6种典型园林绿化植物对大气中SO2的净化能力及生理生化响应

吴小青 张伟

摘要：以徐州市法国冬青、忍冬等6种典型绿化植物为试验材料，采用静态熏气方法，比较6种植物分别对浓度为0、5、10、15、20 mg/m3 SO2的净化能力，分析SO2胁迫对6种绿化植物叶片生理生化指标的影响，并采用隶属函数法对6种绿化植物的SO2胁迫抗性进行综合评价。结果表明，随着SO2浓度的升高，6种绿化植物叶片的含硫量及对SO2的净化能力呈先升后降趋势，净化能力大小表现为法国冬青>忍冬>小叶黄杨>龙柏>小叶女贞>石楠;随着SO2浓度的升高，6种绿化植物叶片的叶绿素含量呈下降趋势，相对电导率、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸含量呈上升趋势，过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性及可溶性糖、可溶性蛋白质含量呈先上升后下降趋势;小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬的平均隶属函数值分别为0.33、0.29、0.39、0.44、0.56、0.49，对SO2胁迫的综合抗性表现为法国冬青>忍冬>小叶黄杨>龙柏>小叶女贞>石楠，与净化能力表现完全一致。

关键词：绿化植物;二氧化硫（SO2）;净化能力;生理生化;徐州;法国冬青;忍冬

中图分类号： S184  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）02-0127-04

随着我国城市化和工业化的迅猛发展，各种化石燃料用量大增，导致城市大气环境污染问题日益严峻，其中二氧化硫（SO2）是城市大气的重要污染物之一[1-2]。大气中SO2主要来源于含硫金属矿的冶炼及含硫煤、石油等化石燃料的燃烧，不仅会形成酸雨危害植被，而且严重影响人体健康，已成为城市化发展的主要限制因素，受到世界各国的普遍关注[3-4]。目前，我国对SO2的控制主要在源头进行脱硫处理，尚没有自主设计制造的烟气脱硫设备，脱硫设备多为国外进口，由于价格过高，很多地方配备数量严重不足，常导致我国许多地方SO2排放处于失控状态，寻找一种高效、低廉控制、治理SO2污染的方法已成为当前亟需解决的关键问题[5]。有研究表明，植物可以通过气孔吸收大气中的SO2，经植物细胞一系列的生理生化反应可形成对自身生长有益的营养物质，这已成为净化大氣中SO2的有效途径之一[6-8]。不同园林绿化植物因叶片大小、质地及气孔数量、大小及形态结构的巨大差异，造成其对大气SO2的敏感性不同，进而导致其对SO2的净化能力和抗性存在较大差异，合理选择和配置园林绿化树种已成为城市绿化建设和防治大气污染的重要举措[9-10]。

江苏省徐州市是我国苏北地区的重工业城市，SO2污染一直是困扰其发展的主要问题之一，目前该地区尚鲜见有关园林绿化树种SO2净化能力及抗性研究方面的报道[11]。本研究以徐州市6种典型的绿化植物小叶女贞、石楠、龙柏等为试验材料，采用静态熏气方法，研究这6种典型绿化植物对SO2的净化能力及其生理生化响应，并通过模糊数学隶属函数法对其抗性进行综合评价，旨在为徐州市园林绿化植物的选择和配置提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年5月10日在江苏建筑职业技术学院科研基地进行，选取当地6种典型的绿化植物小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬为试验材料，采用规格为 45 cm×40 cm的花盆进行栽种，栽培基质为当地的绿化土壤。

1.2 试验设计

采用简易静态熏气系统对6种盆栽绿化植物进行SO2熏气处理，熏气箱为长、宽、高均为1 m的封闭玻璃箱，每个玻璃箱中放入植株6盆，适应1周后，参照杨丹等的熏气方法[12]进行SO2熏气处理，所需亚硫酸钠量按化学式Na2SO3+H2SO4→Na2SO4+H2O+SO2↑进行计算。试验设5个处理，SO2浓度分别为0（CK）、5、10、15、20 mg/m3，熏气8 h/d，连续熏气7 d，取样测定。重复3次。

1.3 测定指标及方法

分别采用硫酸钡比浊法、丙酮乙醇等量混合法、浸泡法测定叶片硫含量、叶绿素含量、相对电导率;采用硫代巴比妥酸比色法测定叶片丙二醛（MDA）含量;分别采用愈疮木酚法、氮蓝四唑光化还原法、紫外分光光度法测定叶片过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性;分别采用磺基水杨酸提取法、蒽酮比色法、考马斯亮蓝G-250法测定叶片脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白质（SP）含量。

