草坪草对氟污染的反应及氟污染区草坪草种的选择

2008/5/4 10:51:23

  贵州省磷矿资源丰富，磷化工企业众多，环境污染较为普遍，对草坪的危害较重口]，绿化达标难度大。研究旨在通过试验测定草坪草叶片的氟含量，分析几种草坪草对氟的吸收积累能力，探讨其对氟化氢污染的净化效果。
1 试验地概况
试验地位于贵州省福泉市马场坪，N 107。14 24”～107。45 35”，E 26。32 28。～ 27。O2 23”。海拔为1 000～14 00 m。以山地、丘陵为基本地貌单元。以石灰性土壤最多，酸性，有机质含量较为丰富。气候属于亚热带季风气候，处在全年湿润的东南季风区内。年平均气温13~15℃ ，最冷的1月平均气温4．O～10．0℃ ，最热的7月平均气温22．0℃ 以上，≥ 1O℃ 年积温5 574~5 609℃ ，持续日数长达220～ 300 d，无霜期245~278 d。年平均降水量1 175．7 mm，其中75 9／6的全年降水量集中在4"--9月。贵州瓮福磷肥厂主要生产磷胺，磷酸和硫酸等产品，并附热电厂，导致厂区及周边地区环境不同程度的空气污染。大气污染物有氨雾，氟化物和二氧化硫等。厂区空气质量监测结果，二氧化硫和氨的混和物平均浓度为0．75～105．16 mg／(m。·h)，氟化物的平均浓度为7．17 g／m。，超过了国家大气环境质量标准，属于严重或较为严重污染类型。
2 材料和方法
2．1 试验样地选择
以贵州省福泉市马场坪镇的瓮福磷肥厂办公区(I)和厂区(Ⅱ)为试验样地，样地Ⅱ为距离磷酸车间烟囱50 m处的一块空地，该空地原为建筑垃圾堆积地，2005年春季清理垃圾后移换客土，客土为当地耕作土，土层厚30 cm，土壤疏松肥沃。样地Ⅱ的地表经常覆盖着一层灰白色的磷铵粉尘，植物生长受害情况明显，园林、草坪等绿化植物死淘率比较高。样地I距离样地Ⅱ 2．5 km，环境污染相对较轻，植物生长情况基本正常。
2．2 草坪草种选择
在样地I、Ⅱ分别种植15种草坪草(表2)，黔草1号高羊茅由贵州省草业科学研究所提供，其余均由荷兰百绿集团北京代表处提供。为探索草坪草对氟污染反应与污染源距离的关
系，还在距离磷酸车间烟囱5 m处进行了盆栽试验。试验草种共7种(表5)，每种3盆。出苗后至采样时(8月中旬)不修剪。将这7种草坪草的测试结果与样地Ⅱ(距烟囱50 m)对应的相同草坪草测试结果相比较。当年5月中旬播种草坪草，每个试验草种设1个小区，每小区试种面积为2．0 m×205 m，小区间隔3Ocm。为观察草坪草暴露时间长短与吸收、净化量之间的关系，在草坪草出苗后至最后一次采样前不修剪。
2．3 草坪草中氟的测定
于2005年6，8和1O月均匀采摘被测草坪草发育成熟叶片，经水洗、80℃烘干、粉碎用1 mm筛孔过筛，装瓶备用。用氟试剂分光光度法测定含氟量 (干灰法进行样品预处理)。
2．4 数据统计与处理
用聚合分类方法分别划分草坪草对氟污染的反应类型及草坪草对氟污染的抗性类型。3 结果与分析
3．1 草坪草对氟污染的反应
3．1．1 草坪草对氟污染反应特点 表2是在2个不同程度氟污染样地对l5种草坪草试验统计结果，比较2个区域草坪草的平均覆盖度、高度、分蘖数和地上植物量后发现：草坪草因受空气污染的影响，一般生长不良，常常出现叶片变小、变窄、变薄，植株矮化，繁育不旺等现象嘲。在氟污染较为严重的样地Ⅱ，草坪植被指数都比轻度污染的I低得多，其中，平均盖度低l2．8％、高度低8．82 cm、分蘖数少3．5l株／丛、地上植物量减少0．55 kg／1TI。。同一种草坪的4个植被指数不是按等比例变化，有的参数变化幅度大，有的变化幅度小，例如，在较为严重的污染区和轻度污染区用劲峰建植的草坪，前者的平均覆盖度比后者的减少了8．77 ，平均高度下降了l6．O8 ，平均分蘖数减少了lO．79％ ，平均地上植物量减少了35．12 ；不同草坪的同一植被指数变化幅度也不同，例如在污染较为严重的厂区，紫羊茅草坪的平均盖度减少3O．6 (最多)，伏生臂形草草坪减少6．5 (最少)；黔草l号高羊茅草坪高度下降29．16 (最多)，湿生臂形草草坪下降5．72 (最少)；狗牙根草坪的分蘖数减少了34．15 (最大)，紫羊茅草坪减少lO．6l (最小)；劲峰草坪地上植物量减少35．12 (最多)，紫羊茅草坪则减少23．88 (最少)。说明草坪草对氟污染的反应具有多元化和复杂性特点，还与草坪草的其他生物学，生态学及遗传特征有关。
