1、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 1 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
2、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 10 m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
3、。 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
4、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 2 页 共 20 页 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
5、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
6、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 1 2.2.2 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
7、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 3 页 共 20 页 （ 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。
8、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 ,10.00mL
9、Pb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 ,
10、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 (
11、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 。 4 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 4 页 共 20 页 2.3.3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 Cu 3.0 0.4 300 2000 6.0 0 325.30 Pb 2.0
12、 0.4 300 2500 5.0 0 283.80 Cd 3.0 0.4 300 2000 5.0 0 229.20 3 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 Cu Pb Cd 女贞 0.074 0.01 0.012 悬铃木 0.048 0.007 0.01 香樟 0.011 0.013 0.008 栾树 0.084 0.006 0.007 含量值（ mg/kg) Cu Pb Cd 女贞 16.2979 9.3333 0.8674 悬铃木 10.7660 2.6670 0.5401 香樟
13、2.8936 16 0000 0.2127 栾树 18.4255 0.4440 0.0049 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 5 页 共 20 页 图4 园博园植物叶片对重金属吸附能力比较图05101520女贞 悬铃木 香樟 栾树植物种类质量含量 （mg/kg）Cu Pb Cd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
14、 。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 Cu Pb Cd 女贞 0.126 0.019 0.027 悬铃木 0.066 0.012 0.004 香樟 0.096 0.01 0.012 栾树 0.085 0.007 0.025 含量值（ mg/kg) Cu Pb Cd 女贞 17.0726 19.8095 0.9669 悬铃木 10.3687 13.1429 0.1213 香樟 13.7207 11.2381 0.4154 栾树 12.4916 8.381 0.8964 植物叶
15、片对大气中重金属吸附能力的研究与环境意义及分析 第 6 页 共 20 页 图8 学 校不同植物叶片对不同重金属吸附能力比较图0510152025女贞 悬铃木 香樟 栾树植物种类质量含量（mg/kg）Cu Pb Cd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
16、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 Cu Pb Cd 女贞 0.216 0.021 0.054 悬 铃木 0.03 0.017 0.027 香樟 0.014 0.009 0.004 栾树 0.111 0.012 0.035 含量值（ mg/kg) Cu Pb Cd 女贞 20.2893 20.5988 7.7414 悬铃木 4.9174 18.2036 3.3224 香樟 3.
17、595 13.4132 0 栾树 11.6116 15.2096 4.6318 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 7 页 共 20 页 图12 坡子街不同植物叶片对不同重金属吸附能力比较0510152025女贞 悬铃木 香樟 栾树植物种类质量含量(mg/kg)CuPbCd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
18、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 Cu Pb Cd 女贞 0.196 0.022 0.138 悬铃木 0.057 0.012 0.118 香樟 0.036 0.005 0.052 栾树 0.053 0.013 0.129 含量值（ mg/kg) Cu Pb Cd 女贞 46.3251 37.7419 21.4894 悬铃木 15.3675 21.6129 18.216 香樟 10.6904 10.3225 7.4141
19、 栾树 14.4766 23.2258 20.0164 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 8 页 共 20 页 图16 化工厂附近不同植物叶片对不同重金属吸附能力比较01020304050女贞 悬铃木 香樟 栾树植物种类质量含量(mg/kg)CuPbCd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，
20、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。 7 2.对 与 Cd 吸收 能力 比较看 来 ，女
21、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 9 页 共 20 页 项
22、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 1.3 2.2 轻度污染 2.3 3.2 中度污染 3.3 4.2 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
23、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 16.2979 10.766 2.8936 18.4255
24、 学校 17.0726 10.3687 13.7207 12.4916 坡子街 20.2893 4.9174 3.595 11.6116 化工厂 46.3251 15.3675 10.6904 14.4766 图17 不同地区不同植物叶片对Cu的吸收对比图01020304050女贞 悬铃木 香樟 栾树植物树种质量总量（mg/kg)园博园学校坡子街化工厂附近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 10 页 共 20 页 地区 含量（ mg/） 大气污染 指数 园博园 48.383 / 学校 53.6536 1.1 坡子街 40.4133 0.8 化工厂附近 86.8596 1.
25、8 图18 不同地区Cu总和对比图020406080100园博园 学校 坡子街 化工厂附近地区质量含量（mg）含量（mg/kg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 1 3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 。