1.4 数据分析

采用Excel 2007、SPSS 18.0对试验数据进行统计处理、作图及差异显著性分析;参照张德强等的方法[13]计算6种绿化植物的SO2净化能力。采用模糊数学隶属函数法进行SO2胁迫抗性综合评价，若测定指标与植物抗性呈正相关，则采用R（xi）=（xi-xmin）/（xmax-xmin）计算隶属值，反之则采用R（xi）=1-（xi-xmin）/（xmax-xmin）进行计算，其中，xi为某一指标测定值，xmax为某一指标测定的最大值，xmin为某一指标测定的最小值;将每一供试植物测定指标的抗性隶属值进行累加，求平均值。

2 结果与分析

2.1 6种典型绿化植物对SO2的净化能力比较

由图1可见，随着SO2浓度的升高，6种典型绿化植物叶片含硫量呈先升高后降低趋势，其中，SO2浓度为15 mg/m3时，小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片含硫量达到最大，分别为4.11、4.46、3.81、3.68、4.63、3.96 g/kg，分别较SO2浓度为0 mg/m3（对照）处理的增加61.18%、52.74%、84.95%、107.91%、100.43%、109.52%。差异显著性分析表明，SO2浓度为15 mg/m3处理的小叶女贞、石楠、龙柏叶片含硫量显著高于对照（P<0.05），小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片含硫量极显著高于对照（P<0.01）。由表1可知，6种典型绿化植物叶片SO2平均净化能力由强到弱依次为法国冬青>忍冬>小叶黄杨>龙柏>小叶女贞>石楠，其中，石楠叶片的SO2平均相对净化率为31.93%，小叶女贞、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬的平均相对净化率分别较其提升8.56、23.05、34.31、50.86、42.54百分点，龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬的平均净化能力与石楠、小叶女贞差异显著（P<0.05），这说明6种典型绿化植物对SO2的净化能力存在一定差异，其中法国冬青净化能力相对最强，石楠净化能力相对最弱。

2.2 SO2胁迫对6种典型绿化植物叶片叶绿素含量的影响

由图2可见，随着SO2浓度的升高，6种典型绿化植物叶片叶绿素含量呈逐渐降低的趋势，且胁迫浓度越大，下降幅度越快;SO2浓度为20 mg/m3时，小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片的叶绿素含量达到最低，分别为 1.21、1.11、1.02、0.92、2.03、1.51 mg/g，较对照分别降低 52.55%、60.78%、50.49%、48.31%、32.78%、42.80%。差异显著性分析表明，SO2处理浓度为20 mg/m3时，小叶黄杨、法国冬青、忍冬的叶绿素含量显著低于对照（P<0.05），小叶女贞、石楠、龙柏叶片极显著低于对照（P<0.01）。因此，SO2胁迫可导致植物叶绿素含量下降，徐州市6种典型绿化植物叶片叶绿素含量受SO2胁迫的影响程度不同，对法国冬青的影响相对最小，其叶绿素含量下降相对最慢，而对石楠的影响相对最大，其叶绿素含量下降相对最快。

2.3 SO2胁迫对6种典型绿化植物叶片膜质过氧化程度的影响

由图3可知，随着SO2浓度的升高，6种典型绿化植物叶片相对电导率、MDA含量呈明显上升趋势;SO2浓度为 20 mg/m3 时，小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片6种典型绿化植物叶片的相对电导率、MDA含量均达到最大，分别为54.66%、58.29%、51.26%、47.21%、40.46%、43.91%和45.69、49.29、43.06、40.96、35.33、38.72 nmol/g，较对照分别提升46.30、49.88、43.00、38.70、32.21、35.43百分点和143.55%、167.73%、133.77%、126.93%、93.80%、115.35%。差异显著性分析表明，SO2浓度为20 mg/m3时，小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片的相对电导率、MDA含量显著高于对照（P<0.05），小叶女贞、石楠、龙柏叶片的MDA含量极显著高于对照（P<0.01）。这说明SO2胁迫可导致植物叶片发生膜质过氧化，法国冬青膜质过氧化程度相对最轻，其余依次为忍冬、小叶黄杨、龙柏、小叶女贞，石楠的膜质过氧化程度最为严重。

2.4 SO2胁迫对6种典型绿化植物叶片抗氧化酶活性的影响

由图4可知，随着SO2浓度的升高，6种典型绿化植物叶片的POD、SOD、CAT活性呈明显的先上升后下降趋势;SO2浓度为15 mg/m3时，小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片的POD、SOD、CAT活性均达到最大，POD活性

