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绿化树种对大气SO_2的净化作用
发布者:     浏览次数:1909     发布时间:2015-4-21
  北京林业大学学报绿化树种对大气SO的净化作用罗红艳李吉跃(北京林业大学资源与环境学院, 100083,北京第一作者女, 25岁,硕士)刘增(北京市房山区林业局, 102400,北京)的吸收、累积特点及其指示与净化作用。结果表明:树木对SO有吸收累积的作用,但不同树种之间差异较大,其中绦柳净化SO的能力最强,刺槐、国槐、构树、连翘、栾树、柿树、紫穗槐等树种也是优良的净化SO污染的树种。从总体上看,树木吸收、积累SO的能力表现为落叶乔木灌木常绿针叶树。
  北京市林业局和国家林业局资助的北京市城市林业研究课题的部分内容。
  现在中国林业科学研究院林业所工作1)根据房山区环保局的划分,四个功能区为:良乡工业区、房山商业区、迎风住宅区、东风清洁区房山区是北京市的西南门脸,它的环境质量如何,直接影响到首都的形象。房山区总体污染以煤烟型污染为主, SO与粉尘是最为主要的污染物。
  而植物具有卓越的净化SO功能,这已经得到了共识[ 1~3].目前,房山区正在积极开展美化环境、净化大气的造林绿化活动,并营建了环城卫生片林。本文选用房山区四个功能区及示范林(位于环城卫生片林)中常用的32个绿化树种,通过各树种对的累积特点、指示及净化作用的研究来评价大气环境质量,评述各树种的净化效果,为指导房山区选择优秀的绿化、净化树种提供科学的依据。
  1材料及方法1 .1试验材料1 .1.1四个功能区侧柏、油松、旱柳、绦柳、大叶黄杨、国槐,每个功能区每个树种设5个重复。
  1 .1.2示范林白蜡、碧桃、侧柏、臭椿、刺槐、绦柳、国槐、构树、火炬树、旱柳、黄栌、华山松、金银木、桧柏、连翘、栾树、毛白杨、柿树、银白杨、雪松、元宝枫、月季、油松、榆树、银杏、榆叶梅、紫荆、紫穗槐、紫叶李、珍珠梅。每个树种设5个重复。
  1 .2研究方法1 .2.1采样方法5~10月,每月采集各供试树种,每个树种三个重复,采样的位置为树冠外围中部东西南北四个方向的枝条,取枝顶往下数4~8片功能叶组成混合样。将叶片洗净、烘干、粉碎,过1 mm筛备用。
  1 .2.2叶面积测定方法树种地点洗净未洗洗未洗滞尘量/g树种地点洗净未洗洗未洗滞尘量/ g东风侧柏房山国槐房山迎风良乡平均值迎风东风平均值绦柳房山旱柳东风良乡房山迎风良乡平均值油松东风大叶黄杨东风迎风房山平均值迎风平均值注:洗为洗净叶样含S量未洗指未经洗净的叶样含S量。
  1)为了消除土壤污染及不同树种间从土壤吸收S元素能力差异的影响,我们以北京林业大学的各树种为对照,用房山区各点树种与对照点相应树种体内的含S量差值来进行研究。文中所用到的全S量数据均为差值,不再一一列出求差过程。
  阔叶树:用打孔称重法测定。
  侧柏、桧柏:用PG 250型光电式叶面积仪测定,测定值×2为叶总面积。
  油松、雪松、华山松则根据公式:A =2L(1 π/ n) n V/πL计算。式中, A为叶面积V为针叶体积(排水法测定)n为每束针叶数L为针叶长度。
  1 .2.3单株叶生物量测定方法采用标准枝法测定。
