草地早熟禾和麦冬对酸雨的抵抗能力初探_酸雨

　　摘要：以草地早熟禾（Ｐｏａ ｐｒａｔｅｎｓｉｓ Ｌ．）和麦冬［Ｏｐｈｉｏｐｏｇｏｎ ｊａｐｏｎｉｃｕｓ（Ｔｈｕｎｂ．）Ｋｅｒ－Ｇａｗｌ．］为材料，通过配制二氧化硫溶液，连续１５ ｄ喷洒，来模拟酸雨环境，观察试验前后绿地质量、测定叶片中叶绿素相对含量、硫含量，以比较两种草本植物对酸雨的抵抗能力。结果表明，模拟酸雨环境后，绿地质量有一定程度的下降；但草地早熟禾叶片硫含量显著增加，麦冬叶片硫含量变化不明显；草地早熟禾的叶片叶绿素相对含量变化差异不显著，而麦冬在试验前后的叶片叶绿素相对含量变化差异显著。说明草地早熟禾对酸雨的抵抗能力强于麦冬。
　　关键词：草地早熟禾；麦冬；模拟酸雨环境
　　中图分类号：Ｓ６８８．４；Ｑ９４５．７８文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）12－2464-03
　　
　　Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ Ａｃｉｄ Ｒａｉｎ ｏｆ Ｐｏａ ｐｒａｔｅｎｓｉｓ ａｎｄ
　　Ｏｐｈｉｏｐｏｇｏｎ ｊａｐｏｎｉｃｕｓ
　　
　　ＬＩＵ Ｒｕｉ－ｈｕａａ，ＪＩＮ Ｙｉ－ｍｉｎｇａ，ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ－ｙａｎｇａ，ＹＩＮ Ｓｈｕ－ｘｉａｂ
　　（ａ． Ｌｉａｎｇｘｉ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｃｌａｓｓ； ｂ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｕｒｆｇｒａｓｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３， Ｃｈｉｎａ）
　　
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ａｃｉｄ ｒａｉｎ ｏｆ Ｐｏａ ｐｒａｔｅｎｓｉｓ Ｌ． ａｎｄ Ｏｐｈｉｏｐｏｇｏｎ ｊａｐｏｎｉｃｕｓ（Ｔｈｕｎｂ．） Ｋｅｒ－Ｇａｗｌ．， ｔｈｅ ｔｗｏ ｐｌａｎｔｓ ｗere ｓｐｒａｙｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｌｕｔｅｄ ｓｕｌｐｈｕｒｉｃ ａｃｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ １５ ｄａｙｓ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ａｃｉｄ ｒａｉｎ． Ｔｈｅ ｇｒｅｅｎ ｓｐａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ， ｌｅａｆ ＳＰＡＤ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｌｅａｆ ｓｕｌｆｕｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｐｌａｎｔｓ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｉｄ ｒａｉｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｇｒｅｅｎ ｓｐａｃｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ｓｏｍｅ ｄｅｇｒｅｅ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｉｄ ｒａｉｎ， ｔｈｅ ｌｅａｆ ｓｕｌｆｕｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎ Ｐ． ｐｒａｔｅｎｓｉｓ； ｂｕｔ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ Ｏ． ｊａｐｏｎｉｃｕｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｉｄ ｒａｉｎ was detected． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅ ｌｅａｆ ＳＰＡＤ ｖａｌｕｅ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔly ｄｉｆｆｅｒｅｎt ｉｎ Ｏ． ｊａｐｏｎｉｃｕｓ， ｂｕｔ ｎｏt ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔly ｄｉｆｆｅｒｅｎt ｉｎ Ｐ． ｐｒａｔｅｎｓｉｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｉｄ ｒａｉｎ．
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｐｏａ ｐｒａｔｅｎｓｉｓ Ｌ．； Ｏｐｈｉｏｐｏｇｏｎ ｊａｐｏｎｉｃｕｓ（Ｔｈｕｎｂ．） Ｋｅｒ－Ｇａｗｌ．； ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｉｄ ｒａｉｎ
　　
　　二氧化硫是大气中分布较广泛和危害较大的污染物之一，也是酸雨的主要组成成分。随着二氧化硫污染问题越来越严重，我国的甘肃省陇南地区、山东省胶东半岛、陕西省南部以及长江流域以南大部分地区均出现过不同程度的酸雨。在１９９５年８月通过的《中华人民共和国大气污染防治法》中明确规定，在全国划定酸雨控制区和二氧化硫污染控制区，以达到在双控区内强化对酸雨和二氧化硫的污染控制目的。然而，我们要避免目前常用的治理二氧化硫的化学方法，以免造成二次污染。硫是植物正常生长发育所必需的营养元素，植物通过其叶片上的气孔和枝条上的皮孔等自然孔口，将大气中的二氧化硫等污染物吸入体内，在体内通过一系列氧化还原过程进行中和而形成无毒物质（即降解作用），或通过根系排出体外，或积累贮藏于某一器官内。因此，广泛植树种草是降低二氧化硫污染的有效措施之一。草坪植物是城市生态环境的重要组成部分，对于一定浓度范围内的二氧化硫，不仅具有一定的抵抗力，而且也具有相当程度的吸收净化能力［１］。然而不同的植物种类，因其生理功能上的差异，其吸收和净化二氧化硫的能力也明显不同。试验利用喷洒二氧化硫溶液来模拟酸雨环境，探讨了两种北方城市绿地常见草本植物草地早熟禾（Ｐｏａ ｐｒａｔｅｎｓｉｓ Ｌ．）与麦冬［Ｏｐｈｉｏｐｏｇｏｎ ｊａｐｏｎｉｃｕｓ （Ｔｈｕｎｂ．） Ｋｅｒ－Ｇａｗｌ．］对二氧化硫模拟酸雨的抵抗能力，现将结果报告如下。
　　１材料与方法
　　１．１试验区概况
　　试验区设在北京林业大学校园内，该地位于北京市海淀区，气候为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，春、秋季短促。年平均气温为１０～１２ ℃。其中１月均温－4～
　　－7 ℃，７月均温２５～２６ ℃。全年无霜期１８０～２００ ｄ。年平均降雨量约６００ ｍｍ，降水季节分配不均匀，全年降水的８０％集中在夏季的６、７、８月，７、８月常有暴雨［２］。以在北京市城市绿化中应用较广的草地早熟禾与麦冬为材料；试验地开阔，通风性好，无遮阴，试验小区面积为２ ｍ×２ ｍ。
　　１．２试验方法
　　１．２．１酸雨模拟试验采用浓硫酸与亚硫酸钠反应，配制ｐＨ值为４的二氧化硫溶液，置于容量为０．３ Ｌ的容器中，于２０１０年７月２８日至８月１１日，连续１５ ｄ对试验小区进行均匀喷洒，以创造模拟酸雨的环境。
　　１．２．２绿地质量观察在模拟酸雨环境前后，对试验小区绿地的综合质量进行评定，包括叶片色泽、长势、盖度等，以考查模拟酸雨环境对绿地质量的影响。
　　１．２．３叶片硫含量的测定模拟酸雨环境前后，每小区分别采集约２００ ｇ的叶片样品，烘干后采用硫酸钡溶胶比浊法［３－５］测定叶片中的硫含量，植物吸硫能力Ｗ＝（Ｃ２-Ｃ１）／Ｃ１×１００％。式中，Ｃ１为试验前硫含量，Ｃ２为试验后硫含量。