分别为153.18、173.59、205.36、231.36、286.83、252.65 U/（g·min），较对照分别增加39.18%、55.90%、85.38%、107.22%、159.60%、127.16%，SOD活性分别为35.22、33.59、39.73、42.25、52.13、46.88 U/（g·min），较对照分别增加59.66%、51.65%、78.88%、91.35%、134.19%、109.75%，CAT活性分别为265.31、256.73、279.22、291.99、332.45、315.81 U/（g·min），较对照分别增加36.50%、32.44%、43.06%、51.09%、70.88%、62.07%。差异显著性分析表明，SO2浓度为15 mg/m3时，小叶女贞、石楠叶片的POD、SOD活性显著高于对照（P<0.05），龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片的POD、SOD活性极显著高于对照（P<0.01），小叶女贞、石楠、龙柏叶片的CAT活性显著高于对照（P<0.05），小叶黄杨、法国冬青、忍冬的CAT活性极显著高于对照（P<0.01）。这说明6种典型绿化植物可通过提高自身抗氧化酶活性来抵御SO2胁迫，其中，法国冬青抗胁迫能力相对最强，其余依次为忍冬、小叶黄杨、龙柏、小叶女贞，石楠相对最弱。

2.5 SO2胁迫对6种典型绿化植物叶片渗透调节物质含量的影响

由表2可知，随着SO2浓度的升高，6种典型绿化植物叶片的脯氨酸含量呈逐渐增加趋势，SO2浓度为20 mg/m3时，小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片的脯氨酸含量达到最大，分别为32.13、28.75、35.82、37.77、43.68、39.75 μg/g，较对照分别增加291.35%、253.63%、338.97%、357.82%、435.95%、383.58%;随着SO2浓度的升高，6种典型绿化植物叶片的可溶性糖、可溶性蛋白质含量均呈先上升后下降趋势，SO2浓度为15 mg/m3时，6种典型绿化植物叶片的可溶性糖、可溶性蛋白质含量均达到最大，小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片的可溶性糖含量分别为55.62、53.18、57.16、59.83、68.59、63.59 μg/g，较对照分别增加52.30%、46.30%、53.61%、58.78%、84.08%、72.38%，可溶性蛋白质含量分别为51.26、46.35、55.19、57.64、64.46、60.03 μg/g，较对照分别增加209.17%、190.96%、230.88%、255.58%、306.43%、264.7%。差异显著性分析表明，SO2浓度为20 mg/m3时，小叶女贞、石楠、龙柏叶片的脯氨酸含量显著高于对照（P<0.05），小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片的脯氨酸含量极显著高于对照（P<0.01）;SO2浓度为15 mg/m3时，小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨叶片的可溶性糖含量显著高于对照（P<0.05），法国冬青、忍冬叶片的可溶性糖含量极显著高于对照（P<0.01），小叶女贞、石楠、龙柏叶片的可溶性蛋白质含量显著高于对照（P<0.05），小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片的可溶性蛋白质含量极显著高于对照（P<0.01）。SO2胁迫可明显增加绿化植物叶片渗透调节物质的含量，其中法国冬青增加幅度相對最大，依次为忍冬、小叶黄杨、龙柏、小叶女贞，石楠增加幅度相对最小。

2.6 6种典型绿化植物对SO2胁迫抗性的综合评价

每一供试植物测定指标的抗性隶属值平均累加值越大，表明其对SO2胁迫的抗性越强。由表3可见，小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬的平均隶属函数值分别为0.33、0.29、0.39、0.44、0.56、0.49，说明6种典型绿化植物对SO2胁迫的综合抗性由强到弱依次为法国冬青、忍冬、小叶黄杨、龙柏、金叶女贞、石楠。

3 结论与讨论

同一环境条件下， 不同绿化树种对SO2的净化能力存在显著差异，而植物对SO2的净化能力与环境中SO2的浓度密切相关[14-15]。本研究结果表明，随着SO2浓度的升高，6种典型绿化植物叶片含硫量及SO2净化能力呈先升后降趋势，含硫量从大到小依次为法国冬青>忍冬>小叶黄杨>龙柏>小叶女贞>石楠，其中，SO2浓度为15 mg/m3时，小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片含硫量较SO2浓度为0 mg/m3（对照）时分别增加61.18%、52.74%、84.95%、107.91%、100.43%、109.52%;6种典型绿化植物叶片对SO2的净化能力由强到弱依次为法国冬青>忍冬>小叶黄杨>龙柏>小叶女贞>石楠，其中，石楠叶片对SO2的平均净化能力相对最小，为31.93%，小叶女贞、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬叶片对SO2的平均净化能力分别较石楠增加8.56、23.05、34.31、50.86、42.54百分点，龙柏叶片对SO2的平均净化能力与石楠差异显著（P<0.05），小叶黄杨、法国冬青、忍冬与石楠差异极显著（P<0.01）。有研究表明，SO2胁迫会导致植物叶片叶绿素分解或漂白，进而导致叶绿素含量下降[16]。本研究结果表明，SO2胁迫可导致6种绿化植物叶片叶绿素含量下降，且SO2胁迫浓度越大，叶绿素含量下降幅度越大，法国冬青叶片的叶绿素含量下降幅度相对最小，其余依次为忍冬、小叶黄杨、龙柏、小叶女贞，石楠下降幅度相对最大。

