葉面滯塵對(duì)火電廠周邊綠化樹(shù)種葉片反射光譜及光合作用的影響

李詩(shī)瑤，王融融，樊 瑾，王怡雯，余海龍*，黃菊瑩

(1.寧夏大學(xué) 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學(xué) 生態(tài)環(huán)境學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

隨著全球工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展，大氣降塵污染已成為嚴(yán)重的城市環(huán)境問(wèn)題之一。大氣降塵對(duì)人類(lèi)和其他動(dòng)植物的生理健康會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[1]。利用城市園林植物對(duì)大氣降塵的滯留作用是降低大氣污染物的一種有效手段。植物葉片由于其表面特征和濕潤(rùn)性，對(duì)大氣降塵有阻滯和吸收作用[2]。吸附、滯留在植物葉表的大氣降塵，即為葉面滯塵[3]。葉面滯塵會(huì)遮蔽光的入射，影響植物冠層光譜的反射，進(jìn)而影響植物的正常生理活動(dòng)[4]。

不同植物因葉形態(tài)及微結(jié)構(gòu)差異，其葉面滯塵能力不同。植物葉片是植物進(jìn)行新陳代謝和多種生理生化反應(yīng)的載體，葉面滯塵越多對(duì)植物的生理生態(tài)影響越大[5]。如滯塵后會(huì)造成葉面氣孔堵塞、氣體交換受阻，導(dǎo)致植物光合、呼吸以及蒸騰作用減弱[6-7]；降塵攜帶的可溶性毒物或鹽分與水作用后通過(guò)氣孔侵入葉面組織，使細(xì)胞受害，導(dǎo)致植物形成壞死斑點(diǎn)、葉片褪綠等現(xiàn)象[8]。長(zhǎng)期受此影響，植物的生長(zhǎng)發(fā)育包括葉綠素含量、新梢長(zhǎng)度、葉片長(zhǎng)度等將受到抑制。目前關(guān)于葉片滯塵影響氣孔導(dǎo)度、凈光合速率等光合參數(shù)已達(dá)成共識(shí)，但對(duì)于降塵對(duì)植物葉片光合特征參數(shù)影響的研究仍然較少，因區(qū)域間降塵數(shù)量、類(lèi)型和組成差異顯著，不同植物抗塵性能差異及對(duì)降塵脅迫的抗性是否存在普遍性是值得探討的問(wèn)題[9]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏寧東能源化工基地(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“寧東基地”)中心區(qū)馬蓮臺(tái)電廠附近。該電廠在廠區(qū)四周種植約450 m寬綠化帶。研究區(qū)位于陜、甘、寧、蒙毗鄰地區(qū)，寧夏中東部(106°21′39″-106°56′34″E，37°04′48″-38°17′41″N)。地處黃河?xùn)|岸鄂爾多斯臺(tái)地，北臨毛烏素沙地，南至寧南黃土丘陵北界，呈南北條帶狀分布的緩坡丘陵地區(qū)，海拔1 150～1 512 m。屬中溫帶干旱氣候區(qū)，具有典型的溫帶大陸氣候特征，降水稀少，氣候干燥，多年平均降水量為194.7 mm，多集中在7-9月，且蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均蒸發(fā)量為2 088.2 mm，年均溫6.7～8.8 ℃。研究區(qū)風(fēng)大沙多，全年大風(fēng)(>17 m·s-1)日數(shù)為63 d，年平均風(fēng)速2.5～2.6 m·s-1，盛行風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)。研究區(qū)是寧夏煤炭、電力、煤化工和新材料主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展所在地，當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)格局及自然環(huán)境決定了寧東基地的大氣降塵來(lái)源復(fù)雜，兼受自然源沙塵和工業(yè)粉塵污染，其中工業(yè)污染會(huì)造成較大的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)[16]。因綠化、美化需要，2009年起在火電廠周邊栽植了20多種綠化樹(shù)種。綠化帶主要樹(shù)種包括：沙棗(Elaeagnusangustifolia)、檸條(Caraganakorshinskii)、花棒(Hedysarumscoparium)、楊柴(Hedysarumlaeve)、沙柳(Salixpsammophila)、楊樹(shù)(Populus)、火炬樹(shù)(Rhustyphina)、臭椿(Ailanthusaltissima)、白蠟(Fraxinuschinensis)、山槐(Albiziakalkora)、榆樹(shù)(Ulmuspumila)、花曲柳(Fraxinusamericana)、杏樹(shù)(Armeniacavulgaris)、柏樹(shù)(Platycladusorientalis)等。

