模擬酸雨對杜英幼苗生長及養(yǎng)分元素含量的影響

田蘇奎李領(lǐng)寰伊力塔陳夢齡余樹全（浙江省縉云縣林業(yè)局3400；浙江農(nóng)林大學(xué)浙江臨安3300）

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模擬酸雨對杜英幼苗生長及養(yǎng)分元素含量的影響

田蘇奎1李領(lǐng)寰2伊力塔2陳夢齡2余樹全2
（1浙江省縉云縣林業(yè)局321400；2浙江農(nóng)林大學(xué)浙江臨安311300）

模擬不同酸雨濃度（pH2.5、4.0、5.6）對杜英幼苗進(jìn)行噴淋控制實(shí)驗(yàn)，研究不同酸梯度條件下杜英幼苗的生長及養(yǎng)分元素含量特征，結(jié)果表明：（1）對照組（pH7.0）全株干重約為酸處理組的2倍，酸雨處理對植株生長產(chǎn)生抑制作用，其中對莖部影響最為明顯。（2）與pH2.5和pH5.6相比，pH4.0處理組全株干重最大，且根冠比最低，說明植株對pH4.0酸雨有較好的適應(yīng)性。該處理下，植株體內(nèi)氮、磷元素含量均較高，鉀、鎂元素含量在莖中較高，在根中較低。（3）隨著酸處理組pH值的降低，植株葉片中鉀、硫含量呈明顯降低趨勢，鐵含量呈明顯增高趨勢；莖中鐵含量呈明顯增高趨勢；根中鋅含量呈明顯降低趨勢。（4）酸雨對杜英幼苗體內(nèi)硫元素含量有一定的抑制作用，且pH 5.6處理組葉、根中的硫含量顯著高于pH 2.5和pH 4.0，即酸雨帶來的硫輸入在植株體內(nèi)非但沒有出現(xiàn)硫富集現(xiàn)象，反而產(chǎn)生淋失現(xiàn)象。

模擬酸雨；生物量；元素含量；杜英

酸雨是pH小于5.6的大氣降水的總稱，包括各種酸性的雨、霧、雪、霜等形式。長江以南地區(qū)是全球強(qiáng)酸雨中心，浙江省已成為我國酸雨污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一。森林是酸雨的主要受體，酸雨對林木的危害是多方面的。酸雨能直接作用于植物，破壞植物形態(tài)結(jié)構(gòu)，阻礙植物葉綠體的光合作用，抑制植物代謝功能；使?fàn)I養(yǎng)元素從葉片組織中大量流失，導(dǎo)致植物生長發(fā)育不良、增加病蟲害，進(jìn)而降低植物干物質(zhì)的積累水平［1，2］；酸雨還會導(dǎo)致土壤中鈣、鎂等鹽基離子和養(yǎng)分元素淋失，使土壤pH下降，導(dǎo)致土壤酸化，間接影響植物的生長［3］。

杜英（Elaeocarpus decipiens）是浙江省常見的城市綠化樹種，具有重要的經(jīng)濟(jì)和觀賞價值，相關(guān)研究表明杜英對酸雨具有較強(qiáng)的耐受性［4，5］，但對其機(jī)理尚不明確。本研究旨在探索酸處理?xiàng)l件下杜英植物養(yǎng)分元素分配格局及響應(yīng)特征，從而為浙江省城市綠化植物的選擇和酸雨脅迫理論研究提供依據(jù)和參考。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于浙江省縉云縣市政園林處實(shí)驗(yàn)苗圃（120°05′E，28°39′N）。屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤，四季分明，年降水量約為1437 mm，全年平均氣溫17.9℃，年無霜期245天左右。該區(qū)域森林覆蓋率75.2%，海拔高度169m，土壤類型為紅壤土。

1.2供試材料

選取高度在40～60cm之間的2年生杜英幼苗，于2011年1月移栽到高40cm，直徑30cm的塑料花盆中，采用實(shí)驗(yàn)地土壤（紅壤土）作為栽培土。將幼苗隨機(jī)分成10組，每組7株，對所有苗木編號、掛牌。將盆栽幼苗置于通風(fēng)、遮雨的塑料薄膜大棚內(nèi)，緩苗期間用自來水澆灌，常規(guī)管理。2011年3月開始進(jìn)行模擬酸雨噴灑。

