植物叶片对大气中重金属吸收与空气质量评价1.doc

植物叶片对大气中重金属吸附能力的研究与环境意义及分析 第 19 页 共 20 页【摘要】：随着我国国民经济的迅速发展,对自然资源的利用也在不断增加,同时我们还持续性向环境中排放各种有毒有害的污染物，由此引起的环境污染和破坏也愈发严重。1以大气污染为例，各种工厂排放的烟雾和汽车尾气等导致了空气中二氧化硫和氮氧化物的含量超标，空气中可吸入颗粒物和金属离子含量超标。这些问题严重威胁到了我们的身体健康，易引发各种身体疾病。为了减少大气污染对我们的危害，如何减缓环境污染就显得十分重要。本文旨在研究植物对空气中污染物的吸收情况，并对我市如何利用植物减少大气污染、保护大气环境提出科学性建议。文章分为四个部分:第一部分,主要了解我市现阶段的主要景观植物以及植物对环境治理的作用。第二部分,通过实验测量我市空气中金属离子含量及各种植物的吸收能力。第三部分,是对实验数据进行分析评价我市的空气污染状况，然后对如何减缓我市空气污染提出科学性建议。第四部分,了解本次工作的影响和意义。1 引言空气中的重金属是存在于大气颗粒物(TSP)当中的，其形态受颗粒物粒径、时空等因素影响,污染特征较为复杂。而粒径小于10m的大气颗粒物(可吸入颗粒物PM10)更含有高含量的重金属。据报道，大约75%90%的重金属分布在PM10中，且粒径越小，重金属含量越高。2这些可吸入颗粒物可通过皮肤和呼吸系统被人体吸收，从而在肝，肺，骨骼等器官中长期富集。严重的甚至能引起中毒。此外，大气中的重金属也会对动植物和各种材料造成危害。植物具有净化作用，可以对大气中的污染物进行不同程度地拦截、吸收和富集污染物质。有的污染物质被吸收后，经过植物代谢作用还能逐步解毒。叶片是植物净化大气的重要器官，植物净化大气污染环境的作用，主要就是通过叶片吸收大气中的有毒物质，减少大气中的有毒物质含量，同时还能使某些毒物在体内分解、转化为无毒物质，自行降解。3植物叶片可以富集多种元素，其含量与所处的环境及植物种类有关,不同植物的不同部位对重金属的吸附能力不同，不同环境的植物中金属含量也不同，植物叶片吸收大气中的重金属物质量是相当大的，因此要使绿地发挥较大的净化效果，必须要选择吸收量较大的种类，如构树、海棠、加拿大杨、水曲柳、悬铃木、白蜡、水杉、女贞、栾树、柳杉、垂柳、合欢、夹竹桃、香樟树等。3我市常见的景观植物有：女贞、悬铃木、银杏、杨树、栾树、枫树等。利用不同植物中的含污量可以评价环境质量，有研究成果表明利用树木叶片中的重金属含量可以指示大气铅污染状况。本课程设计主要目的是利用植物叶片为生物指示剂。通过测定不同植物叶片中的重金属含量，找出吸附能力最强的植物，以此来净化空气和土壤，为城市园林绿化提供环境依据，其二是通过不同地区重金属的含量大致了解本地区空气中重金属含量的状况。2 实验部分2.1课程设计任务分配任务分配表采样洗涤研磨消解标准曲线配制测量园博园张浩，汤加进陈方伟，韩伟陈丙法韩宁，张浩韩宁，陈丙法学校韩宁，韩伟陈丙法，张浩汤加进韩伟，陈方伟韩宁，陈丙法坡子街陈方伟，张浩韩伟，韩宁韩伟汤加进，陈丙法韩宁，陈丙法工业区陈丙法，韩宁汤加进，陈丙法陈方伟张浩，韩伟韩宁，陈丙法2.2实验仪器及试剂2.2.1实验仪器名称数量名称数量火焰原子吸收分光光度计1烧杯（500mL)4电热板1烧杯（100mL)5离心机1移液管（10mL)1容量瓶（1000mL)3移液管（5mL)1容量瓶（500mL）3移液管（1mL)1容量瓶（100mL)1比色管（25mL)23研钵4玻璃棒1洗耳球12.2.2实验试剂Cu(NO3)2.3H2O(优级纯)，Cd(NO3)2.4H2O（优级纯） Pb(NO3)2（优级纯），蒸馏水，浓硫酸（优级纯），高氯酸（优级纯），浓硝酸（优级纯）2.3实验方法2.3.1 标准曲线的制定（1）标准贮备液配制：1g/L铜标准贮备液，1g/L铅标准贮备液, 1g/L镉标准贮备液，准确称取3.7750gCu(NO3)2.3H2O, 2.7880Cd(NO3)2.4H2O，1.6000gPb(NO3)2分别溶解于100mL烧杯中，溶解后转移至1000mL容量瓶中，定容至刻度线，摇匀，贴上标签，备用。