1.2 樣品采集

樣品采集于2019年7月。前期對(duì)采樣區(qū)進(jìn)行植被調(diào)查，選擇使用頻率較高的5種喬木作為供試樹(shù)種，分別為臭椿、火炬樹(shù)、白蠟、山槐和榆樹(shù)。以馬蓮臺(tái)電廠為中心根據(jù)廢氣排放特征、盛行風(fēng)向、地形于電廠東南距離煙囪設(shè)置4個(gè)間隔為100 m的輻射采樣點(diǎn)(圖1)，電廠煙囪與采樣點(diǎn)距離最近為400 m。為避免運(yùn)載車(chē)輛尾氣及道路降塵的干擾，供試樹(shù)種均距離道路10 m以上(圖1)。每種供試樹(shù)種選擇5株長(zhǎng)勢(shì)相近的樹(shù)，在每株樹(shù)的樹(shù)冠四周分高、中、低3個(gè)層次選取5片長(zhǎng)勢(shì)均勻、生長(zhǎng)良好的葉片，并對(duì)測(cè)試樹(shù)種及葉片做好標(biāo)記。

將雨后(降水量大于15 mm[17])第1個(gè)晴天時(shí)段內(nèi)葉片視作潔凈葉片。雨后15 d內(nèi)無(wú)降水發(fā)生，該時(shí)段葉片視作滯塵葉片。為避免早晨露水和風(fēng)對(duì)滯塵的影響，所有樣品采集均在晴天的午后進(jìn)行，且在1 d內(nèi)完成。從樹(shù)冠四周采集已提前做過(guò)標(biāo)記的滯塵葉片5片，將采集葉片封存于干凈塑料袋中，置于4 ℃冰箱冷藏并水平放置，用于后續(xù)室內(nèi)測(cè)定。

1.3 滯塵量測(cè)定

葉面積測(cè)定：測(cè)試樹(shù)種均為闊葉樹(shù)，使用佳能LiDE200掃描儀將葉片掃描并保存至電腦，使用Image J軟件對(duì)葉面積進(jìn)行測(cè)定，得到葉面積(A)。

滯塵量采用“洗脫法”測(cè)定，具體方法如下：將采集到的滯塵葉片用蒸餾水浸泡2 h，清洗葉面吸附/滯留的附著物形成懸濁液。將懸濁液用已烘干并稱(chēng)重(m1)的0.22 μm的微孔濾膜過(guò)濾，將濾膜烘干，用萬(wàn)分位天平稱(chēng)重(m2)，采用重量差值法得到2次重量之差(m2-m1)即為采集葉片上所附著的滯塵重量，(m2-m1)/A即為單位葉面積滯塵量。

1.4 葉片反射光譜測(cè)定

采用便攜式非成像地物光譜儀(FieldSpec4 Hi-Res NG，波長(zhǎng)350～2 500 nm，ASD)測(cè)量滯塵前后的葉片反射光譜。為確保后期試驗(yàn)結(jié)果的可比性，潔凈葉片反射光譜測(cè)定在雨后第1個(gè)晴天進(jìn)行，滯塵葉片反射光譜測(cè)定時(shí)間與葉片采集同時(shí)進(jìn)行。為避免露水和云對(duì)光譜的影響，在10：00-14：00完成測(cè)量。為防止傳感器響應(yīng)系統(tǒng)的漂移和太陽(yáng)入射角的變化影響，每次測(cè)定前利用標(biāo)準(zhǔn)白板對(duì)其進(jìn)行校正，測(cè)定時(shí)光譜儀探頭垂直向下，為保證采樣葉片充分填充視場(chǎng)，采樣高度保持在葉片寬度的2倍左右，由10條原始掃描光譜自動(dòng)平均得到輸出曲線。測(cè)量時(shí)每種供試樹(shù)種選取已經(jīng)提前做好標(biāo)記的5株樹(shù)，每株樹(shù)選取已提前做過(guò)標(biāo)記的5片葉片，每片葉片光譜的采樣次數(shù)為10次，取平均值作為該葉片的光譜反射率。

