园艺植物育种学实验模拟酸雨对园林植物的影响

实验四模拟酸雨对园林植物的影响仲恺农业工程学院园艺园林学院李西贝阳（与赖旭森、陈志明合作完成）摘要：酸雨已经成为农业、林业及水环境的严重环境问题。酸雨对森林、水体和农田等生态系统造成的危害受到许多研究者的重视，并已取得一些成果，但关于木本园林植物的伤害机理及抗性机制没有得到澄清。本实验以希茉莉，含笑，灰莉，红果仔，簕杜鹃，海桐，米兰，狗牙花8种园林植物为试材,通过测定在不同pH值（pH2.0,pH3.0,pH4.0,pH5.6）的模拟酸雨下,不同植物新梢增长率和叶片损伤程度,研究酸雨对园林植物生长及伤害的影响和园林植物叶片可见伤害的阀值和敏感度分级,并评价园林植物对酸雨反应的敏感性。在所试的8种园林植物中，以含笑，灰莉对酸雨的抗性最强，簕杜鹃对酸雨的抗性最弱，而希茉莉，红果仔，海桐，米兰也不同程度受到酸雨的影响。关键词：园林植物;模拟酸雨;受害叶面积指数;敏感性Abstract:Acidrainisaseriousenvironmentalproblemwithimpactonagriculture,forestandwaterecosystem.Manyresearchershavedevotedmuchattentiontoforestsexposedtoacidrain,butmechanismofresistanceofwoodylandscapeplantstoacidrainhasn'tclearfied,especiallytheresearchforantioxidantsystemhasbeenrelativelylimited.Theexperimentwitheightkindsofgardenplantastestmaterials,throughthedeterminationindifferentpHvalueunderthesimulationoftheacidrain,differentplantgrowthrateandnewshootsleafdamagedegree,theacidrainofgardenplantgrowthanddamagetheinfluenceandthegardenplantleafvisibledamagethresholdclassificationandsensitivity,andtoevaluategardenplantstoacidrainthesensitivityofthereaction.Keywords:gardenplants;Acidrain;Sufferleafareaindex;sensitivity酸雨是指大气中的硫化物和氮化物等酸性气体与大气中的水分结合后，重新降落到地面并造成种种危害，国际规定酸雨为pH〈5.6的降水。酸雨已成为目前全世界环境问题之一，也是我国的重要环境问题。大量的环境监测资料明，由于大气层中的酸性物质增加，地球大部分地区上空的云水正在变酸，给人类带来的危害也将与日俱增。大气中的S化物和N化物主要来源于煤和石油等化石燃料的使用，它们在空气中氧化剂的作用下形成溶解于雨水的酸。目前，我国已形成了覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区的酸雨区，该酸雨区是世界三大酸雨区之一。广东省大部分地区，特别是珠三角地区的降水pH值小于4.0，甚至已达到pH2.0。酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失，如:腐蚀建筑物和工业设备；破坏露天的文物古迹；损坏植物叶面；破坏土壤成分等后果。关于酸雨对植物的生长发育的影响，国内外研究结果表明，酸雨对植物造成明显的伤害，引起生理代谢凌乱，甚至死亡，不同种类的植物对酸雨的反应敏感性表现不一。