　　１．２．４叶片叶绿素相对含量的测定采用手持式ＳＰＡＤ－５０２型叶绿素仪测定叶片叶绿素的相对含量。每个小区选取６株能反映小区整体颜色的植株（即剔除个别枯黄植株的影响），用叶绿素仪测其顶端向下第三片成熟叶的ＳＰＡＤ值［６］，每一叶片测３个位点，取平均值作为该叶片的ＳＰＡＤ数值［７］。
　　２结果与分析
　　２．１绿地质量观察
　　模拟酸雨环境前，麦冬和草地早熟禾均表现为色泽浓绿，长势良好，盖度达到９０％以上。在连续１５ ｄ喷洒二氧化硫溶液后，小区内的绿地质量有所下降，植物叶片色泽由深绿色变为深绿中略带发黄，并有５％～１０％的叶片呈现枯黄色，叶片较喷洒二氧化硫溶液前更易折断，盖度也下降到７５％。另外，绿地中还含有微弱的刺激性气味，分析原因是喷洒的二氧化硫溶液挥发形成的。两种植物长势也受到一定的影响，表现为长势变缓。
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　　两种植物在模拟酸雨环境前后叶片硫含量的变化如图１所示。由图１可以看出，在模拟酸雨环境前，两种植物叶片的硫含量相近，草地早熟禾为０．４２％，麦冬为０．４１％，均在草本植物硫元素含量的正常范围内［８］。而在模拟酸雨环境后，二者叶片硫含量出现了较大的分化，其中草地早熟禾叶片硫含量显著增加，由之前的０．４２％增加到０．５６％，高出了植物体内正常微量元素硫的含量范围；而麦冬叶片硫含量变化则较小，由０．４１％增加到０．４４％。方差分析结果表明，模拟酸雨环境前后，草地早熟禾叶片硫含量变化差异显著（Ｐ＜０．０５），而麦冬叶片硫含量变化差异不显著（Ｐ＞０．０５）。
　　根据前述公式计算植物的吸硫能力，草地早熟禾叶片的吸硫能力为３３.3３%，麦冬叶片的吸硫能力为7.32%，即草地早熟禾的吸硫能力远远高于麦冬，达到麦冬的４．５倍以上。前人研究表明，一般代谢强度大、生长速度快的植物吸硫量都较高［９］。相比于麦冬而言，草地早熟禾生长速度较快，即使在试验期间炎热的夏季，非试验小区每周仍需修剪一次，以保证草坪外观整齐平整；而麦冬因生长缓慢，其非试验小区则极少修剪。
　　２．３叶片叶绿素含量变化
　　在模拟酸雨环境前后对试验小区植物的观察可以看出，两种植物叶片色泽有一定程度的变化。相应的叶片叶绿素相对含量也发生了变化，采用SPAD-502型叶绿素仪测定两种植物的叶片叶绿素相对含量结果见图２。由图２可以看出，模拟酸雨环境前后，两种植物叶片叶绿素相对含量均有所下降，其中，草地早熟禾叶片叶绿素相对含量ＳＰＡＤ值由３４．６下降到３２．２，麦冬由５３．３下降到４５．７。分别对二者叶片叶绿素相对含量变化进行方差分析，结果表明，草地早熟禾叶片叶绿素相对含量变化差异不显著（Ｐ＞０．０５），麦冬叶片叶绿素相对含量变化差异显著（Ｐ＜０．０５）。说明模拟酸雨环境对草地早熟禾叶片叶绿素含量影响较小，而对麦冬叶片叶绿素含量影响较大。前人研究表明，硫在植物光合作用中具有重要作用，硫的供应水平对叶绿体的形成和功能的发挥有着重要的影响［１０］，分析认为，二氧化硫对草本植物的影响可能会涉及叶绿素的合成［１１－１３］。
　　３讨论
　　１）二氧化硫对草本植物的生长发育有消极的影响，试验模拟酸雨环境之后，绿地质量明显下降。但是对不同植物叶片叶绿素相对含量的影响不同，对草地早熟禾叶片叶绿素相对含量的影响小，而对麦冬的影响大。
　　２）不同植物对酸雨的抵抗能力有所不同。试验中从叶片硫含量来看，草地早熟禾的叶片吸硫能力明显高于麦冬叶片，说明其对模拟酸雨环境的抵抗力要强于麦冬，这对净化空气具有重要意义。但是对于草地早熟禾的吸硫机制、吸入体内的硫的去向等问题尚有待进一步研究。
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　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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