1.5 葉片光合指標(biāo)的測(cè)定

使用Li-6400便攜式光合儀測(cè)定各項(xiàng)光合指標(biāo)，主要包括凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(E)、氣孔導(dǎo)度(Gs)。滯塵前后的2次葉片光合指標(biāo)的測(cè)定皆與葉片反射光譜的測(cè)定同時(shí)進(jìn)行。測(cè)定時(shí)間選擇晴朗的天氣9：00-11：00完成測(cè)量，此時(shí)段內(nèi)葉面入射光強(qiáng)較穩(wěn)定。測(cè)量時(shí)每種供試樹(shù)種選取已經(jīng)提前做過(guò)標(biāo)記的5株樹(shù)，每株樹(shù)隨機(jī)選取已提前做過(guò)標(biāo)記的5片葉片，每片葉測(cè)試3個(gè)有效瞬時(shí)值。取滯塵前后的光合參數(shù)，根據(jù)以下公式計(jì)算綠化樹(shù)種光合生理特征參數(shù)損失率：

(1)

式中：ΔY定義為植物凈光合速率(或氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率)損失率；Yi代表滯塵葉片的光合參數(shù)；Y0代表潔凈葉片的光合參數(shù)。

采用HPLC方法對(duì)添加可可堿的發(fā)酵液進(jìn)行含量檢測(cè)分析，結(jié)果顯示為期10 d的發(fā)酵對(duì)發(fā)酵液中可可堿的含量變化無(wú)明顯影響，這意味著發(fā)酵液中的可可堿可能不能被冠突散囊菌生長(zhǎng)繁殖所直接利用，這可能與咖啡堿較穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，由圖3可知，發(fā)酵結(jié)束時(shí)在發(fā)酵液中能檢測(cè)到少量的咖啡堿，這說(shuō)明冠突散囊菌可能能以可可堿為前提合成咖啡堿。

1.6 數(shù)據(jù)處理

利用 View Spectral Pro對(duì)原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為消除噪聲的影響，將光譜原始數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理和一階導(dǎo)數(shù)計(jì)算，并通過(guò)光譜曲線特征規(guī)律和基于光譜位置和面積等特征選擇的多個(gè)光譜參數(shù)[18]，進(jìn)行光譜差異性分析。一階導(dǎo)數(shù)光譜可消除部分線性和二次型背景噪聲，能夠減少高光譜測(cè)定時(shí)大氣對(duì)光的散射及吸收，以及土壤等背景噪聲對(duì)監(jiān)測(cè)植物光譜的影響[19]。三邊參數(shù)可以有效反映植物葉片的光譜位置特征信息，可由光譜曲線的一階導(dǎo)數(shù)獲得，是反演植物生長(zhǎng)狀況的重要依據(jù)。光合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和整理在Excel 2019中完成。運(yùn)用Matlab R2020、SPSS 26分析葉面滯塵量與光譜反射率、葉片光合特征損失率之間的相關(guān)性，用Origin 2019進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同綠化樹(shù)種的滯塵能力

以單位葉面積滯塵量對(duì)不同綠化樹(shù)種的滯塵能力進(jìn)行分析(表1)。結(jié)果表明，不同綠化樹(shù)種的滯塵能力有顯著差異。5種綠化樹(shù)種的滯塵能力由大到小表現(xiàn)為：火炬樹(shù)、臭椿、榆樹(shù)、山槐、白蠟。其中滯塵能力最強(qiáng)的樹(shù)種為火炬樹(shù)(0.516 6 g·m-2)，滯塵能力最弱的樹(shù)種為白蠟(0.143 1 g·m-2)。白蠟、山槐和榆樹(shù)的滯塵能力較弱，且與火炬樹(shù)的滯塵能力存在顯著性差異(P<0.05)。

