全 文 ： 口7一 f
第 15卷 第 4期
1 9 9 5年 1 2月 —＼
生 态 学 报
ACTA ECOLOGlCA SlNICA
／7。)
Vo1．1 5，No．4
Dec．．L 9 9 5
承德市油松针叶硫及重金
属含量动态及其与大气 SO2之间的关系
蒋高明 ．
●_-—-—‘ ’—‘—’‘—一
中国科学院植物研究所．北京 t100044) 7 ／·2
摘 要 车文舟析丁承德市油抡(Pin~ tafiulaefo~is Cart．)针叶硫和重金属音量变化厦其与大气 SO z
稚度之间的相关性 ．探讨丁油杜针叶对大气 so 时生物监测作用t结果认为 植物 S旨量生长束期>件眠
期>生长韧期>生长旺盛期(p
在休眠期略有 回升．Mn在件眠期最高．但生长期也很高 ．其余季节相对较低．这种变化持点与大气中So 2
和 总悬浮颗粒特rTSP)的变化趋势基车 一致 油 把针叶 S含量与太气 s。 i盎度之间具 有很显著的耜共
性，其中止车站监测点生长季节相关 公式 y⋯ 0 0263—0 0965 =0．6911· <0 001)l城区 Y=
0 0l26+0 0618X(⋯ 0 7841．p<0．01)．利用后者可对整十承德市 区的大气 SO2恬染状况进行生物监
测 ·
，
关麓词 旦竺；± 遵 苎 兰 ! 气s0：·生物监恻t承德市． ．，； ，嘛
l ’
污染物在植物不 同生长发育时期含量不同，因而植物对大气污染物的指示作 用也会发生
变化 ，即植物对大气污染物的指示或监测作用有一定的季节性。弄清污染物在植物体内含量的
变化 ，对认识污染物在植物内的迁移转化规律和危害机制 ，以及污染物对不同生长发育时期的
影响有重要意义。不同污染物在植物内的行为不同．例如氟可在植物体内富集，因而随生长发
育过程的延长，氟含量也增 ”：另外一些可在植物体内发生转化、转移或植物本身对这些物
质的吸收功能发生变化 ，而使含量并不稳定。对于硫在植物体内的变化，不同学者所持的观点
不同，有人认为在生长旺盛时期含量最低，而生长末期最高。认为生长旺盛期，植物生理活动虽
然很旺盛，但是对硫的转化也快 ．含量反而低 ”；有人持相反的观点，认为生长旺盛时期吸收
的硫较其他时期为高 ，其含量也高“。”
重金属在植物体内的变化是很复杂的，与硫不同，重金属在植物体内不易迁移转化．植物
一 方面在其代谢过程中吸收重金属，另一方面可通过气孔调节或以分泌的形式排出体外。另
外 ，一种重金属的含量变化影响植物对其他金属的吸收，例如发电厂周围植物 Fe的增加会引
起 Mn的增高 ⋯。
植物体内硫和重金属的污染主要与大气中 SO 和 TSP浓度有关，受土壤的影响较小。 ，
这种特点正是植物生物监测大气污染的主要机理。本文选择我国文化名城、但大气污染居北方
城市之首的承德市，采集油松当年生针叶，分析了 S和 Cu、Fe、Zn、Mn、Ni、Pb等重金属含量 ，
探讨硫和重金属在植物体内的动态变化 并寻找油松针叶硫的含量与大气 SO。浓度之间的相
关-陛，从而为充分利用植物生物监测这一经济、实效、快速的监测方法提供理论根据。
本文系博士学位论文的一部分．是在强新时、黄银硗 韩舜华先生指导下完成的 承德市环境保护局提供太气 so 和
TSP监 谢数据 }田新智 同 志协 助绘 图 ，特此致 谢 ．
收稿 日期 ：1993 12 11．修 改稿收 到 日期 1994 07 11，
维普资讯 http://www.cqvip.com
408 生 态 学 报 l5卷
萋一1 580 16rag1 30rag678Sfi-12 为最高，达．±．· ，相差鲁l_I ⋯ l／I Jn‘ ．0¨生长初期幼叶内(5月份)的含量也很{iJI；．土·～，而生长旺盛季节；、／干li的、月份量相对较低其一年内的=”『＼1动态变化规律是生长末期>休眠期>生长na}恤8初期>旺盛户<_。除冬(1生=．．，
■■
维普资讯 http://www.cqvip.com
4期 蒋高明：承德市油拾针叶琉及重金属含量动态及其与大气 SO：之间的关 系
入的 SO ，主要是以亚硫酸根(SO．)的形式存在于叶室，其含量对植物有害，只有经过较长时
间的反应后．SO2才氧化成 SO4而使毒性降低，这部分 SO；-也可能加入蛋白质的合成，但植
物很少依靠这种途径吸收硫元素，且 sO 过剩后会使 SO sO ．~SO7的反应逆 向转移，这