1.3實(shí)驗(yàn)處理

根據(jù)浙江省酸性降水中的平均離子組成［6］，按H2SO4：HNO3（V/V）8:1的比例，用濃H2SO4（濃度98%，密度1.84g/ml）和濃HNO3（濃度68%，密度1.4g/ml）配置成母液，再用蒸餾水稀釋成pH2.5、pH4.0及pH5.6的酸雨原液，分別模擬重度、中度、輕度酸雨，并設(shè)置空白組（即噴淋等量的蒸餾水pH7.0）作為對照。根據(jù)縉云縣近10年年均降雨量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算每個pH等級所需的酸雨量，均勻噴灑至葉片徹底濕潤。2012年11月27日試驗(yàn)結(jié)束，并于2012年12月1日采收植物。

采收植物時先把塑料花盆破開，小心地去除根部的泥土并盡量保持根系完整，用清水把植物葉片上灰塵、蟲卵和根部的泥土沖洗干凈，然后把植物分成葉片、枝干和根三部分。在65℃下用烘箱烘干，用電子天平分別測定葉片、枝干和根的干重（W，g），精確到0.01g［7］；然后分別取一部分磨碎、過篩，并密封保存，供化學(xué)分析。

1.4樣品的化學(xué)分析方法

植物中氮含量用半微量凱氏定氮法測定，磷用鉬銻抗比色法，鉀、鎂、硫、鐵、銅、鋅用Perkin ICP-MS7000測定。

1.5數(shù)據(jù)分析方法

使用SPSS18.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）對不同酸度處理組植物的干重和養(yǎng)分元素含量進(jìn)行多重比較，在數(shù)據(jù)分析前，對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性和齊性檢驗(yàn)。

2　結(jié)果分析

2.1酸處理對幼苗生長的影響

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酸處理對杜英幼苗的生長具有明顯的抑制作用，如表1所示，杜英幼苗的全株干重表現(xiàn)為對照處理（CK）＞pH 4.0＞pH 2.5＞pH 5.6，酸處理組顯著小于對照組。就植株各部分干重情況來看，亦具有相同趨勢。與pH 4.0和pH 5.6相比，pH 2.5處理組葉干重相對較低，根和莖干重相對較高，說明高強(qiáng)度酸雨會對杜英葉片造成傷害。根冠比能夠有效反映植物在逆境條件下的生存策略，酸處理組植株根冠比（干重比）均大于0.5，具體表現(xiàn)為pH 2.5＞pH 5.6＞pH 4.0＞CK。

表1　不同酸處理組杜英幼苗生物量分配Tab.1 Elaeocarpus decipiens seedling biomass distribution under different acid rain treatment

圖1　不同酸處理組杜英幼苗生物量分配Fig.1 Elaeocarpus decipiens seedling biomass distribution under different acid rain treatment

2.2酸處理對幼苗大量元素含量的影響

如表2所示，就氮元素來看，3種酸處理與對照相比，在杜英幼苗葉、莖、根中的含量均無顯著性差異，濃度比例約為7：2：1，其中pH 4.0處理組氮含量相對高于其他處理組，pH 2.5處理組氮含量相對較低。

植株葉片中對照組的磷含量高于酸處理組，但未達(dá)到顯著性差異水平；莖中pH 2.5和pH 5.6處理組的磷含量顯著低于pH 4.0處理組和對照組；根中pH 5.6和對照組的磷含量顯著低于pH 2.5和pH 4.0處理組。隨著pH值降低，根中磷含量相對于葉和莖有增加趨勢；pH 4.0處理組磷含量相對高于其他處理方式，pH 5.6處理組相對較低。

酸處理對杜英幼苗體內(nèi)鉀元素含量有一定的抑制作用，但與對照相比，在葉和根中其含量并未呈現(xiàn)顯著性差異；pH4.0和對照組莖中鉀元素含量顯著高于pH 2.5和pH 5.6處理組。與pH 2.5和pH 5.6處理組相比，pH 4.0處理組葉、根中鉀含量相對較低，莖的含量相對較高。

表2　不同酸處理組杜英幼苗大量元素含量Tab.2 Macroelement content of different parts of Elaeocarpus decipiens seedling under different acid rain treatment

就鎂元素來看，3種酸處理與對照相比，在杜英幼苗葉、莖、根中其含量均無顯著性差異；pH4.0處理組葉、莖器官內(nèi)鎂含量相對高于其他處理方式，根器官內(nèi)含量相對較低。

酸處理對杜英幼苗體內(nèi)硫含量有一定的抑制作用，葉、莖中對照組的硫含量顯著高于酸處理組，pH5.6處理組葉、根器官內(nèi)硫含量顯著高于pH2.5和pH4.0。

如表3所示，葉片中pH2.5處理組的鐵含量顯著高于其他處理方式，莖中pH5.6處理組和對照組鐵含量顯著低于pH2.5和pH4.0處理組，而根的鐵含量則相反。總體來看，酸處理對植株葉、莖中鐵含量具有一定的促進(jìn)作用，而隨著pH值降低，根器官內(nèi)鐵含量有減少趨勢。