2.2 不同綠化樹(shù)種葉面滯塵量差異及其對(duì)葉片光譜反射率的影響

對(duì)比分析5種綠化樹(shù)種在滯塵前后的葉片光譜曲線圖(圖2)，可以看出除塵前后葉片光譜反射曲線整體形態(tài)相似，均具備植被光譜典型的反射帶特征，具有一定的普遍性。但在某些特定波段具有明顯差異，主要表現(xiàn)在740～1 300、1 500～1 800、2 000～2 500 nm波段。在740～1 300 nm波段，5種綠化樹(shù)種潔凈葉片光譜反射率明顯高于滯塵葉片，其中白蠟和山槐表現(xiàn)較為明顯；在1 500～1 800 nm波段，白蠟、臭椿、山槐的潔凈葉片光譜反射率略高于滯塵葉片，火炬樹(shù)和榆樹(shù)的滯塵前后葉片光譜反射率差異不顯著；在2 000～2 500 nm波段內(nèi)，白蠟和臭椿的潔凈葉片光譜反射率高于滯塵葉片，而火炬樹(shù)、山槐和榆樹(shù)則相反。反射光譜曲線總體特征是潔凈葉片反射率大于滯塵葉片，主要表現(xiàn)在740～1 300 nm波段，而在1 500～2 500 nm波段，5種樹(shù)種葉片滯塵前后的光譜反射率對(duì)比結(jié)果無(wú)固定性規(guī)律，存在波動(dòng)。

由于光譜的可見(jiàn)光區(qū)域?qū)θ~綠素含量較為敏感，而近紅外區(qū)域可以很好地反映植被葉片含水量變化。因此，選取400～750 nm的一階導(dǎo)數(shù)光譜曲線進(jìn)行滯塵對(duì)葉片光譜參數(shù)的影響分析。

由圖3可見(jiàn)，滯塵前后葉片一階導(dǎo)數(shù)光譜曲線整體變化趨勢(shì)沒(méi)有明顯改變，但在特定波段數(shù)值上存在差異。5種綠化樹(shù)種在滯塵前后一階導(dǎo)數(shù)光譜曲線的形狀基本相同，滯塵前后葉片一階導(dǎo)數(shù)光譜曲線的三邊位置均沒(méi)有明顯變化。5種綠化樹(shù)種在滯塵前后均沒(méi)有發(fā)生“紅移”和“藍(lán)移”現(xiàn)象，說(shuō)明三邊位置對(duì)滯塵的干擾不敏感；而5種綠化樹(shù)種的三邊幅值和三邊面積均表現(xiàn)出潔凈葉片大于或略大于滯塵葉片。黃邊、藍(lán)邊幅值及面積滯塵前后的波動(dòng)不明顯，而紅邊幅值及面積表現(xiàn)出明顯波動(dòng)，在5種綠化樹(shù)種中山槐滯塵前后的紅邊幅值之差最大，由大到小表現(xiàn)為：山槐、白蠟、榆樹(shù)、火炬樹(shù)、臭椿，其中臭椿的三邊參數(shù)在滯塵前后的波動(dòng)均較小。

2.3 不同綠化樹(shù)種葉片光譜反射率與葉片滯塵量的相關(guān)性分析

利用5種綠化樹(shù)種的葉片滯塵數(shù)據(jù)，在matlab R2020軟件平臺(tái)分析單位葉面積滯塵量與滯塵前后葉片不同波段光譜反射率比值(滯塵葉片/潔凈葉片)的相關(guān)性(圖4)。5種綠化樹(shù)種的相關(guān)曲線整體走向一致，正負(fù)相關(guān)性呈現(xiàn)一定的普遍性，在特定的波段具有相同的波峰和波谷。5種綠化樹(shù)種的相關(guān)曲線可以大致分為3段：1)在350～700 nm波段，5種綠化樹(shù)種的相關(guān)性無(wú)一致性規(guī)律，但均在550 nm附近呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，在673 nm附近(屬于紅波范圍)達(dá)到第1個(gè)谷值，白蠟、火炬樹(shù)、山槐在該點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均超過(guò)0.5，呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明紅波段對(duì)滯塵較為敏感；2)在700～1 350 nm波段，5種綠化樹(shù)種的相關(guān)性均為正相關(guān)，其中火炬樹(shù)在該波段內(nèi)的整體相關(guān)性均大于0.5。在700～750 nm處相關(guān)性驟增，并在750 nm附近(同屬于紅波范圍)達(dá)到正相關(guān)極大值。說(shuō)明光譜反射率與滯塵量在該波段具有較高的相關(guān)性。3)在1 390～2 500 nm波段，5種綠化樹(shù)種均呈負(fù)相關(guān)。其中在1 600～1 900 nm波段呈凹形曲線，是由于該波段光譜反射率受水分的影響[20]。在1 930～2 500 nm波段，5種綠化樹(shù)種的負(fù)相關(guān)性絕對(duì)值均大于0.5，達(dá)到顯著相關(guān)水平，1 950 nm附近為5種綠化樹(shù)種的負(fù)相關(guān)極值，且榆樹(shù)的相關(guān)性最大。由此可知，紅波段和短波紅外波段對(duì)滯塵的敏感性較高，且在紅波段范圍內(nèi)，火炬樹(shù)葉片的光譜反射率在5種綠化樹(shù)種中對(duì)滯塵的敏感性最高，在短波紅外波段范圍內(nèi)，5種綠化樹(shù)種均表現(xiàn)了較高的相關(guān)性，其中榆樹(shù)葉片的光譜反射率對(duì)滯塵的響應(yīng)最大。