  1 .2.4叶片全硫量测定方法采用HNO消煮比浊法2结果与分析2 .1不同功能区树木含S量的变化及其指示作用从生长在四个功能区的6个树种的测定结果可以看出(),尽管各树种叶片含S量值表现出一定差异,但基本都表现出良乡工业区东风清洁区房山商业区迎风住宅区的趋势。绦柳和旱柳在四个功能区中的含S量基本都是最高的,平均的累积量分别为0 .994 0 和0 .995 1 ,而油松、侧柏在四个功能区中的含S量几乎都是最低的,平均值分别为0.158 , 0.166 ,国槐居中,平均含S量为0.331 3 ,这说明不同树种吸收S的能力差异较大。
  许多研究表明,在树木的伤害阈值以内,树木叶片累积的S量会随着周围环境SO浓度的增加而增加,可以利用叶片中污染元素含量来估测大气污染物的污染水平[ 5~10].我们以绦柳、国槐为例,绦柳在良乡工业区的叶片含S量可达1.172 ,其次为东风清洁区,为1.025 ,房山商业区为0.903 ,最少的是迎风住宅区为0.878 .国槐的表现规律与绦柳基本一致。因此,可以认为良乡工业区受到污染是四个功能区中最重的,东风清洁区和房山商业区其次,迎风住宅区是最轻的。这一结果与房山区环保局将东风定为清洁区有矛盾之处。如果从SO污染情况出发,我们认为将东风定为清洁区不太妥当。造成这种差异有两种可能的原因:一是未考虑到东风监测点周围地毯厂等工厂污染气体因山脉的阻挡无法扩散,造成局部地区SO浓度升高。二是监测方法的原因,环保局的监测工作是每季度进行一次,每次连续观测5 d ,每天只监测1 h ,偶然性比较大,而树木是长期生长在这个区域,对污染物的吸收有一个累积的过程,反映的是一个地区长期的污染状况,偶然性小,监测结果更为可靠,用以说明一个地区的污染状况更有说服力。因此,应将植物监测与仪器监测结合起来,使环境监测工作能更客观地反映现实的环境污染状况,指导人们正确地采取各种改善措施。
  侧柏国槐旱柳绦柳油松东风房山良乡迎风平均树木不仅可以通过吸收作用净化大气中的2,并且可通过叶片的滞尘作用进一步净化大气中其它形态的S污染。从表2可知,同一地点的相北京林业大学学报同树种的未洗叶样平均含S量均高于洗净叶样的含量,显而易见,这种差异是由叶片上所滞留的尘埃造成的,因为尘埃中含有不同浓度的含S物质。经F检验,未洗净叶片与洗净叶片全S量间的差值与叶片滞尘量呈现极为密切的正相关关系(回归方程:Y由表2我们还可看出,经洗净的叶样含S量的高低顺序依次为:良乡东风房山迎风,未经洗净的叶样含S量的高低顺序依次为:良乡房山东风迎风。可见在四个功能区中,良乡工业区受到各种形态S的污染最严重,迎风住宅区最轻。洗净叶样的平均含S量中,东风清洁区大于房山商业区,说明东风清洁区的长期SO污染状况大于房山商业区。未洗净叶样的结果则相反,是房山商业区大于东风清洁区,说明这种相反的结果是由叶片上的尘埃引起的,并由此可知房山商业区的降尘量高于东风清洁区的降尘量,这与房山商业区位于繁华的商业中心街道旁,行人、车辆较多,带起的尘埃较多有关,这与环境监测的结果(房山区环境质量报告书1996~1997)是一致的(见表3)。因此,在一定范围内,可以根据树木的滞尘量来定性评价周围环境大气粉尘污染。
  功能区房山良乡迎风东风降尘量/ t 2 .2树木叶片含S量季节变化及其积累特点从表4和表5看出树木叶片积累的S量与树木生长有一定的关系,呈有规律的季节变化:各树种S的平均积累量几乎都在8月为低谷, 7月、9月为高峰。
  植物材料树种6月7月8月9月10月平均植物材料树种6月7月8月9月平均绦柳旱柳连翘银杏灌构树国槐木落柿树月季刺槐紫荆叶栾树平均乔常桧柏绿侧柏木白蜡乔油松榆树木雪松臭椿平均碧桃黄栌平均由表4我们还可以看出,不同树种吸收、积累S的能力差异较大,以绦柳的吸收、积累量最高,平均旱柳、银杏其次,分别1 .275 g?