而园林植物对于生态系统的发展及城市环境的改善起着重要作用,因此筛选抗性强、耐污染的园林植物是城市绿化和生态系统建设的重要课题之一。1材料与方法1.1试验材料：模拟酸雨母液（硫酸：硝酸：盐酸=5：1：0.36）；材料为希茉莉，含笑，灰莉，红果仔，簕杜鹃，海桐，米兰，狗牙花等八种广州地区常见园林植物。1.2试验步骤1.2.1模拟酸雨的母液配制：参照广州地区降水中主要酸根离子均值的比例配制，即硫酸根离子：硝酸根离子：氯离子=5：1：0.36。先加入200ml水，再将20ml硫酸、4ml硝酸以及1.44ml盐酸，最后加水调整至300ml。1.2.2选择材料挂牌选择材料原则：木本、草本兼顾；观叶、观花、阴生、阳生等各植物类型尽量做到面面俱到；各种植物器官敏感度比较；正在生长与停止生长的植物器官敏感度比较。选到的试材为：希茉莉，含笑，灰莉，红果仔，簕杜鹃，海桐，米兰，狗牙花。8种园林植物。每个处理有3次重复。1.2.3配制工作液：母液加水稀释至4个pH浓度，分别为pH5.6（由于条件限制很难在附近收集其pH5.6的雨水）、pH2、pH3与pH4。1.2.4喷雾处理：以pH5.6作为参照雨水酸度（CK），pH4、pH3与pH2为处理，隔3天喷一次工作液，连续喷三次,每次喷至叶面滴水为度。1.2.5观测：观测项目如下：（1）可见性伤害（主要表现在叶片与枝条上）实验结束后，用透明塑料薄膜测定叶面积和受害面积并分析叶片的伤害程度。受害叶面积指数（％）=受害叶面积/总处理叶片面积×100（2）新梢生长量在实验实施前和实验结束后用游标卡尺测量新梢长度，计算其新梢增长率。新梢生长量=处理后的梢长-处理前的梢长新梢增长率（%）=新梢增长量/处理前的梢长（3）对酸雨敏感度分级标准酸雨敏感度，分级标准,以受害叶面积指数（r）作为指标,分成5个等级,分别是:最敏感级Ⅰ(r≥40％)；次敏感级Ⅱ(20％≤r40％)；中等敏感级Ⅲ(10％≤r20％)；次抗系抗性级Ⅳ(5％≤r10％)；最抗性级Ⅴ(r5％).2实验结果与分析2.1模拟酸雨对园林植物的伤害及影响：经试验发现，喷施酸雨后，植物叶片并未立刻有所反应，通常都是在喷施24小时后才发现轻微伤害，经喷施次数的增加，植物叶片的受害反应也越来越明显，花叶、萎蔫的症状也逐步扩大。萎蔫的叶片形状多样,有全叶萎蔫、半叶蜷卷；伤斑种类也多样，有圆斑、不规则斑点等。如表1所示，各种植物由于pH值酸雨的不同以及本身种类的不同，受害程度也不相同。pH2.0模拟酸雨对园林植物叶片的伤害是最明显的。在pH2.0模拟酸雨下，以簕杜鹃的叶片所受的危害较严重.而希茉莉，红果仔，海桐，米兰的叶片受害程度较小。含笑，灰莉甚至没什么影响。说明它们对不同pH模拟酸雨的抗性都较强，这与模拟酸雨对园林植物新梢生长影响的结果基本一致。表1模拟酸雨对园林植物受伤害叶面积指数的影响树种PH2.0PH3.0PH4.0PH5.6希茉莉0.24%0.15%00含笑0.30%0.04%00红果仔1.25%0.30%0.11%0灰莉0.20%000簕杜鹃7.03%3.23%1.33%0.23%海桐2.30%0.73%0.12%0米兰1.34%0.45%0.03%0狗牙花1.90%0.80%0.09%0各植物受不同pH人工酸雨危害状照片植物种类pH=2pH=3狗牙花海桐含笑红果仔灰莉金叶假连翘簕杜鹃米兰希茉莉植物种类pH=4pH=5.5狗牙花海桐含笑红果仔灰莉金叶假连翘簕杜鹃米兰希茉莉2.2酸雨对园林植物新梢（株高）增长量的影响表2中明显表示出，簕杜鹃在pH5．6处理时，新梢增长是比较快的，但在pH4.0和pH3.0速度已经受到明显的影响,而在pH2.0时,速度下降的最厉害。而含笑和灰莉新梢增长率虽有变化，但幅度不是很大，说明这几种园林植物对酸雨不同pH的反应不敏感，具有较强的抗性。从中也可以看出，随着模拟酸雨的pH值减小，大部分园林植物的新梢增率均逐渐降低，其中经pH5．