2.4 滯塵對(duì)不同綠化樹(shù)種葉片光合特征的影響

5種綠化樹(shù)種葉片光合特征損失率見(jiàn)表2。由表2可以看出，臭椿葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度損失率和蒸騰速率損失率均為最高，分別為60.44%、61.05%和70.44%。而火炬樹(shù)和山槐的光合特征參數(shù)損失率相對(duì)較低。

表2 5種綠化樹(shù)種光合特征損失率

2.5 不同綠化樹(shù)種葉片因滯塵光合特征損失率與葉面滯塵量的相關(guān)分析

不同綠化樹(shù)種葉片因滯塵光合特征損失率與葉面滯塵量的相關(guān)分析結(jié)果表明，用二次多項(xiàng)式方程擬合效果較好，R2值均為正值，且普遍較高，說(shuō)明5種綠化樹(shù)種光合特征損失率與滯塵量之間均存在著明顯的正相關(guān)關(guān)系(表3)，表明綠化樹(shù)種葉面滯塵量越大，光合損失越多。但葉面滯塵量對(duì)綠化樹(shù)種各類(lèi)光合特征參數(shù)影響的強(qiáng)弱在存在種間差異。具體表現(xiàn)如下，滯塵量與凈光合速率(Pn)的變化量相關(guān)性的顯著程度由大到小排序?yàn)椋撼舸弧紫?、榆?shù)、火炬樹(shù)、山槐；滯塵量與氣孔導(dǎo)度(Gs)的變化量相關(guān)性的顯著程度由大到小排序?yàn)椋喊紫灐⒊舸?、山槐、火炬?shù)、榆樹(shù)；滯塵量與蒸騰速率(E)的變化量相關(guān)性的顯著程度由大到小排序?yàn)椋撼舸?、白蠟、火炬?shù)、榆樹(shù)、山槐。

表3 5種綠化樹(shù)種葉片光合特征損失率與葉面滯塵量的擬合方程

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

以寧東能源化工基地典型火電廠周邊5種常見(jiàn)

綠化樹(shù)種(白蠟、臭椿、火炬樹(shù)、山槐、榆樹(shù))為對(duì)象，研究其葉片滯塵能力和在滯塵前后葉片光譜特征及光合特性參數(shù)(凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率)的變化差異，并探究其結(jié)果在滯塵前后是否存在普遍性規(guī)律。研究結(jié)果表明，反射光譜曲線總體特征是潔凈葉片反射率大于滯塵葉片反射率，主要表現(xiàn)在740～1 300 nm波段，而在350～680、1 500～2 500 nm波段，5種樹(shù)種葉片滯塵前后的光譜反射率對(duì)比結(jié)果無(wú)固定性規(guī)律，存在波動(dòng)。葉面滯塵量與葉片光譜反射率相關(guān)性研究表明，對(duì)葉面滯塵敏感的波段主要集中在可見(jiàn)光波段區(qū)域(700～750 nm)和短波紅外波段(1 390～1 500 nm)。滯塵不能改變?nèi)~片特有的反射特征，但存在增強(qiáng)或減弱效果，而且這種增強(qiáng)或者削弱效果存在種間差異且和對(duì)不同波段光譜敏感性差異。葉面滯塵對(duì)三邊參數(shù)的影響無(wú)一致性規(guī)律。5種綠化樹(shù)種滯塵前后葉片反射光譜曲線一階導(dǎo)數(shù)的三邊位置沒(méi)有明顯變化，均沒(méi)有發(fā)生“紅移”和“藍(lán)移”現(xiàn)象，說(shuō)明三邊位置對(duì)滯塵的干擾不敏感。滯塵會(huì)對(duì)綠化樹(shù)種的光合生理特征產(chǎn)生抑制作用，綜合5種樹(shù)種受滯塵影響光合特征參數(shù)變化發(fā)現(xiàn)，榆樹(shù)和山槐對(duì)當(dāng)?shù)卮髿饨祲m污染的抗性較強(qiáng)。