SO2胁迫会引起植物叶片的膜质过氧化，植物自身POD、SOD、CAT活性会大幅上升以抵御细胞活性氧的伤害[12]。本研究结果表明，随着SO2浓度的升高，6种典型绿化植物叶片的相对电导率、MDA含量呈逐渐上升趋势，且不同植物上升幅度存在明显差异，细胞膜受伤害程度由轻到重依次为法国冬青<忍冬<小叶黄杨<龙柏<小叶女贞<石楠;随着SO2浓度的升高，6种典型绿化植物叶片的POD、SOD、CAT活性呈先上升后下降趋势，且不同植物的抗氧化酶活性存在明显差异，其中法国冬青叶片的抗氧化酶活性上升幅度相对最大，其细胞膜受伤害的程度相对最轻，其余依次为忍冬、小叶黄杨、龙柏、小叶女贞，石楠叶片细胞膜受伤害的程度相对最重。

SO2胁迫会激发植物自身的渗透调节机制，以减轻SO2胁迫对自身造成的伤害[17]。随着SO2浓度的升高，6种典型绿化植物叶片的脯氨酸含量呈上升趋势，而可溶性糖、可溶性蛋白质含量呈先升后降趋势。隶属函数法综合抗性分析结果表明，小叶女贞、石楠、龙柏、小叶黄杨、法国冬青、忍冬的平均隶属函数值分别为0.33、0.29、0.39、0.44、0.56、0.49，说明6种典型绿化植物对SO2胁迫的综合抗性由强到弱依次为法国冬青、忍冬、小叶黄杨、龙柏、金叶女贞、石楠，与净化能力表现完全一致。

参考文献：

[1]吴耀兴，康文星，郭清和，等. 广州市城市森林对大气污染物吸收净化的功能价值[J]. 林业科学，2009，45（5）：42-48.

[2]王学府，狄红梅，曹秋芬，等. 二氧化硫对植物生理特性影响的研究进展[J]. 山西农业科学，2014，42（4）：422-424.

[3]曹冬梅. 我国SO2污染、危害及控制技术[J]. 环境科学导刊，2013，32（2）：73-74.

[4]Mage D，Ozolins G，Peterson P，et al. Urban air pollution in megacities of the world[J]. Atmospheric Environment，1996（30）：681-686.

[5]黄晓璐. 浅谈大气污染的危害及防治措施[J]. 环境科技，2010，23（增刊2）：136-137.

[6]Darrall N M. The effect of air pollutants on physiological processes in plants[J]. Plant Cell & Environment，1989，12：1-30.

[7]孙向武，朱 磊，王国锋，等. 常见绿化树种对大气中二氧化硫的净化能力研究[J]. 湖北农业科学，2008，47（3）：293-295.

[8]孙 华. 二氧化硫胁迫对园林植物生长和叶片含硫量的影响[J]. 山东农业大学学报（自然科学版），2015，46（2）：168-172.

[9]宋 彬，王得祥，张 义，等. 13种园林树种叶片解剖结构与其二氧化硫吸收能力的关系[J]. 西北植物学报，2015，35（6）：1206-1214.

[10]吴洪丽，郝 瑜，刘 岚，等. 桑树对大气中二氧化硫和氟化物的抗性及吸收能力研究[J]. 湖北农业科学，2015，54（24）：6290-6293.

[11]朱守超，李仲麟. 徐州市二氧化硫污染状况与防治对策[J]. 江苏环境科技，2004，17（增刊1）：26-28.

[12]杨 丹，杨晓晓，钟霞飞，等. 3种阴生地被植物对SO2胁迫的生理响应及净化能力[J]. 西北植物学报，2017，37（1）：115-123.

[13]张德强，孔国辉，温达志，等. 园林绿化植物的抗性及其对SO2和Pb净化能力分析[J]. 广州环境科学，2003，18（1）：22-25.

[14]潘 文，张卫强，张方秋，等. 广州市园林绿化植物苗木对二氧化硫和二氧化氮吸收能力分析[J]. 生态环境学报，2012，21（4）：606-612.

[15]朱凤荣，朱 南. 几种绿化树种叶片含硫量分析[J]. 北方园艺，2012（24）：61-63.

[16]Prasad B J，Rao D N. Relative sensitivity of a leguminous and a cereal crop to sulphur diocide pollution[J]. Environmental Pollution，1982，29（1）：57-70.

[17]杨晓晓，杨 丹，方欢欢，等. 3种地被植物對二氧化硫胁迫的生理响应[J]. 西北植物学报，2016，36（2）：361-369.