華南景觀樹種抗no

二氧化氮（no2）作為主要的大氣污染物之一，來自車輛燃料消耗、電池爐和其他行業(yè)的燃料燃燒、硝酸和氮肥的生產(chǎn)過程。大氣污染除對人健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響外,對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響也很大。植物對于一定濃度范圍內(nèi)的大氣污染物,不僅具有一定的抵抗力,而且具有相當(dāng)程度的吸收能力,而植物在吸收大氣污染物的同時(shí),本身在不同程度上也受到污染物的影響和損害。光合作用是植物最重要的生理過程,與其所生存的環(huán)境密切相關(guān),進(jìn)行植物光合生理特征研究是揭示不同植物對其生存環(huán)境生態(tài)適應(yīng)性機(jī)制的有效途徑。目前,污染區(qū)現(xiàn)場開展大氣污染脅迫對植物光合生理的影響研究較多,而采用人工模擬熏氣實(shí)驗(yàn),開展NO2濃度脅迫對植物光合生理影響研究較少。本研究以18個(gè)華南景觀樹種幼苗為研究對象,開展人工模擬熏氣試驗(yàn),研究了相對清潔區(qū)(對照)和NO2污染脅迫葉片氣體交換參數(shù)和相對葉綠素含量的差異及葉片表觀傷害癥狀,分析了不同景觀樹種對NO2脅迫的抗性,以期為重度酸污染地區(qū)選擇景觀樹種提供參考。1材料和方法1.1氣候室的控制2011年6月,選擇18個(gè)華南景觀樹種進(jìn)行試驗(yàn)(表1),將生長健壯、生長水平基本一致的2～3a生的實(shí)生苗放置在人工氣候室中,每種植物3株,氣候室溫度為25～35℃,濕度35%～55%,光照強(qiáng)度為600μmol·m-2·s-1,CO2摩爾百分濃度為380～400μmol·mol-1,NO2質(zhì)量體積濃度為2.05mg·m-3,人工模擬熏氣72h。人工氣候室為封閉式自動監(jiān)測熏氣裝置(浙江求是科教設(shè)備有限公司制造),能模擬自然界氣候條件,溫度、濕度、光照、CO2、NO2、SO2參數(shù)的控制可按程序設(shè)定進(jìn)行,可恒定控制和漸變控制。氣候室內(nèi)采用紅外線CO2傳感器、SO2和NO2傳感器測量室內(nèi)的CO2、SO2、NO2值,由計(jì)算機(jī)將采集到的氣候室內(nèi)的CO2、SO2、NO2值與設(shè)定的CO2、SO2、NO2值進(jìn)行比較,通過PID及模糊控制算法控制電子流量調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)進(jìn)入氣候室的CO2、SO2、NO2流量,實(shí)現(xiàn)精確控制。由于CO2、SO2、NO2氣體分子量均大于空氣平均分子量,因此采用送回風(fēng)模式,氣室底側(cè)柵板送風(fēng),上側(cè)柵板回風(fēng),實(shí)現(xiàn)氣室內(nèi)氣體循環(huán),同時(shí)提高了混合氣體的均勻性。氣候室內(nèi)尺寸為2.0m×1.2m×1.8m。1.2觀測方法1.2.1葉片光照的測定人工熏氣試驗(yàn)前后,選取典型晴朗天氣,利用美國LI-COR公司生產(chǎn)的Li-6400光合作用測定系統(tǒng),選擇待測植株樹冠中上部外圍健康葉片,自上午9:00—11:00時(shí)對樹種的光合作用進(jìn)行了測定,這一時(shí)段內(nèi)葉面入射光強(qiáng)和葉面溫度相對較穩(wěn)定一致,每株測定3個(gè)葉片,連續(xù)3d測定。