，使组织内相对含硫量降低。女贞的叶片含硫量春季高，季节变异反常，可能原因是女贞为常绿树木，春季所采集的叶片是冬季遗留的老叶，有学者研究显示[19]，在冬季女贞叶片硫含量最高，而夏季老叶凋落伴随着新叶萌发，含硫量下降。部分树木叶片含硫量秋春季节变化幅度大，如闹市区的杨树是10.61倍，大叶黄杨为7.75倍，银白杨为5.53倍，而文教区的紫叶李达4.63倍。对不同树木叶片含硫量季节差异进行分析，结果（见表2）表明，绝大多数绿化树木春秋两季差异显著或极显著 (p＜0.05)，文教区的凤尾兰、椤木石楠和臭椿季节差异不显著，闹市区的凤尾兰、海桐和榆树季节差异也不显著。有部分学者研究认为树木叶片含硫量随季节的延长而增加[20-22]，这与本文结论一致。与文教区相比较而言，闹市区秋季的大多数绿化树木叶片含硫量高，原因是同一种树木对交通环境产生污染物的响应有差异[23]，市区汽车尾气排放量大，随之而来空气污染严重，而文教区交通压力小，空气污染轻。

表2 不同季节树木叶片含硫量比较†Table 2 Comparison of leaves sulfur content season variations of 24 tree species

2.2 树木叶片含硫量功能区变异分析

于2011年秋季对3个功能区24种树木叶片含硫量变化进行分析，结果(见表3)表明，不同功能区绿化树木叶片含硫量存在一定变异，基本表现为工业区＞城郊区＞风景区，这与邱媛、陈庆南等学者研究结论一致[22,24]。处在不同污染源条件下的同一种树木叶片含硫量存在差异，如在5%的水平下，小叶黄杨、枇杷、银白杨、椤木石楠、白蜡、臭椿、构树、无花果、小叶女贞和榆树10种树木在3功能区间均存在显著差异；除了悬铃木、女贞和海桐外，其它树木在相对清洁的风景区和污染严重的工业区间存在显著差异；而仅在工业区和城郊区无差异的7种树木为大叶黄杨、悬铃木、凤尾兰、合欢、杨树、五角枫和栾树；仅在风景区和城郊区无差异的8种绿化树木为紫荆、凤尾兰、合欢、紫叶李、国槐、海桐、垂柳和红叶石楠。在1%的水平下，枇杷、银白杨、椤木石楠、臭椿、无花果和榆树6种树木在3功能区间均存在显著差异；悬铃木、凤尾兰、合欢、国槐和海桐5种树木在清洁的风景区和严重污染的工业区间不存在显著差异；小叶黄杨、紫叶李、构树和红叶石楠4种树木在工业区和城郊区间存在显著差异；大叶黄杨、杨树、栾树和白蜡4种树木在风景区和城郊区间存在显著差异；女贞在3功能区间均无显著性差异(p＜0.05或p＜0.01)。总之，污染越严重的地方(工业区)树木叶片含硫量就越高，反之越低。原因是绿化树木叶片含硫量与大气硫化物浓度密切相关。李珍珍[21]认为树木叶片含硫量的变化，至少有一半是因大气二氧化硫污染引起的。江静蓉[25]研究显示，女贞和悬铃木2种树木叶片含硫量与大气二氧化硫浓度相关系数达65%以上。谭志海[26]认为在植物最大耐受限度的范围内，叶片相对含硫量与大气中二氧化硫的含量相关性显著，植物吸收、富集的硫明显地随着大气二氧化硫浓度和接触时间的增加而增加。因此，可以利用绿化树木叶片中硫元素的含量来间接估测大气硫化物污染状况[27-30]。也有学者在研究深圳市园林植物叶片含硫量特征时发现，多数植物叶片中的硫含量与空气中的二氧化硫含量相关性不明显[31]。

表3 不同功能区树木叶片含硫量比较†Table 3 Comparison of leaves sulfur content variations of 24 tree species in function areas

