凱麗比努爾·努爾麥麥提 玉米提·哈力克 古麗卡瑪爾·迪力木拉提

(新疆綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(新疆大學(xué))，烏魯木齊，830046)

阿麗亞·拜都熱拉 艾克熱木·吾布力

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)) (新疆墨玉縣環(huán)境監(jiān)測站)

責(zé)任編輯:任 俐。

我國西北干旱區(qū)較為頻發(fā)的沙塵天氣及其所產(chǎn)生的浮塵、粉塵附著于植物葉片，對葉片的呼吸和氣體交換，即凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響［1］，并降低城市綠地的生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，最終導(dǎo)致綠洲城市生態(tài)系統(tǒng)的失衡［2］。位于西北干旱區(qū)的新疆是我國沙塵天氣頻發(fā)區(qū)之一，在塔克拉瑪干沙漠邊緣的綠洲城市沙塵危害最為嚴(yán)重;沙塵不僅破壞人居環(huán)境，降低空氣質(zhì)量，影響人體身心健康［3］，而且對森林、植被和農(nóng)作物的新陳代謝與生長發(fā)育造成危害［4］。沙塵暴攜帶的粉塵對周邊地區(qū)的城市綠化樹種造成嚴(yán)重影響，一是附著在綠化樹種葉片上的沙塵影響樹種的生理代謝和生長發(fā)育，對其產(chǎn)生一定的傷害;二是覆蓋在綠化樹種葉面塵長期隨風(fēng)二次飄入空氣中，增加懸浮顆粒物密度，進(jìn)而影響居民身體健康［5］。因此，研究綠化樹種葉面塵對葉片氣體交換的影響以及葉片蒙塵后光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的變化，可為沙塵頻發(fā)的南疆地區(qū)綠化樹種的科學(xué)選擇、栽培以及抗逆性品種的培育提供依據(jù)［6-7］。

1 研究區(qū)概況

阿克蘇市位于新疆維吾爾族自治區(qū)西部，塔里木盆地西北邊緣，東經(jīng)79°39'～82°01'，北緯39°30'～41°27' ，是典型的大陸性氣候區(qū)，降水相應(yīng)很少，光能資源豐富，晝夜溫差大，適宜多種植物生長。年平均氣溫10.8 ℃，年平均風(fēng)速2.1 m·s-1，年平均降水量74.5 mm［8］。根據(jù)阿克蘇市大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測資料顯示［9］，阿克蘇市空氣可吸入顆粒物的濃度變化幅度較大，污染嚴(yán)重。根據(jù)城市不同地段的污染程度，文中選擇阿克蘇市3 個(gè)主要功能區(qū)行道樹種作為研究對象，即工業(yè)區(qū)(IA)，選擇的水泥廠;居住區(qū)(RA)，選擇的電視臺家屬區(qū);清潔區(qū)(CA)，選擇的刀郎公園。

2 材料與方法

在樹高、胸徑、長勢和樹齡等指標(biāo)相對一致的前提下，選擇樹干莖直、樹冠圓滿、樹木健康的3 種行道樹種作為觀測對象，即法國梧桐(Platanus×acerifolia)、圓冠榆(Ulmus densa)、桑樹(Morus alba)。樹種基本信息如表1所示。

氣體交換參數(shù)的測定:運(yùn)用Licor-6400 光合測定系統(tǒng)(LI-COR，USA)測定凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)等氣體交換參數(shù)指標(biāo)。2014年5月份選擇沙塵暴過后連續(xù)晴朗的1 周內(nèi)完成測定。法國梧桐、圓冠榆和桑樹3 處均為點(diǎn)狀采樣，在不同功能區(qū)隨機(jī)設(shè)置300 m2的大樣方，由于面積的限制，每個(gè)大樣方由3 個(gè)10 m×10 m 的小樣方組成。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)每個(gè)樹種測定3 株樹，重復(fù)3 次，選擇樹冠迎風(fēng)面的健康葉片作為測試葉［10-11］。每株樹共測定3 對枝條上生長環(huán)境類似的葉片，分別作為潔凈葉片和蒙塵葉片，潔凈葉片由人工沖洗得到。為了避免由立地條件如土壤含水量、栽培管理措施影響造成的誤差，取潔凈葉片和蒙塵葉片測定結(jié)果的差值，并根據(jù)公式(1)計(jì)算出植物3 種氣體交換參數(shù)變化的相對百分?jǐn)?shù)［12］。

