城市大气污染与植物修复_丁菡

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一 植物修复大气污染物的机理
有关植物修复大气污染物的研究正在蓬勃兴 起 , 国外已 有相当多的研究[ 2 , 3] , 我国在 20 世纪 70 年代末开始进行这方面的研究[ 2] , 但研究还很 有限 。[ 5] 植物可以通过其茎 、叶表面的气孔吸收并 同化大气污染物 , 或通过根系 、根际微生物的协同 作用 , 清除大气干湿沉降进入土壤或水体中的大 气污染物 。其功能和方式主要有以下几方面 : (一)吸收与吸附
植物通过其生理过程可将污染物转化为其他 形态以降低对自身的毒性[ 8] , 如将空气中氮氧化 物转化为氮气或植物体内的氮素 ;利用专性植物 体内的超氧化物歧化酶 、过氧化物酶等吸收并转 化臭氧 。 植物还能吸收有害物质并同化到自身体 内 , 如大气有害物质中的硫 、碳 、氮等都是植物生 命活动所需的营养元素 , 植物通过气孔将二氧化 碳 、二氧化硫等吸入体内 , 参与代谢 , 最终以有机 物的形式储存在氨基酸和蛋白质中 。据统计 , 北 京市森林每年固定二氧化碳的量为51 .61 ×104 t , 释放氧气 38 .23 ×104 t , 价值为1 .41亿元 , 可以起

女贞 、构树 、棕榈、沙 枣 、苦楝 、石 榴 、樟树 、小 叶榕 、垂 柳 、 臭椿 、加拿大杨 、花曲柳 、刺槐 、旱柳 、枣 树 、水曲柳 、新疆
杨 、水榆
小叶黄杨 、竹节草 、绊根草 、松叶牡 丹 、风 尾兰 、 夹竹桃 、丁香、玫瑰 、冬青卫茅
S O2
较强
桑树 、合欢 、榆树、朴 树 、紫藤 、紫 穗槐 、梧桐 、国槐 、泡 桐 、 白蜡 、玉兰 、广玉兰 、栾树
种措施以控制工厂的排放 , 大气环境污染的问题 仍然难以很好地解决 。因此经济而有效的治理污 染的措施势在必行 , 植物净化大气的功能得到广 泛关注 。[ 2 , 3] 人们发现 , 城市中植物分布较多的地 方污染物浓度低[ 3] , 因此可以在污染区利用植物 来修复大气污染 。 利用植物净化大气成本低[ 4] 、 废物量小 , 不易造 成“ 二次污染” , 还 具有保持水 土 、美化环境 、促使经济增长等综合效益 。例如据 调查 , 北京市针叶林面积为 120 542 hm2 , 阔叶林 为243 162 hm2 , 其吸收二氧化硫 、氟化物 、滞尘 、 杀菌 、减噪的价值分别为 351 万元 、22 .49 万元 、 454 .92 万元 、361 .78 万元 、36 .67亿元 、24 .44 亿 元 , 净化环境的总价值为 61 .43 亿元 。 可见 , 城市 森林净化大气污染的效益是十分显著的 。
(1)植物体表附着 、吸收 :植物的枝干表面可
* 收稿日期 :2003 -01 -10 修回日期 :2005 -03 -12 作者简介 :丁 菡(1978 -), 女 , 新疆喀什人, 南京林业大学生态学专业硕士毕业 , 现为浙江大 学农业遥感与信 息技术应用研究 所 博士生 。
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2005 年 总第 18 期 丁 菡 等 :城市大气污染与植物修复
伴随我国经济的迅速增长 , 工业化 、城市化进
程加速 , 城市迅速扩展 , 大量绿地被占用 。城市人
口膨胀 , 各种工业品如车辆等需求上升 , 使得能源 消费量逐年增加 , 由此而产生的大气污染问题受
到了广泛关注 。 我国大气污染物的主要特点是煤 烟型(表 1)。[ 1 , 2] 我国大部分城市 , 粉尘污染和二 氧化硫污染严重超标 , 对人体乃至农产品质量产
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南 京 林 业 大 学 学 报(人 文 社 会 科 学 版 ) 第 5 卷 第 2 期
科 、杉科 、藜科 、石竹科 、十字花科 、百合科 、胡桃科 中的大部分植物抗性较弱 。[ 26] (P.53)
的植物滞尘能力较强 。草本植物的滞尘能力相对 较弱 。