測定指標(biāo)包括:凈光合速率(Pn,單位μmol·m-2·s-1)、氣孔導(dǎo)度(Gs,單位mol·m-2·s-1)、蒸騰速率(Tr,單位mmol·m-2·s-1)等,葉片水分利用效率(WUE,單位μmol·mmol-1)由以下公式計(jì)算:WUE=Pn/Tr。1.2.2葉綠素相對含量測定采用美國CCM-200的手持式葉綠素計(jì),測定對照和NO2脅迫處理苗木葉片的葉綠素相對含量(CCI值),每株測定6片葉,連續(xù)測定3d。1.2.3葉片病害百分率和葉片傷害率確定參考相關(guān)文獻(xiàn),在人工模擬熏氣試驗(yàn)前,進(jìn)行樹種葉片統(tǒng)計(jì),記錄健康葉片數(shù)量和受損葉片數(shù)量。在NO2脅迫結(jié)束后,估測葉片傷害癥狀和葉片數(shù)受害百分率(葉片傷害率)。從葉片傷害率劃分葉片抗污染表觀傷害等級:葉片傷害率在0～9%范圍內(nèi)葉片抗污染表觀等級為強(qiáng);葉片傷害率在10%～29%范圍內(nèi)葉片抗污染表觀等級為較強(qiáng);葉片傷害率在30%～49%范圍內(nèi)葉片抗污染表觀等級為中等;葉片傷害率在50%～79%范圍內(nèi)葉片抗污染表觀等級為較弱;葉片傷害率在80%以上葉片抗污染表觀等級為弱。1.3數(shù)據(jù)分析方法由于單一指標(biāo)難以全面準(zhǔn)確地反映樹種抗污染性的強(qiáng)弱。本研究采用葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率及相對葉綠素含量觀測指標(biāo),運(yùn)用隸屬函數(shù)法及聚類分析法對景觀樹種的抗污染能力進(jìn)行了綜合評判。數(shù)據(jù)分析采用Excel2007和SPSS16.0軟件。對各項(xiàng)指標(biāo)測定值用模糊數(shù)學(xué)隸屬度公式進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換,分別用模糊數(shù)學(xué)隸屬度公式求出每個(gè)樹種各指標(biāo)的具體隸屬函數(shù)值,U(Xij)=(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin),式中U(Xij)為測定指標(biāo)的抗NO2污染隸屬函數(shù)值,Xij為各材料的指標(biāo)測定值,Ximin為各材料中測定指標(biāo)的最小值,Ximax為各材料中測定指標(biāo)的最大值。用反隸屬函數(shù)計(jì)算其抗NO2污染反隸屬函數(shù)值,其計(jì)算公式為:U(Xij)=1-(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)。2結(jié)果與分析2.1抗污染等級分布從表2可知,在高濃度NO2(2.05mg·m-3)脅迫下,葉片表現(xiàn)出不同程度的傷害特征。澳洲火焰木、紫薇、廣寧紅山茶和杜鵑紅山茶抗污染等級為強(qiáng),對NO2氣體敏感程度低;紅花荷、復(fù)羽葉欒樹、大花紫薇和儀花抗污染等級為較強(qiáng);深山含笑、木棉、穗花棋盤腳抗污染等級為中等;臘腸樹和藍(lán)花風(fēng)鈴木抗污染等級為較弱;紅花羊蹄甲、美麗異木棉、藍(lán)花楹、火焰木和櫻花抗污染等級為弱。