（2） 标准使用液配制：移取12.50mLCu标准贮备液，15.00mLPb标准贮备液，10.00mLCd标准贮备液分别至500mL容量瓶中，定容至刻度线，摇匀。3种重金属的浓度分别为Cu25mg/L，Pb30mg/L，Cd20mg/L。（3）标准曲线的制定分别准确移取0. 00,0. 50, 1. 00, 1. 50, 2. 00, 3. 00, 5. 00 mL Cu标准使用液于25mL容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线,摇匀，此即为0.00，0.50， 1.00，1.50，2.00，3.00,5.00mg/L浓度曲线，用火焰原子吸收分光光度计测定溶液吸光度值, 绘Cu制标准曲线.。分别准确移取0. 00,0. 50, 1. 00, 1. 50, 2. 00, 3. 00, 5. 00 ,10.00mLPb金属标准使用液于25mL容量瓶中。用蒸馏水定容至刻度线，摇匀。此即为0.00，0.60，1.20，1.80，2.40，3.60，6.00，12.00mg/L浓度曲线，用火焰原子吸收分光光度计测定溶液吸光度值, 绘制Pb标准曲线.。分别准确移取0. 00,0. 50, 1. 00, 1. 50, 2. 00, 3. 00, 5. 00 mL Cd标准使用液于25mL容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线,摇匀，此即为 0.00，0.40，0.80，1.20，1.60，2.40,4.00mg/L浓度曲线，用火焰原子吸收分光光度计测定溶液吸光度值, 绘制Cd标准曲线.。2.3.2 植物样品的采集与处理（1）样品的采集选择泰州市区交通流量相对大的区域西北片工业区，商业区（坡子街）文教生活区( 学校)，以相对清洁的郊区（园博园）作为对照。采集四个常见园林树种的叶片，采集范围在公路两旁30m以内， 四个绿化树种为悬铃木，女贞，香樟，栾树。（2）样品的预处理把采集的植物叶片用自来水冲洗干净，再用蒸馏水漂洗，烘干粉碎后，放入清洁密封袋中备用。称取2.5000g样品于烧杯中，加入硝酸和高氯酸（4:1）混合酸25mL在通风柜中用电热板消煮至溶液澄清，加人10mL稀硝酸(浓硝酸和水1:1)消煮至白烟冒尽。若仍有不容物质，则用离心机过滤。将澄清的溶液移到25mL容量瓶定容。42.3.3样品的测定用火焰原子吸收分光光度计分别在铜、铅、镉空心阴极灯下测定溶液的吸光度值,用各自标准曲线回归方程计算样品中3种重金属含量. 火焰原子吸收分光光度法测定3种元素的工作条件元素工作电流（mA）光谱带宽（nm）负高压（V）燃气流量（mL/min）燃烧器高度燃烧器位置波长Cu3.00.430020006.00325.30Pb2.00.430025005.00283.80Cd3.00.430020005.00229.203 实验结果与讨论3.1按地区讨论3.1.1园博园(参照区)植物叶片对重金属吸附能力比较园博园样品的吸光度值及质量含量比较吸光度值CuPbCd女贞0.0740.010.012悬铃木0.0480.0070.01香樟0.0110.0130.008栾树0.0840.0060.007含量值（mg/kg)CuPbCd女贞16.29799.33330.8674悬铃木10.76602.66700.5401香樟2.89361600000.2127栾树 18.42550.44400.0049园博园作为泰州市最大的公园，其绿化面积极大且植物种类繁多，所以其空气质量相对较其他地区要好，可视为无污染区域。