3.2 討論

植物葉片的反射光譜主要是由葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和葉片中各種葉綠素、水分含量和葉片表面特征對(duì)光的吸收和反射而形成的[21]。當(dāng)植物受到外界脅迫時(shí)，葉片結(jié)構(gòu)或生化組成發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致植物葉片的光譜特征也會(huì)發(fā)生明顯的變化。已有研究表明，降塵污染對(duì)植物會(huì)產(chǎn)生直接傷害，造成諸如葉表面形成角質(zhì)層或結(jié)殼、葉片溫度增高、蒸騰速度加快，以及葉片失水、褪綠等表型、組分或生理生態(tài)特征參數(shù)發(fā)生變化[22-25]。已有研究表明，滯塵對(duì)葉片的光譜反射率是存在一定影響的。肖伸亮等[26]研究發(fā)現(xiàn)，附著于植被冠層的降塵對(duì)其反射率有很大影響，滯塵的葉片光譜反射曲線，不是降塵反射曲線和經(jīng)除塵處理的葉片反射曲線簡(jiǎn)單地線性疊加，而是具有一定相關(guān)性。本研究中，滯塵并不改變?nèi)~片所特有的反射特征，只是增強(qiáng)或減弱了這種特征。滯塵對(duì)不同樹(shù)種葉片反射率所起到的增強(qiáng)和削弱效果是不一致的。在350～680 nm波段5種綠化樹(shù)種滯塵前后的葉片光譜反射率差異不顯著；在740～1 300 nm波段可以發(fā)現(xiàn)滯塵對(duì)葉片反射率是起到削弱的效果，其中白蠟和山槐的葉片削弱效果最為顯著。這可能和這2種樹(shù)種的葉片對(duì)大氣顆粒物的滯塵方式有關(guān)，葉表相對(duì)光滑，附著于葉表的大氣降塵會(huì)增加光的散射[27]。葉片滯塵對(duì)植物光譜反射率的影響存在種間差異，且不同波段光譜對(duì)其存在敏感性差異?？傮w而言，潔凈葉片的反射率基本大于滯塵葉片的反射率，這與王濤等[28]的研究結(jié)論一致。此外，由于研究區(qū)特殊的地理位置、大氣條件和產(chǎn)業(yè)布局使該區(qū)降塵量大且來(lái)源復(fù)雜，兼受沙塵和工業(yè)粉塵污染。其中工業(yè)污染多源自燃煤煙塵，主要成分涉及Ag、Cr、Pb、Co、Mn、As、Cu和二硫化硅以及多環(huán)芳烴化合物(PAHs)等[16]。由于葉片微結(jié)構(gòu)差異，不同樹(shù)種葉片對(duì)重金屬的滯留或吸附量、種類(lèi)存在差別，從而對(duì)葉片光譜產(chǎn)生的差異也不一致[11]。

三邊參數(shù)作為光譜位置特征的相關(guān)參數(shù)，可以很好地反映出植被的光譜特征，且對(duì)葉綠素、含水量等植物生化參數(shù)的變化敏感。植物受降塵脅迫后葉片內(nèi)合成葉綠素所需的酶活性受到抑制，阻礙葉綠素的形成，導(dǎo)致葉黃素增加，葉綠素減少。本研究中，紅邊幅值與紅邊面積表現(xiàn)出明顯波動(dòng)，對(duì)比5種綠化樹(shù)種中滯塵前后的紅邊幅值之差，由大到小表現(xiàn)為：山槐、白蠟、榆樹(shù)、火炬樹(shù)、臭椿。說(shuō)明紅邊參數(shù)可以用以判別滯塵對(duì)植物的脅迫程度。