3．1．2 严重污染区草坪草的反应类型 为了进一步分类了解各种草坪草对氟污染反应的程度和特点，特以平均盖度、平均高度、平均分蘖数和平均地上植物量为属性，采用距离聚合分类法分别对2个试验样地的l5种草坪草进行反应类型分类。表明当欧氏距离为7．45时，l5种草坪草自上而下聚合成了5个反应类型组，其中I组包括序号为l、3、4、5、8、12的6种草坪草，Ⅱ组包括2、6、7、9、lO、1l等6种草坪草，Ⅲ、Ⅳ 、V组各有1种草坪草。
聚类结果反映出草坪草对氟污染的3个反应类型。
(1)最不敏感的反应类型：I组中各草坪草都属于对氟污染反应相对最不敏感的反应类型，草坪各项植被指数相对最高，各项指数之间较为平衡，草坪草生长发育相对良好，草坪功能发挥正常；(2)相对不敏感的反应类型：Ⅱ组中各草坪草对氟污染反应相对不敏感，各项植被指数相对较高，指数之间平衡性较差，草坪草的生长发育及草坪功能基本接近正常；(3)最敏感的反应类型：Ⅲ、Ⅳ 、V组中各草坪草对氟污染反应最敏感，各项
植被指数较低，且变化幅度较大，草坪草的生长发育及草坪功能发挥均较差。进一步分析表明，受氟污染影响，各项植被指标之间存在着一定的相关性，其中，植被盖度与地上植物量之间相关系数最大0．869 89，表明受污染影响后这2个参数几乎是同步变化的。而植被盖度与植被高度之间相关性最小0．427 76。3．1．3 轻度污染区草坪草的反应类型 按上述方法对轻度污染区草坪草进行聚合分类，结果显示，当欧氏距离为9．43时，l5种草坪草也聚合成了5个反应类型组，其中I组包括序号为1、3、5、2、8、1O共6种草坪草，Ⅱ组包括6、7、1l、9、l3的6种草坪草，Ⅲ 、Ⅳ各有l种草坪草，V组有4、12两种草坪草。和前一分类结果比较，除个别草种位置有较小变化外，整体比较相似，这是受氟污染影响程度的主要差异之一。Ⅲ组中多年生黑麦草和Ⅳ组中紫羊茅即使在轻度
氟污染下仍属最敏感的反应类型，这证明除受氟污染影响外，它们的适应性较差。V组包括黔草1号高羊茅和伏生臂形草2个品种，它们既是对氟污染最不敏感的反应类型，也是当地最适宜的草坪草。I组和Ⅱ组中的草坪草则介于这2种情况之间，其中Ⅱ组中的草坪草对氟污染比I组中的草坪草相对敏感。
3．2 草坪草对氟污染净化能力的比较
3．2．1 草坪草叶片含氟量的差异性植物一般都具有吸收和积累氟的能力，但各个种的吸收积累能力差异很大 引。供试15种草坪草中(表4)，氟积累量最高的是狗牙根，含氟量达990．55~g／kg，其次为湿生臂形草，根丛型高羊茅和黔草1号高羊茅，含氟量依次为9 70．83，955．90和924．28~g／kg，多年生黑麦草、草地早熟禾，无芒虎尾草和紫羊茅氟的积累量较低，依次为356．00，399．16、483．27和490．44~g／kg。含氟量最
高的狗牙根比含氟量最低的多年生黑麦草多出l.78倍。同种草坪草在严重污染区的含氟量均高于轻度污染区，最高可达轻度污染区的65．1O倍(黔草l号高羊茅)，低者也有2．9倍(湿生臂形草)。由此说明，这些植物均具有吸收、积累氟的能力，从而对氟污染可起·定的净化作用。同种草坪草在严重污染区和轻度污染区含氟量相差越悬殊，表明该草坪草吸收、积累氟能力越强，净化氟污染的作用也越大。据此可对草坪草吸收、积累氟
能力排序为：黔草1号高羊茅>根丛型高羊茅>伏生臂形草>狗牙根>假俭草>节水高羊茅>朋沙克拉百喜草>隐花狼尾草>紫羊茅>细茎马唐>劲峰高羊茅>无芒虎尾草>草地早熟禾>多年生黑麦草>湿生臂形草。