2.2no2脅迫對美麗異木棉、花的影響從表3可知,在NO2脅迫下復(fù)羽葉欒樹、澳洲火焰木、紫薇、穗花棋盤腳、廣寧紅山茶和杜鵑紅山茶葉片相對葉綠素含量(CCI值)與對照相比有不同程度的升高,這可能由于葉片吸收NO2氣體中的氮元素,使葉綠素含量增加。而其他景觀樹種在NO2脅迫下呈現(xiàn)下降的趨勢,其中,美麗異木棉的下降幅度在30%以上;下降幅度在11%～30%之間的景觀樹種有深山含笑、紅花羊蹄甲、紅花荷、火焰木、藍(lán)花風(fēng)鈴木、櫻花和儀花;下降幅度在0～10%之間的景觀樹種有臘腸樹、木棉和大花紫薇。2.3no2威脅對葉片光合特性的影響2.3.1廣寧紅山與3.2.2從表4可知,對照處理下,紫薇凈光合速率最高,達(dá)34.05μmol·m-2·s-1;其次為木棉,為30.02μmol·m-2·s-1;臘腸樹、美麗異木棉、火焰木、大花紫薇和櫻花凈光合速率處于較高的水平,其值介于22.60～23.32μmol·m-2·s-1之間;而深山含笑、紅花羊蹄甲、澳洲火焰木、穗花棋盤腳和廣寧紅山茶凈光合速率較低,介于12.96～14.91μmol·m-2·s-1之間。與對照相比,NO2污染脅迫下,凈光合速率下降幅度在50%以上的景觀樹種有紅花羊蹄甲、美麗異木棉、藍(lán)花楹、火焰木、藍(lán)花風(fēng)鈴木和櫻花;下降幅度在31%～50%的景觀樹種有臘腸樹、紅花荷和儀花;下降幅度在0～30%之間的景觀樹種有深山含笑、木棉、澳洲火焰木、大花紫薇、紫薇和杜鵑紅山茶;復(fù)羽葉欒樹、穗花棋盤腳和廣寧紅山茶凈光合速率與對照相比均有不同程度的升高,上升幅度介于2.31%～19.05%之間。2.3.2相關(guān)樹種的氣孔導(dǎo)度變化對照處理下,紫薇氣孔導(dǎo)度最高,達(dá)0.060mol·m-2·s-1;其次為櫻花,為0.038mol·m-2·s-1;氣孔導(dǎo)度最小的為廣寧紅山茶。與對照相比,NO2污染脅迫下,氣孔導(dǎo)度下降幅度在50%以上的景觀樹種有紅花羊蹄甲、美麗異木棉和藍(lán)花楹;氣孔導(dǎo)度下降幅度在31%～50%的景觀樹種有深山含笑、紅花荷、藍(lán)花風(fēng)鈴木和櫻花;下降幅度在0～30%的景觀樹種有臘腸樹、木棉、澳洲火焰木、火焰木、大花紫薇、紫薇、杜鵑紅山茶和儀花;而復(fù)羽葉欒樹、穗花棋盤腳和廣寧紅山茶氣孔導(dǎo)度與對照相比均有不同程度的升高,上升幅度介于4.55%～69.25%之間。2.3.3不同景觀樹種蒸騰速率的變化從表5可以看出,對照處理下,大花紫薇和紫薇葉片具有較高的蒸騰速率,分別為4.75和4.42mmol·m-2·s-1;其次為臘腸樹、木棉和櫻花,其蒸騰速率介于3.10～3.74mmol·m-2·s-1之間;深山含笑、美麗異木棉、藍(lán)花楹、澳洲火焰木、火焰木、藍(lán)花風(fēng)鈴木和穗花棋盤腳的蒸騰速率介于2.25～2.72mmol·m-2·s-1之間;紅花羊蹄甲、紅花荷、復(fù)羽葉欒樹、廣寧紅山茶、杜鵑紅山茶和儀花蒸騰速率較低,介于1.16～1.95mmol·m-2·s-1之間。與對照相比,NO2脅迫處理下,蒸騰速率下降幅度在50%以上的景觀樹種有紅花羊蹄甲、美麗異木棉、藍(lán)花楹和櫻花;下降幅度在31%～50%的景觀樹種有紅花荷和大花紫薇;下降幅度在0～30%之間的景觀樹種有深山含笑、臘腸樹、木棉、火焰木、藍(lán)花風(fēng)鈴木、杜鵑紅山茶和儀花;復(fù)羽葉欒樹、澳洲火焰木、紫薇、穗花棋盤腳和廣寧紅山茶蒸騰速率與對照相比均有不同程度的升高,上升幅度介于6.15%～139.66%之間。