通过对此地各种植物叶片中重金属含量的测定可以了解在无污染状况下植物生长其体内的重金属含量。测定结果表明植物体内Cu的含量较多，其次是Pb的含量，Cd的含量最少。图4中可以看出不受污染的植物中内CuPbCd。3.1.2文教生活区（学校）植物叶片对重金属吸附能力比较学校样品的吸光度值及质量含量比较吸光度值CuPbCd女贞0.1260.0190.027悬铃木0.0660.0120.004香樟0.0960.010.012栾树0.0850.0070.025含量值（mg/kg)CuPbCd女贞17.072619.80950.9669悬铃木10.368713.14290.1213香樟13.720711.23810.4154栾树12.49168.3810.8964我校紧靠主城区，它作为我们学生每天学习和生活的场所更应该重点关注，所以将其视作文教生活区加以测量，学校的重金属污染来源是机动车尾气排放，周围农田焚烧秸秆产生烟雾及空气流动带来的污染，其主要原因是机动车尾气排放。图8与图4进行对比可得，学校四种植物的Pb含量明显高于园博园地区，因为土壤中Pb含量较少故不考虑土壤因素。由此可得我校空气中的Pb含量高于园博园区。学校的Cd含量略高于园博园，这是因为汽车尾气中也含有少量的Cd5,学校的Cu含量与园博园区相当，说明学校未受Cu的污染。3.1.3商业区（坡子街）植物叶片对重金属吸附能力比较坡子街样品的吸光度值及质量含量比较吸光度值CuPbCd女贞0.2160.0210.054悬铃木0.030.0170.027香樟0.0140.0090.004栾树0.1110.0120.035含量值（mg/kg)CuPbCd女贞20.289320.59887.7414悬铃木4.917418.20363.3224香樟3.59513.41320栾树11.611615.20964.6318坡子街是泰州城区的中心商业区，此地车流量最大，机动车排放的尾气也最多。已知汽油中Pb的含量约为0.08%0.13%，所以Pb的最大污染来源是机动车排放的尾气。6坡子街植物叶片对Pb的富集量大，通过与园博园区和学校进行对比，坡子街Cd的含量也明显增大，总量高出园博园9.66倍，高出学校6.54倍。这些迹象说明坡子街的空气受Pb和Cd污染较为严重。3.1.4工业区（某化工厂附近）植物叶片对重金属吸附能力比较化工厂附近样品的吸光度值及质量含量比较吸光度值CuPbCd女贞0.1960.0220.138悬铃木0.0570.0120.118香樟0.0360.0050.052栾树0.0530.0130.129含量值（mg/kg)CuPbCd女贞46.325137.741921.4894悬铃木15.367521.612918.216香樟10.690410.32257.4141栾树14.476623.225820.0164泰州市城区的西北面是工业集中区域，这里广布一些大型的机械企业、化工企业，此地有大量运输车辆，车流量也很大。同时一些工厂频繁向空气中排放废气烟尘，以及使用重金属加工原料。种种因素使得西北工业区成为泰州城区环境质量相对较差的地区。通过实验发现某化工厂附近树叶中金属总量明显高于其他3个地区，特别是Cd的含量明显增多，是园博园的40.56倍，该地区大气受Cd污染空气质量差。3.1.5不同植物中各种金属含量的比较对于同种金属在不同植物中的含量进行对比发现如下规律：1.植物中Cu的含量普遍较高，其中女贞和栾树中Cu含量更高，而悬铃木和香樟中Cu含量相对较少。研究发现Cu是高等植物生长发育过程中的一种重要微量营养元素, 作为多种酶的组分之一, 参与很多生理代谢过程，对作物的发育、品质、产量等有重要影响, 但Cu具有累积性, 过量的Cu又会导致植物体的Cu毒害, 阻碍植物的生长,降低产品的质量。72.对与Cd吸收能力比较看来，女贞悬铃木栾树香樟。