样 s的增加就是有害的。从植物硫的动态变化来看，生长旺盛时期 s含量并不高，不是因为植
物对硫的吸收作用降低，因为此期植物生理活动旺盛，对 s的吸收也很快 ，而且此时土壤中
SO2仍然是充足的，而是与周围大气中 SO：浓度下降有关 。另外油松针I：1-P内s并不是线性增
长，例如休眠期虽然大气 SO 浓度继续升高，而针叶内s反而下降。
2．1．2 重金属
cu和 Fe在整个生长季节均呈下降趋势(图 2)，其中Cu从生长初期的 6．1,ug·g 下降到
末期的 3．1p-g·g ．Fe从 192．3beg·g 下降到 83．4,ug·g zn也呈下降趋势，然而至休眠
期略有回升，其含量变化于 27—40 g·g 之间。Mn在 1月份最高．7月份次之，含量为
1 27．8tag·g 和 88．5gg·g ，而 5月份以及 9一l2月则相对很低。N 在针叶内的变化也不
大 ．除生长初期含量稍高外，其余季节均较低．变化范围在 0．2—0．3beg·g 之间。Pb含量在
生长初期和末期较高 ．而生长旺盛期最低 ，从 0．7p-g·g (6月份)上升到 2．00gg·g (12月
份)，增加 200 ．5月份的含量也很高．达 1．13,ug·g ，与大气 TSP的变化规律基本一致。不
过虽然 8月份大气 TSP相对较低，而植物体内Pb含量却相对很高，这主要是因为该季节处于
旅游最旺盛时期 ．来往车辆繁忙，排放的 Pb也相应升高．在油松针叶中反应出来。
Cu是某些氧化酶的组成部分．它的来源主要 以Cu 和 Cu 的形式从土壤溶液吸收；Fe
也主要由土壤进入植物体 ．从土壤溶液中进入植物体后即处于被固定状态，不易转移。针叶中
Cu和 Fe的变化与 TSP的变化规律并不一致，而只是与植物本身的生理特性有关 ，生长初期
和生长旺盛期对 Fe和 Cu的吸收作用较旺盛 ．尽管大气中 TSP含量并不高。在生长末期大气
TSP含量非常高 ，但植物体内的 Ca、Fe含量并不增加反而降低。zn的变化规律受大气 TSP
的影响，表现在春和冬季具较高的含量，而是因为大气中的 TSP含量在夏秋季最低；Mn在土
壤中以不同氧化态存在 ，但主要以Mn一 的状态被吸收，1月份 Mn的升高与大气 TSP有关 ，
但 7月份 Mn含量升高，可能与植物的代谢作用有关 。Ph不是植物生长的必需元素．而主要来
源于大气中的总悬浮颗粒物。城市中 TSP以冬春季最高、秋季次之，夏季最低(图 3)。Pb来自
汽车尾气排放的颗粒物，其变化与这种规律基本相符台。Ni的变化幅度不明显，说明 Ni不是
大气中的主要污染物。
2．2 油松针叶内硫含量与大气 SO 的相关性
2．2．1 火车站
在火车站监测 ．共分析油松针叶含量数据 90个(1992年 5月至 l 993年 1月，共 9个月．
每月 1O个平行数据)。按每月的上旬和下旬获 18个平均数据。在这些数据中，1 2月份和 1月
份(即冬季)因大气 SO 浓度上升很快 ．但针叶 s上升很少或呈下降趋势(图 1)，故在回归分析
中未统计在内 利用每月上 、下旬针叶s含量(n=14)与同期测定的大气 SO 浓度进行一元回
归分析(图 4．a)．可得下式：
Y = 一 0．0263+ 0．0965X r一 0．89ll P < 0．00l。n一 14
y．大气中的 SO 浓度；x，针叶中 s含量。
此式进一步说明了火车站植物体内 s含量主要受大气 SO：浓度的影响．是植物监测大气
维普资讯 http://www.cqvip.com
生 态 学 报 l5卷
；
言
；；
篇
图 2 火车站油樵针叶内重金属 cu、h、Zn、Mn、Ni、Pb含量月变化 一10)
Fig 2 Monthly changes。f Cu、Fe、7n、M n、N1、Pb in the leaves of
， ⋯ tabulaef~mis Carr at the railway station in 1992( = 10)
污染的主要机理 。
2．2．2 城 区
承德市原有 5个常年监测点，1 991年优化布点后保留 3个，这 3个点是火车站、市政府、
避暑山庄(相对清洁区)，均位于市区。在这 3个地点采集油松 ，与大气 SO：采样同步进行 ，以
寻掳油松 S含量与大气SO 之间的相关关系，用以监测承德市的大气 SO：污染，比利用上述