2.3.4no2脅迫處理18個(gè)景觀樹種的水分利用效率在對照處理下介于4.76～13.83μmol·mmol-1之間(表5),在NO2脅迫下介于4.13～9.86μmol·mmol-1之間。與對照相比,NO2脅迫處理下,水分利用效率下降幅度在50%以上的景觀樹種有復(fù)羽葉欒樹、火焰木和廣寧紅山茶;下降幅度在31%～50%的景觀樹種有臘腸樹、藍(lán)花楹、藍(lán)花風(fēng)鈴木和紫薇;下降幅度在0～30%之間的景觀樹種有紅花羊蹄甲、紅花荷、木棉、美麗異木棉、澳洲火焰木、穗花棋盤腳、杜鵑紅山茶、櫻花和儀花;深山含笑和大花紫薇水分利用效率與對照相比均有不同程度的升高。2.4抗no2污染能力從圖1和表6可知,復(fù)羽葉欒樹、穗花棋盤腳和廣寧紅山茶隸屬函數(shù)均值介于0.72～0.76之間,抗NO2污染能力強(qiáng);大花紫薇、紫薇、木棉、杜鵑紅山茶、深山含笑和澳洲火焰木隸屬函數(shù)均值介于0.48～0.57之間,抗NO2污染能力較強(qiáng);臘腸樹、儀花和紅花荷隸屬函數(shù)均值介于0.35～0.40之間,抗NO2污染能力中等;火焰木、藍(lán)花風(fēng)鈴木、櫻花、紅花羊蹄甲和美麗異木棉隸屬函數(shù)均值介于0.16～0.26之間,抗NO2污染能力較弱;藍(lán)花楹隸屬函數(shù)均值為0.06,抗NO2污染能力弱。3關(guān)于樹種抗no2污染能力的測量,依據(jù)凈化率值的比較,可以解決好與其他樹種的受采用隸屬函數(shù)法和系統(tǒng)聚類法對景觀樹種抗NO2能力綜合評價(jià),復(fù)羽葉欒樹、穗花棋盤腳和廣寧紅山茶抗NO2污染能力強(qiáng),大花紫薇、紫薇、木棉、杜鵑紅山茶、深山含笑和澳洲火焰木抗NO2污染能力較強(qiáng),臘腸樹、儀花和紅花荷抗NO2污染能力中等,火焰木、藍(lán)花風(fēng)鈴木、櫻花、紅花羊蹄甲和美麗異木棉抗NO2污染能力較弱,藍(lán)花楹抗NO2污染能力弱?？筃O2污染能力強(qiáng)的樹種在植物修復(fù)和林分改造方面具有較大的潛力,而抗NO2污染能力弱的樹種則可以作為污染監(jiān)測的指示植物。利用多個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)均值評價(jià)樹種的抗NO2污染能力,是為了得到全面、客觀的結(jié)果,但需要測定的指標(biāo)較多,增加了研究的復(fù)雜程度,比較各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值和隸屬函數(shù)均值可發(fā)現(xiàn),利用隸屬函數(shù)均值與凈光合速率的隸屬函數(shù)值評價(jià)樹種的抗NO2污染能力,二者的一致性極高,表明凈光合速率可作為直接評價(jià)樹種抗NO2污染能力的首要光合生理指標(biāo)。而通過葉片的受害癥狀評價(jià)樹種的抗NO2污染能力,其結(jié)果則與隸屬函數(shù)值的評價(jià)結(jié)果有所不同,這可能是由于葉片是植物對外界大氣環(huán)境響應(yīng)最敏感的器官,因此對NO2污染首先作出反應(yīng),此后通過調(diào)節(jié)內(nèi)部生理機(jī)能來適應(yīng)NO2脅迫。氣孔是氣體污染物進(jìn)入植物的主要通道,但是氣孔導(dǎo)度越大并不意味受污染傷害的程度越