杜英幼苗葉片中對照組的銅含量顯著低于酸處理組，莖、根器官內(nèi)的銅元素單位含量均無顯著性差異。隨著pH值降低，根器官內(nèi)銅含量有減少趨勢。

杜英葉、莖中酸處理組的鋅含量均與對照組無顯著性差異，根中pH2.5和pH4.0處理組鋅元素含量顯著低于pH5.6和對照組?？傮w來看，酸處理對植株葉、莖的鋅含量具有一定的促進(jìn)作用，對根的鋅含量具有抑制作用。

表3　不同酸處理組杜英幼苗微量元素含量Tab.3 Trace element content under differentparts of Elaeocarpus decipiens seedling under differentacid rain treatment

2.4模擬酸雨與幼苗干重及養(yǎng)分元素含量的相關(guān)性分析

對模擬酸雨按pH值由低至高與各元素含量進(jìn)行相關(guān)性分析，如表4所示，酸雨pH值與杜英幼苗葉片干重及其氮、磷、鉀、硫含量表現(xiàn)出不同程度的正相關(guān)，與鎂、鐵、銅含量表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。顯著性檢驗(yàn)表明，pH值與葉片內(nèi)鉀、硫含量呈顯著正相關(guān)，與鐵含量呈顯著負(fù)相關(guān)。另外，隨著酸雨pH值的升高，葉片干重與鉀含量呈顯著正相關(guān)，與銅含量呈顯著負(fù)相關(guān)；磷含量與銅含量呈顯著負(fù)相關(guān)；鉀含量與硫含量呈顯著正相關(guān)，與鐵含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

模擬酸雨的pH值與植株莖的干重及其磷、鉀、鎂、硫含量呈正相關(guān)，與氮、鐵、銅、鋅含量呈負(fù)相關(guān)。顯著性檢驗(yàn)表明，pH值與鐵含量呈顯著負(fù)相關(guān)，表明酸雨pH值下降直接導(dǎo)致了杜英莖中鐵含量的增加。此外，莖的干重與硫含量呈顯著正相關(guān)；鉀含量與鎂含量呈顯著正相關(guān)，與鋅含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；銅含量與氮、磷含量呈顯著正相關(guān)。

模擬酸雨的pH值與植株根的干重及其鉀、鎂、硫、鐵、銅、鋅含量呈正相關(guān)，與氮、磷含量呈負(fù)相關(guān)。顯著性檢驗(yàn)表明，pH值與鋅含量呈顯著正相關(guān)，由此可知，酸雨pH值下降會導(dǎo)致根鋅含量的降低。另外，杜英根干重與鉀含量呈顯著正相關(guān)；磷含量與硫、鋅含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與鐵含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；硫含量與鐵、鋅含量呈顯著正相關(guān)。

表4　不同酸處理后幼苗干重及養(yǎng)分元素含量的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis among dry weight and element content of Elaeocarpus decipiens seedling under differentacid rain treatment

3　結(jié)論與討論

（1）在模擬酸雨實(shí)驗(yàn)中，杜英幼苗的形態(tài)和生物量分配發(fā)生了明顯的變化，對照組全株干重約為酸處理組的2倍，植株生長受到抑制性影響。盡管3種酸處理之間全株干重并未呈現(xiàn)顯著性差異，但pH 2.5和pH 4.0處理組均大于pH 5.6，這與殷秀敏等人［4］的研究結(jié)論相似，即杜英具有一定的抗酸特性。本研究發(fā)現(xiàn)，模擬酸雨對杜英幼苗莖的影響最為嚴(yán)重，酸處理顯著抑制了莖生物量的積累。pH2.5處理組葉片干重相對較低，說明高強(qiáng)度酸雨會對杜英葉片造成急性傷害。

（2）就對照組植株葉、莖、根器官養(yǎng)分元素含量分配情況來看，氮、磷、鉀在葉、莖的含量比重要大于根；鎂和硫的含量比重相對平衡；鐵、銅、鋅等微量元素在根內(nèi)的含量比重要大于葉、莖。另外，氮元素在葉內(nèi)的含量，鐵元素在根內(nèi)的含量比重均遠(yuǎn)高于其他各部。

隨著酸處理組pH值的降低，葉片鉀、硫含量呈明顯降低趨勢，鐵含量呈明顯增高趨勢，這與田大倫等［8］對樟樹葉片的研究結(jié)論相似；莖中鐵含量呈明顯增高趨勢；根中鋅含量呈明顯降低趨勢，推測是酸雨淋溶增加了土壤中微量元素鋅的淋失所致。