火车站逐旬的监测数据所得副的相关公式要客观 ，因为火车站是一个污染点，所得到的相关公
式难 以监测轻污染及相对清洁区的 SO 分布状况。据城区各监测点常年大气 SO 监测数据与
油松针中 S含量之问所得相关公式来监测整个城市大气 SO 污染 ，在时间上和空间上都具有
典型性 。
维普资讯 http://www.cqvip.com
4期 蒋高明：承德市油松针叶硫及重金属含量动态及其与大气SO 之间的关系 411
n
：
仉
营
害0．
图 3 火车站大气总悬浮颗粒物的月变化蓝线
F：g 3 Monthly changes。f air TSP
a1 th railway sea：ion in 1992
薰
承德市城区油松叶 s针中含量与大气 SO
之间的相关公式(冬季数据未统计在内)为：
Y 一 0．Ol26+ 0．061 8X ，
r一 0．7841 < 0．O1， 一 9
所得相关曲线及散点图见图 4b
冬季油松针叶中监测功能或消失的原因可
解释为，冬季 由于居民大量取暖，加剧 了大气
SO 的排放，使大气中SO 成数十倍地增加(如
市政府冬季大气 SO 是夏季的 18倍)。但对植
物来讲，冬季处于休眠期，生理活动很弱．植物
吸收的 s以被动吸收为主，其含量上升很慢或
甚至下降，这样针叶内 s含量的变化与大气
升叶s音量O．t／z)
N∞d-c S ~ntent
圈 4 油 杜针叶 占量与大气 之 闻的 相关 嗌钱
Fig 4 Relation line。f P H tabu2aeformis Cart between n~dle S and air s0±．
a．火车站 the railway station b，城区 the city aTea
SO 浓度的变化不能同步进行，固此期监测功能基本上消失。所以，生物监测大气污染具有明
显的季节性。利用生物方法监测大气污染，应以与生长季节同期建立的相关公式为准。
3 结论
3．1 承德市油松针叶内s含量以生长末期为最高，休眠期次之，生长旺盛期最低 ；重金属 中的
Pb也表现为相似的规律 ，这种变化与大气中的 SO 和 TSP的浓度变化规律基本一致，说 明了
植物体内的污染物质主要受大气中的污染物质浓度的影响，是植物生物监测大气污染的主要
机理
3、2 油松针叶 s含量与大气 SO 浓度之问有很显著的相关性，其中火车站 r一0．8911( <
0．001)；城 区 r一0．7841( <0．01)。
3．3 冬季大气 SO。上升很快 ，但植物处于休眠期，对大气中 SO 浓度的增加反应迟钝，认为
冬季油松针叶监测功能较差或不具备监测功能。
参 考 文 献
1 潘如圭．饪嘉熙，柳捂妹等．城市大气氟化物与植物古氟量之问的关系的研究．环境科学，19fl7，8(z)；28—31
～
一
O ． ／ ．I 0 ●， ． 一l 一 ／． _2y 仉
雾一 哪 ．{=仉f，r。／
维普资讯 http://www.cqvip.com
412 生 态 学 报 15卷
北京造林绿化净化大气科研协作组．树木，绿地净化SO z和抗性阿题的研究，环境科学．1g87．8(3)：H l8
张百萍．李敬，罗钟梅 监测大气二氧化硫树种的筛选厦应用．中国环境科学 ．1988．8(4)：l7— 22
琳树元．唐连虞 ．汪嘉熙 某些植物二氧化硫伤害闻值的韧步实驻．环境污壤与防浩．1986．8(1)：36—38
黄银晓，林舜华，韩荣庄等 城市化对植橱生长发育的影响．植橱生态学与地植物学学报 ．1988．12-286—263
Hager H and KaM a M ．The influence 0f stand denshy and canopy position on sulfur content in needl~ of Norway spruce
(Picea ab L．Kar )．W Ⅱl Air and Soil Po utio．．1985．2S：32I- 029
Johnsan D W Sulphur cycling in five tores~ece,~yslems W 日 ．Air，a．d So P~lution．1986．30：065 979
郁梦禧．植物叶片中 F．S含量与叶静和季节美系的韧 分析．环境科学 ．1g80．1《2)-鲳 43
陈春焕，颜丽英 应用植物含硫量预嚣广州市大气中的SO z醢度．环境污壤与防治．1987．9：l0 l4