  以月季、紫荆的含S量最低,分2,其余树种居中。
  含S量最高的绦柳的含量是含S量最低的紫荆的9 .3倍,为月季的8 .6倍。从总体上看,各树种的含S量值表现为:阔叶落叶乔木灌木常绿针叶乔木。这种差异与树种本身的生物、生态学特性有关。
  据报导,植物中的S主要存在于活细胞中,大部分在植物细胞原生质参与细胞的生命活动,细胞活性越强,吸收、积累的S越多[ 11].植物汁液pH值、周围光照强度、土壤中氮的含量增加,都可影响植物对S的吸收、积累和对S的抵抗力个树种的含S量进行聚类分析,分成累积能力强、较强、一般三类(见表5),可以为房山区选择净化SO的树种时作为参考。
  罗红艳等:绿化树种对大气SO的净化作用积累能力评价强刺槐、国槐、构树、连翘、栾树、柿树、紫穗槐、绦柳、旱柳、银杏较强白蜡、碧桃、臭椿、火炬树、金银木、桧柏、毛白杨、银白杨、元宝枫、榆树、紫叶李、珍珠梅一般侧柏、黄栌、华山松、雪松、月季、油松、榆叶梅、紫荆2 .3不同树种的单株积累S能力的评价树木叶片是树木与外界环境进行物质交流的主要通道,也是吸收积累SO等气态污染物的主要器官,但不同树种单株总叶面积之间的差异很大,其单株净化大气SO、积累S的总量差异也很大,因此,仅用单位面积的积累S量来说明树种净化SO的能力不够全面,用单株树木的净化能力来说明问题,才更有说服力。
  我们采用标准枝法,并参考北京市园林局北京市城市园林绿化生态效益的研究中的一些结果,求出单株树木总叶面积,并计算出各树种单株积累S的总量(见表6)。
  植物材料树种胸径株高单株总叶面积/ m单位面积积累量单株S积累量/ g绦柳落旱柳刺槐叶银杏白蜡乔国槐栾树木臭椿毛白杨银白杨平均榆叶梅金银木灌珍珠梅大叶黄杨木连翘月季紫荆平均常华山松绿桧柏乔油松木雪松平均由表6可以看出,绦柳、旱柳不仅具有最大的单位面积积累S的能力,同时整株树木的总积累量也是最高的。同时我们也可看到,即使具有相同胸径和株高的植株,由于其总叶面积的不同,树种间吸收能力也存在很大差异。银杏的单位面积积累S的能但刺槐的总叶面积(409.78 m)却是银杏(148.53)的2 .8倍,使得刺槐单株积累S的能力(151.09 g)比银杏(128.33 g)高出近25 g .这进一步说明树木的净化作用除了与单位面积积累量关系密切外,也与树叶的数量有很大关系。因此,在进行净化树种选择时,单株总叶面积也应作为主要的参考指标之一。
  2 .4树木净化SO的效益分析笔者在前文提到树木叶片积累S量,而未曾将测定的结果称为树木净化能力。因为,大量的研究资料表明,SO被吸收到树木体内,除大部分在叶片中积累外,还有一部分在新陈代谢中被不断消耗运转、同化或排出体外,所以,多数树种在外界污染物浓度降低后,或是季节变换时会发生叶内积累S量下降的现象[ 11 ,16],并且不同树种的同化、运转速度快慢不一致,下降快的树种可以被认为是二氧化硫在体内转移、同化较快,因而净化力较强而树木叶片含S量高,有可能是吸收SO能力强,也有可能是同化运转速度慢所致。我们所测定到的数值是吸收总量中经同化、运转以后的剩余部分,实际上树木吸收净化SO的能力应是生长期内被叶片吸入并加以同化转移的S量与积蓄于叶片内的S量的总和。因此,在选择净化树种时,除了注意选择吸收量大的种类外,还要注意选择那些对SO同化、转移能力强的树种。目前,限于条件及手段,我们没有进行转移量测定这项工作。但从文献上看,这不是一个小的数字,臭椿、旱柳、毛白杨等苗木从污染区移向清洁区两个月内转移量均在50 以上。
  臭椿50 d中含S量减少了0 .507 g ,可估算出每天约转移0 .01g [ 17].杨、柳在停止接触SO运的S达到80 左右,一般树种的转移率多在30 以上[ 16],针叶树的转化率较弱,但也多在20 以上(白皮松21 .5)。一般吸收量大的树种转运率也高[ 18].对于目前多数研究者仅以叶片内含S量多少来判断树种净化能力的方法,从定性上进行评价可行,若是进行定量评价,则不够科学。
  对树木体内S的同化、运转方面的研究,虽然有一些报导,但由于树木生长条件,环境的污染程度、试验条件、分析方法及分级标准的不同,要把各单位所测得的数据进行统一比较,正确评价各树种的净化能力并非易事。在查阅文献的基础上,我们用树北京林业大学学报种一般的转运量占总吸收量的30 占70 计算,假设供试树种的测定值可以代表房山区绿地的平均水平,则结合各树种单株积累S量表,我们可以进行房山区树木净化二氧化硫的效益评价效益评价植物材料平均单株积累S量/ g数量/万株总积累硫量/ t乔木灌木草本总和注:①数据来自房山区社会统计资料(1995年),②该数值为落叶乔木与常绿乔木的平均值,③该数值参考黄银晓等人的研究设同化转移部分占30 ,累积量占70 ,则树木叶片的总吸收S量可达72 .49 t .
