交通污染对大叶黄杨叶片叶绿素含量的影响
2016-05-30高一丹刘海荣
高一丹 刘海荣
摘要：随着中国汽车保有量的增加，交通污染日趋严重，已成为华北地区雾霾天气产生的主要来源之一。本试验以大叶黄杨为材料，研究交通污染对大叶黄杨叶绿素含量的影响。结果表明：交通流量能够表征交通污染的水平；大叶黄杨叶绿素a、b含量以及叶绿素a/b值均为交通污染区小于对照区，且随交通流量的增大而减小；相关分析表明，大叶黄杨叶绿素a、b含量以及叶绿素a/b值均与交通流量在0.01水平上呈显著负相关。因此，叶绿素含量可以用于监测环境的污染水平。
关键词：交通污染；大叶黄杨；叶绿素
中图分类号：S687.9
文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2016）02-0041-04
近年来，随着城市化、工业化发展速度加快，京津冀地区的汽车保有量在全国名列前茅。2014年，在所有城市中，北京以537.1万辆高居榜首，天津以258.9万辆名列第七。汽车尾气排放对当地大气污染的贡献率达四分之一到三分之一。机动车的快速发展加剧了城市环境污染，特别是中心城区的空气污染，交通污染已经成为政府、专家关注的重要问题。然而，目前多数研究主要集中在污染的综合治理、污染对人体健康的影响以及污染的实际监测等方面，很少关注污染对当地植物的影响和伤害，以及由此引起的植物各项生理指标变化与环境污染的关系。鉴于此，本试验以大叶黄杨为研究对象，探讨天津不同交通流量道路上大叶黄杨叶片叶绿素含量的动态变化，以及对空气污染水平的指示作用，以期为利用植物生理指标监测空气污染及对天津市环境质量进行评价提供一条有效的生物学途径。
1 材料与方法
1.1 研究地概况与样地选择
天津地处北温带，位于中纬度亚欧大陆东岸，主要气候特征是，四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪，年平均气温约为14℃，年降水量在360～970mm之间。
本次采样地点的确定以典型性为原则，在前期充分勘察的基础上，结合本次研究的目标，选择天津市河西区复康路佟楼（政治活动、国际交往、经贸科技文化交流中心）、河东区香山道（工业区）、西青区津静路（副食品生产基地之一）、西青区海泰发展二路（产业园区）、南开区复康路手表厂（历史文化名区）、和平区南京路（政治、商贸、金融、教育、医疗卫生中心）这五大区的典型道路为采样地点，所选道路均有大叶黄杨分布，且周围没有工厂、建筑工地等污染源，同时选择天津城建大学校园、天津宝德学院校园、天津农学院校园作为对照区的采样地点。
1.2 研究材料
大叶黄杨（Buxus megistophylla）属于黄杨科黄杨属植物，灌木或小乔木，喜光，稍耐阴，有一定耐寒力，在天津地区需保护越冬。其冠形优美，叶片革质或薄革质，小枝四棱形，蒴果红色。经常篱植，修剪成球形孤植或丛植，或与金叶女贞、紫叶小檗等搭配栽植，形成有节奏感的色块，具有很高的观赏价值。天津地区广泛种植，是道路绿化中重要的树种之一。
1.3 研究方法
1.3.1 样本采集 选择晴朗无风天气采集样品3次。于同条道路距路缘10m范围内选采大叶黄杨无病虫害、大小适中、健康成熟叶片（根据叶片在枝上的着生部位，底端的视为老叶，中部的视为成熟叶，顶端的视为幼叶），从树冠的内外上中下进行多点采样，30片叶为一个样本，每个采样点采集5个样本，小心放人自封袋中，做好标记，放人冰盒内迅速带回实验室，置4℃冰箱中保存，备叶绿素含量测定。
在对照区，选择距路缘10m以上、周围环境相对较好的位置进行采样，采样方法同上。
1.3.2 交通流量统计 选择天气晴好适合外出的平日早高峰7：00～9：00和晚高峰17：00～19：00两个时段进行机动车、人流量和其它（除机动车和行人以外的其它交通参与者）的统计，每个时段统计th，连续调查3天，取平均值作为交通流量统计的依据。
1.3.3 叶绿素含量测定 参照文献的方法，结合实际情况稍作调整。
取新鲜叶片，擦净表面污物，去掉中脉剪碎，混匀。称取剪碎的鲜样0.2g，放人研钵中，加少量石英砂和碳酸钙粉及95%乙醇3mL，研成均浆，再加乙醇10mL，继续研磨至组织变白，静置3～5min。将匀浆转至离心管中，在转速为7000r·min-1条件下离心10min，收集上清液，记录提取液体积，并用95%乙醇定容至25mL。把制备好的提取液倒入光径1cm的比色杯内，以95%乙醇为空白，在波长665、649、470nm下测定吸光度。
将测得的吸光值代人下式：Ca=13.95A665-6.88A649；Cb=24.96A649-7.32A665。据此即可得到叶绿素a、b的浓度（mg·L-1），叶绿素a、b浓度之和为总叶绿素浓度。根据下式即求出植物组织中叶绿素含量。
叶绿素含量（mg·g-1）=（叶绿素浓度×提取液体积×稀释倍数）/样品鲜重
1.4 数据统计分析