式中，ΔY 代表植物凈光合速率(或氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率)變化的相對百分?jǐn)?shù);Yi代表植物蒙塵葉片的氣體交換參數(shù);Y0代表植物潔凈葉片的氣體交換參數(shù)。

單位葉面積滯塵量的測定:采樣葉片用噴水清洗法進(jìn)行人工噴洗，用微孔濾膜裝置(Φ=0.45 μm)過濾清洗液，對同一葉片進(jìn)行了3 次清洗、過濾，前后烘干濾膜，收集附在濾膜上的降塵，并運(yùn)用萬分之一精密度的電子秤稱量過濾后烘干的濾紙和殘留物質(zhì)量，分別記為W1、W2。用CI-203 激光葉面積儀測定清洗過后的葉片面積S。單位葉面積滯塵量表達(dá)式為:

式中，X 為單位葉面積滯塵量;W2為過濾完成后濾膜干質(zhì)量(g);W1為濾膜干質(zhì)量(g);S 為葉面積(m2)。

應(yīng)用SPSS11.5 統(tǒng)計(jì)軟件對阿克蘇市3 種綠化樹種在3 個(gè)不同功能區(qū)葉面塵對葉片氣體交換參數(shù)的影響進(jìn)行單因素方差分析、顯著性檢驗(yàn)等。通常情況下，當(dāng)p≤0.01 時(shí)有極顯著差異，p＞0.05 時(shí)沒有顯著差異，介于二者之間時(shí)有顯著差異。圖表用Excel2010 和統(tǒng)計(jì)軟件制作并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 滯塵對樹種葉片氣體交換參數(shù)的影響

3.1.1 植物間凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率的差異

光合作用在綠化樹種物質(zhì)代謝過程中非常重要，并且對周圍環(huán)境的變化十分敏感，環(huán)境條件的微小變化會(huì)引起樹種葉片氣體交換參數(shù)的變化，因此，葉片滯塵能力對樹種葉片氣體交換參數(shù)的影響表現(xiàn)在植物蒙塵葉片和潔凈葉片之間凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的差異上［13-14］。氣孔導(dǎo)度和凈光合速率的大小跟光合作用的強(qiáng)弱息息相關(guān)，絕大多數(shù)植物葉片氣孔導(dǎo)度越大，對光合作用越有利，凈光合速率越大。根據(jù)表2所示，不同功能區(qū)3 種樹種葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率在蒙塵葉片和潔凈葉片之間差異各異。其中法國梧桐不同功能區(qū)的蒙塵葉片和潔凈葉片之間的蒸騰速率差異為0.10～0.16 mmol·m-2·s-1;圓冠榆和桑樹在不同功能區(qū)葉片受到沙塵污染后，與潔凈葉片比較，葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均呈顯著差異;圓冠榆蒙塵葉片和潔凈葉片在不同功能區(qū)的氣體交換參數(shù)差異極顯著;桑樹在3 個(gè)功能區(qū)的氣體交換參數(shù)差異顯著，居民區(qū)和清潔區(qū)差異極顯著;在工業(yè)區(qū)法國梧桐蒙塵葉片與潔凈葉片的凈光合速率就沒有差異?？偠灾^測樹種潔凈葉片3 種氣體交換參數(shù)值均大于蒙塵葉片。研究表明，沙塵能夠降低植物葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率［13］。