2.3 树木叶片含硫量综合比较

为了综合评价新乡24种绿化树木叶片含硫量多少，运用K-均值聚类法(K-Means Cluster)并对其进行分类(设置最大迭代次数为10)。由表4可得，若分成3类，最终聚类中心之间的距离都比较远；若分成4类，最终聚类中心1和2之间的距离为0.09，2和3之间的距离为0.07；若分成5类，最终聚类中心1和5之间的距离为0.08，3和4之间的距离为0.07，3和5之间的距离为0.06。这些相对距离都比较近，故分成3类较佳。由表5可得，杨树(0.363%)含硫量较高，归为第一类；大叶黄杨、银白杨、榆树、垂柳、白蜡、五角枫、枇杷、小叶黄杨和臭椿叶片含硫量居中，归为第二类；无花果、构树、悬铃木、椤木石楠、国槐、小叶女贞、合欢、紫叶李、栾树、女贞、紫荆、红叶石楠、凤尾兰和海桐叶片含硫量相对较低，归为第三类。根据24种绿化树木叶片含硫量大小进行排序：杨树＞大叶黄杨＞银白杨＞榆树＞垂柳＞白蜡＞五角枫＞枇杷＞小叶黄杨＞臭椿＞无花果＞构树＞悬铃木＞椤木石楠＞国槐＞小叶女贞＞合欢＞紫叶李＞栾树＞女贞＞紫荆＞红叶石楠＞凤尾兰＞海桐。杜振宇等[32]对高速公路路域附近绿化树木叶片富集硫能力进行研究发现，杨树＞垂柳＞紫叶李＞女贞，与本文研究结果相似。罗红艳等[33]研究显示，国槐、构树和栾树对硫的积累能力强于白蜡、银白杨、臭椿、榆树、紫叶李和紫荆，与本文结论存在差异。不同类型的绿化树木叶片含硫量有较大区别，悬铃木、紫荆、银白杨、合欢、紫叶李、杨树、五角枫、国槐、栾树、垂柳、白蜡、臭椿、构树、无花果和榆树15种落叶阔叶乔木叶片平均含硫量为0.168%，4种常绿阔叶乔木枇杷、女贞、椤木石楠和红叶石楠叶片平均含硫量为0.113%，大叶黄杨、小叶黄杨、凤尾兰、海桐和小叶女贞5种阔叶灌木叶片平均含硫量为0.124%，故落叶阔叶乔木＞阔叶灌木＞常绿阔叶乔木。有学者研究表明阔叶乔木＞阔叶灌木[34]，孙向武等[35]研究显示落叶阔叶乔木＞常绿阔叶乔木＞灌木，吴云宵等[36]认为树木积累硫的能力表现为乔木＞灌木和落叶树木＞常绿树木，以上部分学者的研究结论同本文基本一致。

表4 最终聚类中心间的聚类Table 4 Clssifying among cluster centers

表5 24种树木叶片含硫量综合比较Table 5 Comprehensive comparison on difference sulfur contents among 24 trees species

3 结论与讨论

(1)对春秋两季节5个功能区24种绿化树木叶片含硫量进行比较分析，除女贞之外，其它绿化树木随春秋季节的变异呈现递增趋势，杨树等部分绿化树木季节变化幅度大，绝大多数绿化树木春、秋季节差异显著。在相对清洁的风景区，如森林公园，所供试的各种绿化树木叶片含硫量都较低；在污染严重的工业区，除了悬铃木之外，其它绿化树木叶片含硫量高。有学者研究得出，有些植物对硫的吸收能力并不随污染物浓度的增高而增高，它们在低浓度污染区的吸污能力反而较高浓度污染区高[37-38]。对24种绿化树木叶片含硫量大小进行综合统计分析得出，杨树含硫量相对较高，大叶黄杨、银白杨、榆树、垂柳、白蜡、五角枫、枇杷、小叶黄杨和臭椿叶片含硫量居中，无花果、构树、悬铃木、椤木石楠、国槐、小叶女贞、合欢、紫叶李、栾树、女贞、紫荆、红叶石楠、凤尾兰和海桐叶片含硫量相对较低。不同类型的绿化树木叶片含硫量大小排序为：落叶阔叶乔木＞阔叶灌木＞常绿阔叶乔木。