3．2．2 草坪草对氟的吸收、净化潜力 曹洪发和汪嘉熙妇研究结果发现，氟能引起牲畜中毒的基准值为40 mg／kg；在100 t~g／m。氟化物环境浓度下，桑叶和牧草的氟含量<3O mg／kg，这一含量一般不会影响植物的生长，也不会通过食物链在牲畜体内蓄积中毒。本研究区域空气氟化物浓度和草坪草氟的含量均超出这2个阈值，但大多数草坪草生长发育情况良好，说明草坪草有一定的氟化物吸收净化能力，这与草坪较高的管理水平也有一定的关系。需要说明的是，如果剪草间隔时间过长，被剪去的草不宜作为牲畜饲草用。
3．3 叶片含氟量与污染源距离和污染浓度的关系
植物叶片含氟量与大气氟污染浓度成正相关关系，与污染源距离成负相关关系引，实地观察，试验结果及草坪对氟污染的实际反应也证实了这一点。距离磷酸车间烟囱越近，空气中氟污染浓度越高，草坪反应越差，距离越远则完全相反。表5资料是在距离磷酸车间烟囱5 m和50 m处，分别试种草坪草及其叶片氟含量的测定结果。可以看出，两处距离相差只有45 m，但草坪草叶片氟含量差异很大。在所测试的7种草坪草中，距离磷酸车间烟囱5 m处草坪草叶片氟含量比距离50 m处氟含量高0．8～2．5倍，绝对含量高出776．66～2 466．93~g／kg,这是因为离烟囱5 m处氟污染浓度高，长期处于这一环境下的草坪草叶片吸收、积累的氟也比较多。
3．4 草坪草对氟的抗性分类
不同的草坪草对氟的抗性不同。根据上述的研究结果，并参考了郁梦德等。 关于氟污染区绿化树种的选择方法，以严重污染区的试验资料为基础，综合考虑草坪草在严重氟污染环境下的植被指标，叶片受害程度以及含氟量指标，再进行了聚合分类，并根据分类结果将所试验的15种草坪草划分为强抗性，中抗性和弱抗性3级。草坪草的抗氟性划分原则是：(1)强抗性一植株生长旺盛，叶片没有明显受害症状或只有轻度的受害症状，草坪的功能正常发挥；(2)中抗性一植株生长旺盛或中等，叶片中度受害，草坪的功能基本
正常；(3)弱抗性一植株生长势弱，叶片严重受害以致少数的枝条枯萎，草坪质量标准的各项技术指标都较低。试验的15种草坪草对氟污染抗性的聚合分类结果。当欧氏距离接近62．4时，15种草坪草聚合成5组，分别隶属于3个抗氟性类型，其中，强抗性有根丛
形高羊茅、湿生臂形草、狗牙根、黔草l号高羊茅；中抗性有节水高羊茅、假俭草、伏生臂形草、劲峰高羊茅、朋沙克拉百喜草；弱抗性有草地早熟禾、多年生黑麦草、元芒虎尾草、紫羊茅、细茎马唐、隐花狼尾草。
4 结论
在氟污染下，试验草坪草一般生长不良，常常出现叶片变小、变窄、变薄，植株矮化，繁育不旺等现象；在严重污染下草坪草多项指标都比轻度污染的低，这是造成严重污染区草坪多种功能比较差的主要原因。草坪草吸收、积累氟能力排序为：黔草l号高羊茅
>根丛型高羊茅>伏生臂形草>狗牙根>假俭草>节水高羊茅>朋沙克拉百喜草>隐花狼尾草>紫羊茅>细茎马唐>劲峰高羊茅>元芒虎尾草>草地早熟禾>多年生黑麦草>湿生臂形草。
草坪草对氟的吸收和积累与距离污染源的远近有关，距离污染源越近污染物浓度越高，污染程度越重，草坪草叶片的氟含量就越多，距离污染源越远则相反。草坪草对氟的吸收积累量与草坪草在氟污染下暴露时间的长短呈正相关关系。在氟伤害阈值以下，植物叶片对氟的吸收和积累随氟浓度的增大和暴露时间的延长而增加，当达到伤害阈值的时候，就不再随氟浓度的改变而变化。以不同污染程度下草坪的植被指标为属性，用距
离聚合分类法对15种试验草坪草进行氟反应类型分类，在严重污染区当欧氏距离为7．45时，划分出了5个反应类型组，分别隶属于反应最不敏感(6种)，反应相对不敏感(6种)和反应最敏感(3种)3个反应类型。以草坪植被多项指标及草坪草叶片含氟量为属性进行聚类分析，将15种试验草坪草划分为3个抗氟性类型。抗性强：根丛型高羊茅、湿生臂形草、狗牙根、黔草1号高羊茅4种；中等抗性：节水高羊茅、假俭草、伏生臂形草、劲峰高羊茅和朋沙克拉百喜草5种；弱抗性：草地早熟禾、多年生黑麦草、无芒虎尾草、紫羊茅、细茎马唐和隐花狼尾草6种。

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