  燃煤是SO最重要的来源。根据房山区统计局资料,房山区每年消耗的煤为245 960 t(房山区社会统计资料1990~1991),每燃烧1吨煤产生约19 [ 20],全区每年燃煤将产生4 673.24 t SO 2,其中主要是工业废气。如果不采取其它任何措施进行污染治理,单靠树木来吸收净化二氧化硫,则需要64 .5倍于现在的绿地面积才能满足需要,这是不可能实现的。因此,要防治SO污染,必须首先改革工艺流程,大搞综合利用,变废为宝,尽量减少SO排放。但目前不管改革工艺流程的技术如何先进,仍污染环境[ 21].如果排入大气的SO按照燃煤产生的SO总量折中的15 则房山区应有4 .8倍于现在的绿地量才能满足需要率为38 (房山区社会统计资料1995~1996),4.8倍绿化覆盖率应达182 .因此,单靠增加绿地面积来达到这个目的是不现实的。改造现有绿地,营造乔、灌、草绿地,发展垂直绿化、屋顶绿化,尽量提高绿量不失为一条减缓大气污染的有效途径。
  3结论及建议(1)树木具有吸收、积累SO、净化大气的作用,但不同树种之间差异较大[ 22].在供试32个树种中,以绦柳吸收SO、积累S元素的能力最强,平均2,分别是吸纳能力低的紫荆、月季)的9.3倍、8.6倍,其次是旱刺槐、国槐、构树、连翘、栾树、柿树、紫穗槐等树种也是优良的净化SO污染的树种。从总体上看,树木吸收、积累SO的能力表现为落叶乔木花灌木常绿针叶树。进行绿化、净化树种选择时,除了注意选择吸收量大的树种外,还应注意选择那些叶量大,同化、转移能力强的树种。
  (2)树木吸收积累SO的数量随周围环境中浓度的增加而增加,通过树木叶片富集的S含量,可以估测房山区四个功能区的污染水平,进行定性评价。SO的污染状况是:良乡工业区东风清洁区房山商业区迎风住宅区。树木不仅可以通过吸收作用净化大气中的SO 2,并且可以通过叶片的滞尘作用进一步净化大气中其他形态的S污染。
  植物长期生活在污染的环境中,因此,将仪器监测与植物测定结合起来,能更客观地反映现实的环境污染状况。
  (3)按房山区的目前的SO污染状况,需4.8倍于现在的绿量才能满足净化的需要。目前房山区的城镇绿化覆盖率为38 , 4.8倍则为182.4 ,也就是说,按目前污染状况,即使将房山区城镇每一寸土地都种上树木也不足以将SO污染净化完全。因此,单靠增加绿地来达到消除污染的目的是不可能实现的。改革生产工艺流程,严格排污标准,加强污染源管理是消除污染的关键所在。在此基础上,建议今后的绿化工作应以尽量扩大绿地面积、改造现有绿地,建立乔、灌、草复层种植结构的绿地为主,并充分利用各有利条件栽植攀援植物,发展垂直绿化,尽量增加单位面积绿量,使绿地发挥最好的生态效益。
  (4)调整房山区绿化结构,选择优秀绿化树种。
  在污染严重区域内对油松、雪松栽植量应进行控制。
  从调查中我们观察到油松、雪松对污染的能力抗性表现比较弱,受污染伤害后,难以恢复,这种现象雪松比油松更为严重。因此,污染严重区域不宜选用雪松作主要绿化树种,如果需要常绿树发挥四季滞尘纳污作用,建议选用枝叶繁茂,净化能力、各种抗逆性均较强的桧柏进行绿化。
  绦柳、旱柳、国槐等树种因其极强的净化能力、抗逆性、生长速度和萌蘖能力,是非常优秀的抗污染绿化树种,可以作房山区绿化的基调树种。
  银杏除了有极强的滞尘能力外,树姿挺拔,秋天硕果累累,扇叶金黄,景色美丽,且很少招病虫害,管理方便,是低浓度SO污染区理想的绿化树种,但需根据具体的小环境判断是否适宜栽植。
  另外,侧柏、火炬树、臭椿、刺槐等也是值得大力推广的几个树种,这是由于这几个树种对SO、粉尘的抗性均很强,此外侧柏树形美,木材好,抗旱性强,罗红艳等:绿化树种对大气SO的净化作用耐瘠薄,不需要特别细致的管护火炬树和臭椿的抗污性强,且有卓越的抗旱能力和萌生能力,受害后恢复能力强,是很好的绿化、防污、固沙、水土保持的树种。火炬树秋叶红色,果穗呈紫红色火炬状,极为美观,还是良好的园林观赏树种。刺槐生长迅速,受害后的萌芽能力极强,抗污、吸污、抗旱能力的能力非常好,而且是优良的蜜源植物。因此,可将侧柏、火炬树、臭椿、刺槐选为主要的绿化树种加以推广。
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