由表2可看出，植物葉片受沙塵污染后，居民區(qū)的法國梧桐和圓冠榆、工業(yè)區(qū)的桑樹蒙塵葉片相比未蒙塵葉片的凈光合速率下降幅最大，分別下降了54.50%、49.46%、55.76%。這主要是由于沙塵的覆蓋減少葉片光合有效面積，降低光質(zhì)，從而阻礙了光合作用，造成了凈光合速率的下降。表2顯示，不同功能區(qū)的法國梧桐、圓冠榆和桑樹葉片在受到沙塵污染后，其氣孔導(dǎo)度均下降，其中居民區(qū)桑樹的下降幅度最大，下降了58.44%，法國梧桐和圓冠榆分別下降了55.56%和47.62%。這是因?yàn)闃浞N葉片被沙塵覆蓋后，隨著沙塵在葉面的沉積，氣孔被堵塞，氣孔擴(kuò)散阻力增大，阻礙了CO2的進(jìn)入，從而引起了氣孔導(dǎo)度的下降。3 種樹種葉片受到沙塵污染后，蒸騰速率均呈現(xiàn)下降趨勢，其中居民區(qū)桑樹的下降幅度最大，與未蒙塵相比，下降幅度為58.44%，法國梧桐和圓冠榆的下降幅度分別為55.55%和47.62%，表明沙塵、粉塵污染對不同園林樹種的蒸騰速率均有不同程度的影響(表2)。3 種樹種在沙塵暴粉塵污染后葉表皮氣孔開放不同，導(dǎo)致了氣體交換參數(shù)值有所差異。

表2 不同功能區(qū)不同樹種氣體交換參數(shù)

3.1.2 滯塵量對不同植物葉片Pn、Gs、Tn的影響

不同樹種葉片受到沙塵污染后，其凈光合速率均有所下降，分布工業(yè)區(qū)和清潔區(qū)的桑樹葉片凈光合速率損失率(ΔPn)最大，法國梧桐最小;而居民區(qū)，3 種樹種間凈光合速率的損失率無明顯差異，這可能是在居民區(qū)車流量不多、人為污染排放量少，沙塵污染較輕而致;氣孔導(dǎo)度的損失率在不同功能區(qū)基本一致，法國梧桐最小，說明其對沙塵污染抗性比其他兩種樹種強(qiáng)。

表3 不同功能區(qū)植物葉片氣體交換參數(shù)的變化百分率

從表3可以看出，不同功能區(qū)3 種樹種葉片氣體交換參數(shù)因滯塵而損失的變化率各不相同。除工業(yè)區(qū)法國梧桐凈光合速率損失率之外，其他各參數(shù)變化率大小為-24.61%～-60.71%，植物葉面塵對葉片氣體交換參數(shù)的負(fù)面影響較明顯而不可忽略。

3.2 植物葉片氣體交換參數(shù)損失率與單位葉面積滯塵量的關(guān)系

阿克蘇市3 種常見綠化樹種光合特性參數(shù)損失率與樹種單位葉面積滯塵量的回歸分析表明，損失率與滯塵量之間存在一定的正相關(guān)性(表4)。通過SPSS 多項(xiàng)式擬合回歸方法得出兩者之間的回歸方程，其復(fù)相關(guān)系數(shù)較高，說明擬合方程合理，樹種葉片光合特性參數(shù)變化率與樹種葉片滯塵量之間存在正相關(guān)關(guān)系。

表4 不同樹種葉片氣體交換參數(shù)損失率與滯塵量關(guān)系的擬合方程

從表4中可以看出，擬合方程R2值均高，多項(xiàng)式方程擬合效果較好，說明不同樹種葉片光合特性參數(shù)損失率與滯塵量間在p＜0.05 水平上存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系。對法國梧桐而言，蒸騰速率損失率與滯塵量之間的相關(guān)性極顯著，為0.993 0;對圓冠榆而言，氣孔導(dǎo)度損失率與滯塵量的相關(guān)性極顯著，為0.998 2;對桑樹而言，氣孔導(dǎo)度損失率與滯塵量的相關(guān)性極顯著，凈光合速率損失率和滯塵量的相關(guān)性最低，分別為0.995 3 和0.909 1。說明不同綠化樹種葉片不同光合特性參數(shù)損失率和滯塵量之間的相關(guān)性也不同，復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.909 1～0.998 2。這表明葉片蒙塵后，部分氣孔可能被阻塞，氣孔擴(kuò)散阻力增大，促進(jìn)葉面溫度升高，散熱作用減慢，導(dǎo)致光和特性參數(shù)值下降［14］。同時(shí)，沙塵污染的不同功能區(qū)3 種樹種葉片光和特性參數(shù)值減小是植物對逆境的一種生理適應(yīng)特征。