而对于对Pb吸收能力比较看，女贞栾树悬铃木香樟，但在污染较严重的地区其数值相差不大。3.2 按重金属讨论及重金属污染分析3.2.1空气质量评价的依据利用植物叶片的重金属含量数据可以计算植物所在区域的大气污染指数：C=Cm/Ck式中，C为污染指数，Cm为采样点植物叶片的重金属实测值，Ck为对比区对应植物的重金属实测值。本实验的Cm为化工厂，坡子街，学校地区的某种重金属在4种植物体内的单位质量和，Ck为园博园某种重金属在4种植物体内的单位质量和单项污染指标及其对应的空气质量等级评价如下表所示：单项污染指数及其评价等级表8评价等级污染指数污染程度1.2无污染1.32.2轻度污染2.33.2中度污染3.34.2重污染4.3严重污染3.2.2 Cu及对环境影响分析近年来,电镀、铝铜材、地砖、印染、化工等重金属污染型工矿企业遍布城乡, 工业三废、城市垃圾等排放及其农用化学品应用的日趋广泛, 高Cu杀菌剂、杀虫剂、化肥等不合理的使用, 采用高Cu饲料也使得高Cu畜粪等大量涌入农田,土壤环境Cu 污染日益严重, 植物的Cu 毒害问题逐渐显现。9Cu污染对植物毒害作用的研究目前主要集中在对植物光合作用、细胞结构、细胞分裂、酶学系统和其他营养元素的吸收上。过量的Cu会破坏类囊体的结构功能, 这种破坏作用既可发生在光氧化侧, 又可发生在还原侧, 抑制初级电子供体和受体产量,同时Cu 局部积累过多, 与叶绿体中蛋白质上的巯基结合, 或取代其中的Fe2+ 、Zn2+ 、Mg2+, 使叶绿素蛋白中心离子组成发生变化而导致失活。此外, 高Cu抑制根系生长, 根尖硬化, 养分吸收能力下降, 导致Fe缺乏, 叶绿素含量降低而失绿。含量（mg/kg）女贞悬铃木香樟栾树园博园16.297910.7662.893618.4255学校17.072610.368713.720712.4916坡子街20.28934.91743.59511.6116化工厂46.325115.367510.690414.4766 地区含量（mg/）大气污染指数园博园48.383 /学校53.65361.1坡子街40.41330.8化工厂附近86.85961.8由图17，图18可以看出，女贞和栾树吸收Cu的能力较强，其二，不同地区Cu总量依次为化工厂学校园博园坡子街,根据大气污染指数及其评价等级表：学校的Cu指数为1.1无污染，坡子街的污染指数为0.8，说明商业区没有受到Cu污染，并出现坡子街的Cu含量低于园博园，照成与实际空气状况不服的状况，这可能是由于园博园的建成历史短，其中树木大多由别处移栽过来,可能在种入园博园时，植物体内已经富集了大量的Cu,Cu又不易降解，造成偏高现象。化工厂附近的Cu污染指数为1.8属于轻度铜大气污染。3.2.3 Pb及对环境影响分析铅对环境的污染，一是由冶炼、制造和使用铅制品的工矿企业，尤其是来自有色金属冶炼过程中所排出的含铅废水、废气和废渣造成的。二是由汽车排出的含铅废气造成的，汽油中用四乙基铅作为抗爆剂（每公斤汽油用13克），在汽油燃烧过程中，铅便随汽车排出的废气进入大气。目前世界上已有两亿多辆汽车，每年排出的总铅量达40万吨，成为大气的主要铅污染源。含量（mg/kg女贞悬铃木香樟栾树园博园9.33332.6667160.4444学校19.809513.142911.23818.381坡子街20.598818.203615.413215.2096化工厂附近37.741921.612910.322523.2258地区含量（mg）大气污染指数园博园28.4444/学校52.57151.8坡子街69.42522.4化工厂附近92.90313.2由图19，图20可以看出对Pb的吸收能力依次为女贞悬铃木栾树香樟，其二是不同地区的Pb的总量依次为化工厂.