Albasel N and Cotten]e A Heavy metal constration⋯ major highways，industrial and urban⋯ a in Belgian Grassland
W ater．Air．and S Pollution．1985，14：l03 l09
Schrimp{t E Ai poilu~ion patterns in two cities 0f Colombia·S．A a~ording to tra⋯ ubslances conTent of Hn epiphyte
(THlandsia⋯ L．)．W口l r．Air andSoilPo ution．1084．21：Z7g 315
睬锐章，彭桂英 植物根系环境 CI，S含量对叶片 C1、S含量和抗性的影响．环境舟学．1082．4(3) 48 49
THE DYNAM ICS oF SULPHUR AND HEAVY M ETAL CoNTENT IN THE
NEEDLES oF P，ⅣU rA ULAEF0 j_s CARR AND
THE RELATIoN BETW EEN NEEDLESULPHUR AND AIR SO2
Jiang Gaoming
tabulaeforvnis Carr．，the relation between needle S content and air SO2 concentration，as well
as its function in air SO：pollution monitoring at the railway station，Chengde city，North Chi
na．The needles had the highest S eontent at the end of growth season，and the lowest,at the
vigormts period of plant growth．A general conclusion about plant S content is as followings
end growth period~ dormant period> the hegining of growth period> vigorous period(户<
0．001)．For heavymetals，Pb showedthe sametrend，Ni changedlittle．Cu，Fe and Zn，onthe
hand．decreased from the beginlng of needle growth，except Zn increased a little in dormant
period；M n had the highest content during the dormant period．S and Pb increased from
0．75mg／g and 0．7gg．／g to 1．58mg／g and 2．Ot~g／g，respectively．Such changes were similar to
those of SO2 and TSP concentrations in the atmosphere．There was a linear relation between
the needle S content and air SO2 concentration：Y一 一 0．0263+ 0．O965X (r= 0．89l1，P<
0．001)for the railway station；and Y一 0．0l26+ 0．0618X(r：0．7841，户< 0．01)for the city
area．There for we could apply the linear model of city area to monitor the SO2 allocation in
Chengde．
●
Key words：needls of Ptnu$tabulaefor~nis Carr．sulphur and heavy metals．SO。in the air．
hiomonitoring，Chengde city．
维普资讯 http://www.cqvip.com