6处理后的增长率最大，经pH2．0处理后的增长率最小。说明酸雨对绝大部分园林植物新梢增长产一抑制作用．而且抑制的程度随模拟酸雨的pH值减小而增加。且酸雨对同林植物新梢增长的抑制作用因植物种类而异。表2模拟酸雨对园林植物新梢(株高)增长率(%)的影响PH2.0PH3.0PH4.0PH5.6希茉莉9.03%10.45%12.56%13.12%含笑1.12%1.31%1.35%1.40%红果仔70.23%73.67%74.12%76.89%灰莉11.23%12.34%13.01%13.57%簕杜鹃48.34%53.34%57.89%60.78%海桐3.09%3.00%3.50%3.78%米兰29.45%30.45%30.89%31.67%狗牙花34.89%37.79%39.08%40.90%2.3园林植物对酸雨伤害的敏感性分级评价基于酸雨对8种园林植物受害叶面积指数，按照园林植物对酸雨伤害敏感度分级标准，以在pH=2.0处理结果为依据，本实验用植物受害叶面积指数作指标。表3模拟酸雨对10种园林植物叶片伤害敏感性等级种类受害叶面积指数（％）伤害等级簕杜鹃灰莉含笑红果仔狗牙花海桐希茉莉米兰70.180.321.352.142.331.181.28ⅡⅤⅤⅣⅣⅣⅣⅣ3讨论由上三表可以看出模拟的酸雨伤害了8种园林植物，其叶片表现了非常明显的受害症状，且不同绿化植物受害的症状不同，有些植物受害轻，表现出极大的抗性，如灰莉和含笑。相关研究结果表明，酸雨对园林植物的伤害首先出现在叶子上．损害了植物叶片的表皮结构，模拟酸雨对园林植物的叶片产生不同程度的危害，受害症状表现为叶缘和叶脉间产生黄棕色和黑褐色的不规则斑块、衰老斑，顶端幼叶卷曲、皱缩，难以展开．模拟酸雨的pH越低，对园林植物叶片的伤害越大，尤以pH2．0的模拟酸雨对园林植物叶片的伤害最为严重.本试验也观察到类似结果．模拟酸雨对园林植物新梢增长产生抑制．新梢增长率随模拟酸雨pH值下降而下降．受害叶片严重受损．形成坏死斑块，或焦化．或穿孔变硬．变脆等。酸雨对园林植物生长产生危害的原凶可能是因为低pH值的酸雨水附着于叶面时．随蒸发而浓缩．从而导致pH进一步下降．最初只是损坏叶表皮，进一步进入栅栏组织和深入海绵组织．使细胞膜结构与功能的操作，造成细胞透性的改变．细胞内电解质大量外渗，最终形成小的坏死斑。实验结果表明，酸雨的pH值越低，喷洒的次数越多，对植物造成的伤害就越重，植物的形态结构特点和生物学特性决定其对酸雨所造成的伤害的自身恢复功能和抗性，叶面光滑、腊质层厚、叶革质、坚韧的植物较叶面粗糙、凹陷薄质的植物抗酸雨能力强，叶面多毛，能分泌粘性物质的植物不易受害．从本试验结果来看灰莉和含笑的抗酸雨能力是最强的。参考文献[1]黄益宗,李志先,黎向东,等.模拟酸雨对华南典型树种生长及营养元素含量的影响[J].生态环境,2006,15(2):331-336.[2]黄建昌．肖艳.3种果树对酸雨抗性的研究[J]．果树学报．2004，21(3)：191～195[3]张崇基．酸雨[M]．北京：中国环境科学出版社．2001．143．[4]解海卫.张艳.酸雨研究现状[N].环境科学和技术,2004,27:179-180[5]杨昂.孙波.赵其国中国酸雨的分布、成因及其对土壤环境的影响1999(01[2]黄建昌．肖艳.3种果树对酸雨抗性的研究[J]．果树学报．2004，21(3)：191～195[6]肖艳,黄建昌,刘少娴,等.模拟酸雨对12种园林植物的伤害及敏感性反应[J].西南农业大学学报:自然科学版,2004,26(3):270-273.[7]陈树元,徐和宝,史建文,等．110种树木对模拟酸雨和SO2单一和复合暴露的反应[J]．应用与环境生物学报,1997,3(3):199-203．[8]吴丹,王式功,尚可政.中国酸雨研究综述[J].干旱气象,2006,24(2):70-77.