(一)物理性颗粒
s
E di t io
n)
VJouln.5.2N0o0.52
城市大气污染与植物修复*
丁 菡1, 2 , 胡海波1
(1 .南京林业 大学 , 江苏 南京 210037 ;2 .浙江大学 , 浙江 杭州 310029)
摘 要 :随着城市环境问题的日益严重 , 经济而有效的治理措施越来越受到广泛的关注 。本文 阐述了国内外在植物修复大气污染物机理方面的研究成果 , 总结了对城市中大气污染物有净 化作用的植物种类 , 提出了利用城市森林净化环境的优点及存在的问题 , 并结合南京大气污染 及绿化状况提出建议 。 关键词 :城市 ;大气污染 ;植物修复 ;南京 中图分类号 :T U 993 .2 文献标识码 :A 文章编号 :1671 -1165(2004)03 -0084 -05
环境质量 、改善生态环境的迫切需要 , 也是社会经
济 、资源环境可持续发展的重大需求 。
表 1 全国近年废气中主 要污染物排放量
万t
年度 1989 1998 1999 2000 2001 2002
二氧化硫排放量 1 564 .0 2 091 .4 1 857 .5 1 995 .1 1 947 .8 1 926 .6
到调 控大 气中 二氧 化 碳 浓 度 平衡 及 缓 解“ 温 室 效 应”的作用 。 (四)中和缓冲作用
据研究 , 阔叶林对酸沉降有很强的缓冲作用 。 植物通过叶表面 吸附的 K + 、Ca2 + 等阳离子可与 H +进行交换 , 或与叶 片中淋失的弱 碱与强酸中 和形成盐[ 6] , 从而吸收 消耗 H + , 降低酸雨浓度 。 (2)针叶树种虽然可能由于吸收 N H + 、释放 H + 而使降雨酸化 , 但其冠层及凋落物的缓冲作用仍 可起到减轻酸雨危害的作用 。 一般说来 , 针阔混 交林净化大气效果更好 。 (五)总结
生极大的危害并且正在向市郊蔓延 。据 2002 年
环境状况公报 , 空气质量达标城市的人口比例仅
占统计城市人口总数的 26 .3 %, 暴露于未达标空 气质量的城市人口占 统计城市人口 的近四分之
三 。 这对人民的身心健康和生活质量的提高造成
了很大影响 。 控制和治理大气污染 , 还人类一个
清洁的环境 , 是维持和提高地区 、区域乃至全球性
以吸附吸收气体分子 、固体颗粒及溶液中的离子 。 如 O3 、SO 2 等可以被吸附在植物叶面 、枝干上的 灰尘中 , 尤其是对污染物不敏感的植物均可吸附 大量污染物 。[ 6] 据研究 , 阔叶林的滞尘能力为 10 . 11 t/ hm2 , 针叶林因生长周期长滞尘能力为 33 .2 t/ hm 2 。O m asa 等提出了具有超吸收和代谢大气 污染物能力的天然或转基因同化植物[ 7] (P.383 , -401)
烟尘排放量 工业粉尘排放量
1 455 .1 1 159 .0 1 165 .4 1 069 .8 1 012 .7
1 398 1 321 .2 1 175 .3 1 092 .0 990 .6 941 .0
我国城市近年来二氧化硫及烟尘排放量有所
降低 , 但比 1989 年仍有增加 , 尽管国家采取了多
二 大气中有害污染物的种类及富 集植物
大气中的污染物可分成 3 类 :物理性颗粒 、化 学性污染物和生物性颗粒 。 由于植物种类不同 , 其生理生态功能不同 , 生活习性有很大差异 , 因此 对大 气 污 染 的 修 复 作 用 也 不 尽 相 同 , 见 表 2 。[ 13 ~ 25] 据调查 , 卫矛科 、桑科 、木兰科 、芸香科的 柑桔属 、木 犀科的女贞属 、棕榈 科 、山茶科 、壳斗 科 、黄杨科等植物对有害气体抗性较强 , 松科 、柏
DO I :10.16397/j .cnki .1671 -1165.2005.02.021
第20055卷年第62
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Jo urna l of
N
an
南 jing
京林业 Fo restry
大学 U niver
学 报(人 文 社 sity (Humanitie
会 科 学 版) s and So cial Science