坡子街学校园博园，根据大气污染指数及其评价等级表：化工厂附近所代表的工业区Pb大气污染指数为3.3已达重污染的指数，说明化工厂附近大气受Pb已经很严重，以坡子街代表的商业区（市中心）Pb的大气污染指数为2.4，说明商业区大气中受Pb为中度污染。以学校为代表的文教生活区的大气污染指数为1.8，说明学校的大气受Pb属轻度污染。由图19 ，园林部门可以多栽种女贞，悬铃木进行生物治理。3.2.4 Cd及对环境影响分析Cd是人体非必需元素，在自然界中常以化合物状态存在，一般含量很低，正常环境状态下，不会影响人体健康。当环境受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒。镉被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，选择性地蓄积肝、肾中。含量（mg/kg女贞悬铃木香樟栾树园博园0.86740.54010.21270.0049学校0.96690.12130.41540.8964坡子街7.74143.322404.6318化工厂附近21.289418.2167.414120.0164地区含量（mg）大气污染指数园博园1.6251 /学校2.41.5坡子街15.69569.7化工厂附近66.935941.2从图21，图22可以看出对Cd的吸收能力依次为女贞悬铃木栾树香樟。根据大气污染指数及其评价等级表：化工厂附近所代表的工业区Cd大气污染指数为41.2,，说明化工厂附近大气受Cd已经f非常严重，属严重污染。以坡子街代表的商业区（市中心）Cd的大气污染指数为9.7，说明商业区大气中受Cd为严重污染。以学校为代表的文教生活区的大气污染指数为1.5，说明学校的大气受Cd属轻度污染。相关环保及园林部门要积极采取措施防止大气中Cd污染。4 课程设计的环境意义通过对本次试验的结果进行分析和研究，可以得出对Cu的吸收女贞和栾树最强，悬铃木和香樟相对较弱但也有一定的吸附能力。对于Pb的吸收能力依次为女贞悬铃木栾树香樟。对于Cd的吸收能力依次为女贞悬铃木栾树香樟。女贞对金属的吸附能力最强，特别是对于Pb和Cd等来源于机动车尾气的吸收。这可能是由于女贞为灌木较矮,而汽车尾气由于含有重金属其密度较大故沉积于近地面，这样有有利于女贞叶片对Pb，Cd的吸收。悬铃木对Pb和Cd也有较强的吸附能力，其原因可能是悬铃木叶片的外部结构和生理生化特征以及基因的差异引起的10。本试验小组对于绿化植物的选用给出的建议是女贞的净化效果最好，悬铃木其次，香樟和栾树的净化效果最弱。根据植物体内重金属的富集量可以对本市过去一段时间的空气质量做如下判断：即空气质量园博园学校坡子街化工厂附近。这样可以为环境科研，环境监测，环境管理，环境教育提供可靠的保证。植物不但可以用于净化空气，吸收空气中的有害气体改善空气质量。还可以用于土壤修复，美化环境。11植物是我们生活中必不可缺的资源。参考文献1江苏省植物研究所.城市绿化与植物保护M.北京：中国建筑工业出版社，1977,5,62.2任乃林，陈炜彬，黄俊生，陈文玲，姚锦斌.用植物叶片中中重金属元素含量指示大气污染的研究J.广州微量元素科学，2004,10:41-453陈桂珠. 重金属对黄瓜籽苗发育影响的研究. 植物学通报, 1990, 7( 1) : 34394谢莹，曹艳泥.原子吸收分光光度法测定玉米叶片中重金属J，吉林化工学院学报，2009,26(2)5王爱霞，张敏，方炎明.重金属在南京城市树木中的富积及大气污染评价J.(网络版).866张春兴, 张有标, 黄会一利用树木叶片铅含量指示大气铅污染状况的研究J.生态学杂志,1984:5-9,23.7廖金凤.广东省南海市农业土壤中铜锌镍的环境容量.土壤与环境,1998, 8(1):15188马跃良，贾桂梅，王云鹏，刘惠萍.广州市区植物叶片重金属元素含量及大气污染评价J. 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