（3）與pH2.5和pH5.6相比，pH4.0處理組全株干重最大，且根冠比最低，說明植株對pH4.0有較好的適應(yīng)性。該處理下，植株體內(nèi)氮、磷元素含量均較高，鉀、鎂元素含量在莖中較高，在根中較低。

（4）本實(shí)驗(yàn)中模擬酸雨是以硫酸型酸雨中的離子成分進(jìn)行配比的，酸液中硫含量很大，隨著pH值的降低，硫輸入也進(jìn)一步增加。研究發(fā)現(xiàn)，模擬酸雨對杜英幼苗體內(nèi)硫元素含量有一定的抑制作用，且pH5.6處理組葉、根器官內(nèi)硫含量顯著高于pH2.5和pH4.0，即酸雨帶來的硫輸入在植株體內(nèi)非但沒有出現(xiàn)硫富集現(xiàn)象，反而產(chǎn)生淋失，這可能是由于硫隨著酸液進(jìn)入土壤后，轉(zhuǎn)化為難溶性硫酸鹽，從而導(dǎo)致有效硫含量減少。該推測尚待于進(jìn)一步對土壤硫含量的測定工作來證明。

［1］Da Silva L C，Oliva M A，Azevedo A A，et al. Micromorphologicalandanatomicalalterations caused by simulated acid rain in restinga plants: Eugenia uniflora and Clusia hilariana［J］.Water，air，and soil pollution.2005，168（1-4）:129-143.

［2］Nakaji T，F(xiàn)ukami M，Dokiya Y，et al.Effects of high nitrogenloadongrowth，photosynthesisand nutrient status of Cryptomeria japonica and Pinus densifloraseedlings［J］.Trees.2001，15（8）: 453-461.

［3］Straalen N V，Bergema W F.Ecological risks of increasedbioavailabilitymetalsundersoil acidification［J］.Pedobiologia.1995，39（1）:1-9.

［4］殷秀敏，余樹全，江洪，等.酸雨脅迫對禿瓣杜英幼苗葉片葉綠素?zé)晒馓匦院蜕L的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2010，（6）:1374-1380.

［5］謝小贊，江洪，宋曉東，等.模擬酸雨不同水平下杜英和山核桃的高光譜特點(diǎn)［J］.遙感信息，2010，1:8.

［6］齊澤民，鐘章成.模擬酸雨對杜仲光合生理及生長的影響［J］.西南師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版. 2006，31（2）:151-156.

［7］杜峰，梁宗鎖，徐學(xué)選，等.陜北黃土丘陵區(qū)撂荒草地群落生物量及植被土壤養(yǎng)分效應(yīng)［J］.生態(tài)學(xué)報，2007，（5）:1673-1683.

［8］田大倫，黃智勇，付曉萍.模擬酸雨對盆栽樟樹（Cinnamomum camphora）幼苗葉礦質(zhì)元素含量的影響［J］.生態(tài)學(xué)報，2007，27（3）:1099-1105.

Effects of simulated acid rain on Elaeocarpus decipiens seedling growth and nutrient distribution

Tian Sukui1，Li Linghuan2，Yi Lita1，Chen Mengling2，Yu Shuquan2
（1.Forestry Bureau of Jinyun County321400，2.Zhejiang A&F University311300）

Spraying experiments with simulated acid rain（pH2.5，pH4.0，pH5.6）on seeding of Elaeocarpus decipiens were conducted to study the growth and nutrient content of the seedlings under different acid gradient.The results showed that the dry weight of the whole plant was about 2 times of the acid treatment group in control group（pH7.0）.Acid rain treatment inhibited the growth of plants，which had the most significant effect on the stem.Compared with pH2.5 and ph5.6，the pH4.0 processing had the maximum dry weight and the minimum root shoot ratio.It is indicated that plants under pH4.0 processing had better adaptability.Under pH4.0 processing，the content of nitrogen（N）and phosphorus（P）in plants was higher，and the content of potassium（P）and magnesium（M）was higher in the stem，and lower in the root.With the decrease of pH value，the content of potassium（P）and sulfur（S）in plant leaves decreased significantly while the iron content（Fe）increased obviously，and the iron content in stem was significantly increased，the zinc（Zn）in root was obviously decreased.Acid rain has a certain inhibitory effect on the sulfur（S）of Elaeocarpus decipiens seedlings and the sulfur content of pH 5.6 treatment group in leaf and root were significantly higher than that of pH 2.5 and pH 4.0，namely that acid rain in the plant has produced the leachingphenomenon ratherthanbrought thesulfurenrichment phenomenon.

Simulated acid rain；Biomass；Element content；Elaeocarpus decipiens

S718.51+2

A

1004-7743（2016）03-0038-05

2016-04-20