暴天气频繁 , 据调查 , 沈阳市每年空气中粉尘量高 市环境造成极大危害 。种植对化学物质富集能力
达 44 000 t , 南方城市的粉尘污染也越来越严重 。 强的植物有利于吸收大气污染物 , 而配置敏感性 绿色植物都有一定的滞尘作用 , 一般而言叶片较 植物有利于对大气污染的监测 , 以及时采取措施
植物可以通过代谢过程降解污染物或通过酶 等物质分解体内的污染物 。 据 Cay 等研究 , 在生 长季植物 树 冠的 吸 收作 用可 使 大气 中 的 H + 、 N O3 - 和 N H 4 +减 少 50 %~ 70 %, N H3 几乎被全 部吸收 。Sandermann 认为 , 植物含有代谢异生素 的专性同功酶及相应基因, 以束缚保存代谢产 物 。[ 9] 如过氧化物酶 、脱卤酶 、硝基还原酶等可直 接降解大气中的有机污染 物 。[ 10] 另据 G ordan 用 同位素标记实验证明 , 植物中的酶可以降解三氯 乙烯 , 最终形成二氧化碳和氯气 。 (三)植物转化和固化
在污染区选择种植植物种类时要考虑植物产 生抗性的原因 。 修复大气污染能力较强的植物 , 可以在体内吸收过量的有害气体 , 通过积累 、转移 等生理过程而自身不受伤害 ;或是受到大气污染 物毒害后恢复能力较强 , 如女贞 、杨树等 , 从而起 到降低污染物毒性的作用 。 另外 , 有些植物在污 染区表现一定的抗性是因为植物体表面的保护结 构阻挡了污染物进入体内 , 如一些常绿阔叶树 , 叶 片较厚 , 有茸毛 , 或有革质 、角质和蜡质 , 或在不利 条件下关闭气孔 , 停止气体交换 , 使得有害气体不 易进入而不受伤害 , 并未真正修复大气污染物 , 因 此不适合选择为污染区的修复植物 。当然 , 植物 对大气污染的净化作用也有一定的局限性 , 如高 等植物对大气中有些物质不敏感 、吸收量少 , 如一 氧化碳 , 甚至还会由于叶绿素的光解产生一定量 的一氧化碳[ 11] (P.22 -23) , 造成环境污染 。 有些植物 虽然吸污能力强 , 但由于受到胁迫生长缓慢 、生长 量低 , 对气候条件要求比较严格 , 区域性分布较 强[ 12] , 不利于大面积栽植 。 但总的说来 , 利用植 物净化城市大气污染利大于弊 , 对政策措施起到 很好的补充作用 。
(二)化学性污染物
即粉尘 , 我国粉尘污染较为严重 , 工业城市降 尘量平均为 500 t/km2 ·a 。粉尘可以粘附其他污 染物 , 从而造成多重危害 。近年来北方城市沙尘
如各种有毒 、有害的气态 、液态物质 , 包括二 氧化硫 、二氧化碳 、氮氧化物 、一氧化碳 、臭氧 、氟 化氢 、氯气 、光化学烟雾 、放射性物质等 , 均能对城
多 、叶面积较大 、表面粗糙有绒毛 、分泌粘性物质 控制污染物的排放 。
表 2 城市树种对大气污染 的修复作用
主要污染物
物理性 颗粒
修复能力 较强 中等
乔 木
毛白杨 、臭椿 、悬铃木 、雪松 、广玉兰 、女贞 、泡桐 、紫薇 、核 桃 、板栗
国槐 、旱柳 、白蜡、紫荆
灌木 、草本等 丁香 、大叶黄杨 、榆叶梅 、侧柏 紫丁香 、大叶黄杨 、月季
这种植物可以将大气污染物作为营养物质源高效 吸收 、同化 , 促进自身生长 , 减轻大气污染 。(2)叶 内积累 :植物叶面的皮孔可以直接吸收并储存有 害气体 , 尤其是当湿度增大时 , 植物对可溶性气体 的吸收量也 大大 增加 。 据 报道 , 大 气中约 44 % PAH s 被植物吸收 。 Corneji 等发现 , 植物可吸收 空气中的苯 、三氯乙烯和甲苯 。[ 8] 因此根据植物的 形态生理等形状的不同 , 各种植物对污染物的吸 收量不尽相同 。 据北京园林局调查 , 二氧化硫的 吸收能力也以阔叶树最强 , 为12 .0 kg/ hm2 , 柏类 34 .3 kg/ hm 2 , 杉类 、松类 9 .8 kg/ hm2 。 氟化物的 吸收能力以阔叶树最强 , 最高可达 4 .68 kg/ hm2 , 果树其次 , 侧柏 、油松等 。 (二)代谢降解
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