本研究所有指标均采用Microsoft Excel和SPSS软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 道路交通流量分析
本研究将交通参与者分成三大类，分别是机动车、行人和其它（如自行车、人力三轮车等）。其中机动车主要是小轿车、出租车、公交车、面包车以及货车这五类。由表1看出，在调查时段内多数路段（后三类车个别路段除外）以小轿车流量最大，其次为出租车，再次为公交车、面包车，最后是货车。六条道路中交通流量最大的是和平区南京路，为2692辆·h-1，其中小轿车最多，为2242辆·h-1，占总数的83.28%；其次是出租车，占7.05%；公交车占5.05%，面包车占2.60%；货车最少，仅占2.01%。交通流量最小的是西青区海泰发展二路，为682辆·h-1，约为南京路的四分之一，其中小轿车644辆·h-1，占总数的94.43%，其次是出租车26辆·h-1，公交车、面包车、货车不足10辆·h-1。交通流量由大到小依次为：和平区南京路>南开区复康路手表厂>河西区复康路佟楼>河东区香山道>西青区津静路>西青区海泰发展二路>校园。已有研究结果表明，机动车车流量与交通污染水平呈显著正相关，因此本研究以交通流量表示道路交通污染情况。
2.2 大叶黄杨叶绿素含量分析
叶绿素含量是衡量植物光合能力的一项重要生理指标。叶绿素在植物光合作用过程中对光能的传递和转换起着非常重要的作用，其中叶绿素a是光反应的中心色素分子，而叶绿素b是捕光色素分子。各样地大叶黄杨叶绿素含量情况见表2。
2.2.1 叶绿素a含量变化 叶绿素a含量对照区大于污染区，对照区为0.62mg·g-1，污染区平均为0.35mg·g-1。污染区叶绿素a含量最大的为0.56mg·g-1，位于西青区海泰发展二路；最小的为0.14mg·g-1，位于和平区南京路，仅为对照区的22.58%。
2.2.2 叶绿素b含量变化 叶绿素b对照区为0.24mg·g-1，污染区平均为0.15mg·g-1。污染区最大值为0.21mg·g-1，分别位于西青区海泰发展二路、西青区津静路；其次为0.18mg·g-1，位于河东区香山道；最小的为0.07mg·g-1，位于和平区南京路，仅为最大值的三分之一。
2.2.3 总叶绿素含量变化 总叶绿素（a+b）含量对照区为0.86mg·g-1，污染区平均为0.50mg·g-1。最大的为0.77mg·g-1，位于西青区海泰发展二路；最小的为0.21mg·g-1，位于和平区南京路。
2.2.4 叶绿素a/b值变化 叶绿素a/b值反映植物对光能利用的多少，阳生植物叶绿素a/b值较大，而阴生植物的比值较小。有研究表明，正常情况下，叶绿素a应为叶绿素b的3倍。本研究结果与此不同，在污染区叶绿素a/b值介于2.00～2.67之间；对照区（2.58）大于污染区（2.35），和平区南京路、南开区复康路手表厂最小，其次为河东区香山道、河西区复康路佟楼，最后是西青区津静路、西青区海泰发展二路。
本试验结果表明，大叶黄杨叶绿素a、b含量与叶绿素a/b值均为对照区大于交通污染区，在交通污染区上述指标均随交通量的增大而减少。
2.3 叶绿素含量与交通流量之间的相关性
为进一步分析交通流量与叶绿素含量之间的关系，进行二者之间的相关分析，结果见表3。表明：叶绿素a、b含量和a/b值均与交通流量在0.01水平（双侧）上呈显著负相关。这与何健等的研究结果（交通污染对叶绿素a含量和叶绿素a/b值影响不显著）完全不同。交通污染中的主要污染物为一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、二氧化硫、铅、悬浮颗粒物等，其中二氧化硫对植物体内叶绿素具有漂白作用，使叶绿素降解为无光合活性的脱镁色素，严重时引起叶片失绿或坏死，影响植物的光合作用；铅、镉等重金属能抑制叶绿素合成，影响植物生物量积累，PM2.5等大气颗粒物通过影响植物叶片气孔形态及分布，间接影响叶绿素的代谢与形成，而抗污染较强的树种能维持较高的叶绿素含量。
本研究结果充分说明叶绿素含量是植物对环境污染反应比较敏感的生理指标，污染不仅阻碍叶绿素的生成同时还促进叶绿素的分解，从而影响植物的光合作用。
3 结论与讨论
交通流量能够表征交通污染的水平。大叶黄杨叶绿素a、b含量以及叶绿素a/b值均为交通污染区小于对照区，且随交通流量的增大而减小。相关分析表明，大叶黄杨叶绿素a、b含量以及叶绿素a/b值均与交通流量在0.01水平上呈显著负相关。植物体内叶绿素含量能够反映空气污染程度和空气质量变化，因此可以用于监测环境污染，也为评价城市空气污染状况提供了一个有效的生物监测方法。
苔藓植物因具有独特的形态和生理特征，对空气污染反应十分敏感，已被广泛用于监测城市或地区的环境质量与变化。有鉴于此，可以将交通污染对植物各项生理指标影响的研究重视起来，开展植物生理指标指示或监测大气污染的研究，从而使大气污染监测手段取得更大发展，使监测手段更加多样化。