（2）杨树叶片含硫量高，可能是它具有丰富的毛状体，吸附含有硫化物的降尘量多，或与气孔开度因素相关[39-40]。黎建力等[41]认为同科植物具有相近的硫富集能力，本文研究的蔷薇科植物紫叶李、椤木石楠、红叶石楠和枇杷以及木犀科的女贞、小叶女贞和白蜡，它们叶片含硫量差异较大，而杨柳科的杨树、银白杨和垂柳3种树木叶片含硫量差异性较小。绿化树木吸收、富集硫化物是处在一个范围内波动的，经过定期的测定硫化物含量，是从总体趋势上来说明问题，树木地上部分器官除了叶片外，树皮和枝条也不同程度地吸收硫化物，绿化树木不仅从大气中吸收、富集硫化物，而且可以从土壤中吸收[42]，而土壤中的硫含量除了受大气降水中硫元素影响外，还受树木凋落物硫元素含量的影响[43]。若灌木生长在乔木之下，沉积的硫化物可能先被乔木吸收，间接地削弱了灌木富集硫化物的量。另外，绿化树木吸收硫化物后，存在转化周期的问题，吸收、富集量大，树木叶片总生物量大，转化速率快的绿化树木，才是净化污染最优良的植物种类[17-18]。针对以上问题，本课题组希望以后在这些方面开展进一步研究。

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Comparisons of sulfur contents in leaves of 24 landscape afforestation trees in Xinxiang City

ZHANG Jia-yang , MAO Xue-fei, , TONG Qing-xiao, LI Hui

(School of Life Science and Technology, Xinxiang University, Xinxiang 453003, Henan, China)

∶ In order to explore the differences of sulfur accumulation amount in leaves of landscape green trees in Xinxiang city, 24 ornamental and afforestation trees were chosen among five function areas in Spring and Autumn in 2011, and the leaves sulfur contents of different trees were compared and classified by K-means Cluster. The results indicate that the sulfur contents of tree leaves increased according to seasonal variation of Spring and Autumn, the season variation for some trees was significant, except for Ligustrum lucidum Ait. In comparison with cleaning areas, the sulfur contents of all but afforestation trees were relative higher in polluted areas. The tree species were classified on the basis of mean leaves sulfur contents, Populus canadensis was classified to the first category and its sulfur content was relative higher. The second category includes Buxus megistophylla, Populus alba, Ulmus pumila, Salix babylonica, Fraxinus chinensis, Acer elegantulum Fanget, Eriobotrya japonica, Buxus sinica and Ailanthus altissima, theirs sulfur contents were at medium levels. The third category included Ficus carica, Paper mulberry, Platanus hispanica, Photinia davidsoniae, Sophora japonica Linn.,Ligustrum quihoui, Albizia julibrissin Durazz, Prunus cerasifera, Koelreuteria paniculata, Ligustrum lucidum Ait, Cercis chinensis,Photinia serrulata, Yucca gloriosa, Pittosporum tobira and theirs sulfur contents were at relative lower levels. The foliage sulfur contents of different tree types were different, the order ranked as following: deciduous broad-leaved arbor＞broad-leaved shrub＞evergreen broad-leaved arbor.

∶ afforestation trees; foliage; sulfur content; comparison

S718.5

A

1673-923X(2013)11-0093-06

2012-12-19

国家科技支撑项目（2009BADB2B0601）；河南省教育厅项目（12B180029）

张家洋（1977-），男，河南信阳人，讲师，研究方向：森林生态学；E-mail：13526543844@163.com

李 慧（1958-），女，山东单县人，教授，研究方向：微生物生态

[本文编校：谢荣秀]