通過(guò)有效波段的提取，利用有/無(wú)受大氣降塵影響植被生長(zhǎng)后的脅迫光譜特征差異，結(jié)合采集的葉面滯塵量進(jìn)行相關(guān)性分析，利用光譜原始曲線和一階導(dǎo)數(shù)的差異定量分析葉面的光譜變異特征。葉面塵主要來(lái)自大氣沉降，植物葉片對(duì)滯塵可能存在的金屬元素的選擇性吸收和富集會(huì)導(dǎo)致葉片光譜發(fā)生脅迫及變異，波峰、波谷對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)作為特征波長(zhǎng)的光譜信息可以解釋葉片受降塵中重金屬脅迫的光譜響應(yīng)。Y.L.Liuetal[29]構(gòu)建了葉綠素含量和高光譜數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并利用此關(guān)系探索了蘆葦中重金屬Pb、Cu、Zn的含量。本研究發(fā)現(xiàn)滯塵前后不同樹(shù)種葉表光譜反射率存在差異。各種重金屬光譜特征不一樣，敏感波段也各有不同，紅波段和短波紅外波段對(duì)滯塵的敏感性較高，其中，火炬樹(shù)葉片的光譜反射率在紅波段范圍內(nèi)對(duì)滯塵的敏感性最高；榆樹(shù)葉片的光譜反射率在短波紅外波段范圍內(nèi)對(duì)滯塵的敏感性最大。結(jié)合已有研究結(jié)果，對(duì)應(yīng)各種滯塵重金屬光譜特征[30-31]，發(fā)現(xiàn)葉面滯塵中Cr(對(duì)應(yīng)695、705 nm原始光譜波段)、Zn(對(duì)應(yīng)1 905 nm原始光譜波段)、Pb(對(duì)應(yīng)585 nm一階導(dǎo)數(shù)光譜波段)可能含量較高，這印證了本研究的前期成果[16]，并和吳春燕等[3]的研究成果一致。

葉面滯塵會(huì)對(duì)光合作用產(chǎn)生不利影響。植物葉片由于生物學(xué)特性的不同導(dǎo)致滯留的粉塵量不同，但滯塵量的多少均影響光合特征。E.I.Palingetal[32]的研究表明，灰塵會(huì)減少遮光葉片表面的光合速率，灰塵的顆粒越小，產(chǎn)生的遮光效應(yīng)越大。黃慧娟[33]選擇保定市12種常綠化喬木，比較了其葉片滯塵能力，及葉片滯塵前后的光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，發(fā)現(xiàn)大氣中顆粒物的污染越嚴(yán)重，葉面滯塵量越高，對(duì)光合作用的阻礙越嚴(yán)重。植物對(duì)降塵污染脅迫的抗性強(qiáng)弱可以通過(guò)植物葉片滯塵前后的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率指標(biāo)間接反映[34]。本研究中，光合特征參數(shù)在滯塵前后表現(xiàn)出明顯的差異，主要表現(xiàn)為每一種植物葉片的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度受到滯塵影響時(shí)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這和張付春等[35]的研究結(jié)論一致。

為了進(jìn)一步分析葉片滯塵能力的影響，本研究將葉面滯塵量與各樹(shù)種的光合參數(shù)損失率進(jìn)行多元線性逐步回歸分析(表3)。其中，由于葉片滯塵遮蔽了光的有效輻射，造成凈光合速率的降低。由于樹(shù)種的生物學(xué)特性和葉片微結(jié)構(gòu)差異，不同樹(shù)種滯塵能力差異顯著，相應(yīng)地滯塵對(duì)凈光合速率的影響也有顯著差異；由于葉片滯塵后會(huì)不同程度地阻塞氣孔，進(jìn)而導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的下降，說(shuō)明在相同的污染環(huán)境下，樹(shù)種的光合特征參數(shù)都是下降的，但并非滯塵量越大，光合作用損失量越大，而損失的幅度因植物種類(lèi)的不同而異，存在種間差異，這與黃慧娟[33]的研究結(jié)論存在一定分歧?？赡苁且?yàn)椴煌瑯?shù)種葉表滯塵能力存在差異，滯塵成分、粒徑特征對(duì)葉片表面入射光的遮蔽也有所不同，以及不同葉片內(nèi)部受到滯塵脅迫后發(fā)生的物理、化學(xué)和生理變化存在強(qiáng)弱程度差異，均會(huì)不同程度地阻礙光合作用。綜合5種樹(shù)種在滯塵影響下的光合特征參數(shù)變化發(fā)現(xiàn)，榆樹(shù)和山槐對(duì)當(dāng)?shù)卮髿饨祲m污染的抗性較強(qiáng)。由于光合特征參數(shù)凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率間是密切相關(guān)的，當(dāng)?shù)貜?fù)雜的降塵組成會(huì)造成葉片內(nèi)部生理生態(tài)機(jī)制的失衡以及樹(shù)種抗逆性差異，從而造成植物對(duì)塵污染脅迫的抗性強(qiáng)弱存在種間差異。