4 結(jié)論與討論

在自然條件下，樹木的光合特性常常受到外界環(huán)境和樹種本身生理因素的影響［15］，其中樹木葉片滯塵量對光合特性參數(shù)的影響較明顯。文中通過以上分析表明，3 種綠化樹種在不同功能區(qū)的蒙塵葉片與潔凈葉片氣體交換參數(shù)存在顯著差異。

對凈光合速率而言，除了法國梧桐在工業(yè)區(qū)蒙塵葉片與潔凈葉片沒有顯著差異外，其他樹種在各功能區(qū)差異顯著(p＜0.05)。研究證明［12，14］保定市居民區(qū)綠地懸鈴木蒙塵葉片凈光合速率損失率20.96%，而校園清潔區(qū)懸鈴木蒙塵葉片凈光合速率損失率12.10%，明顯小于居民區(qū)綠地。在本研究中，阿克蘇市電視臺(居民區(qū))達(dá)到54.50%，而刀郎公園(清潔區(qū))法國梧桐蒙塵葉片凈光合速率損失率達(dá)到24.61%，小于電視臺的樹種葉片凈光合速率，結(jié)論與前人在保定市的研究所得結(jié)果相似，空氣沙塵污染越重，葉片氣體交換參數(shù)損失率越大。阿克蘇市樹種凈光合速率均大于保定市，因?yàn)榘⒖颂K市立地條件惡劣，沙塵污染比保定市較為嚴(yán)重。阿克蘇市春季降水量少，葉片蒙塵滯留持久，對葉片凈光合速率帶來負(fù)面影響［16］。

對氣孔導(dǎo)度而言，工業(yè)區(qū)圓冠榆蒙塵葉片氣孔導(dǎo)度損失率最大，為57.78%，法國梧桐最小，為35.58%;居民區(qū)圓冠榆蒙塵葉片氣孔導(dǎo)度損失率最大，法國梧桐最小;清潔區(qū)圓冠榆蒙塵葉片氣孔導(dǎo)度損失率最大，桑樹其次，法國梧桐最低;說明不同樹種對逆境的生理適應(yīng)特征也不一樣，桑樹的適應(yīng)能力最強(qiáng)。

對蒸騰速率而言，不同樹種在不同功能區(qū)蒙塵葉片蒸騰速率損失率均較明顯。趙華軍 等［14］研究表明，沙塵暴粉塵污染后，小麥、玉米和棉花的蒸騰速率均下降，下降幅度分別達(dá)到33.64%、31.96%和27.23%。本研究3 種樹種蒸騰速率不同功能區(qū)平均損失率分別為法國梧桐41.67%、圓冠榆42.96%、桑樹38.01%。阿克蘇市3 種綠化樹種蒙塵葉片蒸騰速率損失率均高于上述3 種農(nóng)作物，說明不同環(huán)境條件下植物種類對環(huán)境的適應(yīng)能力不同，因?yàn)椴煌参锏纳砩鷳B(tài)及遺傳特性存在差異［17］。另外，不同樹種樹高、胸徑、冠幅以及葉片粗糙度、傾斜角度等自身因素通過滯塵量大小來影響樹種蒸騰速率損失率的變化［18］。

綜上所述，不同功能區(qū)同一樹種潔凈葉片和蒙塵葉片之間的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率差異明顯，潔凈葉片大于蒙塵葉片。同一個(gè)功能區(qū)不同樹種潔凈葉片和蒙塵葉片之間的氣體交換參數(shù)值各不相同。樹種葉片氣體交換參數(shù)損失率與滯塵量之間存在正相關(guān)關(guān)系，復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.909 1～0.998 2。沙塵污染能夠降低植物葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。樹種葉片光合作用與其生存的環(huán)境條件密切相關(guān)，沙塵污染越嚴(yán)重，樹種葉片蒙塵量越高，從而減少了光合有效面積，降低光質(zhì)，嚴(yán)重阻礙光合作用。

致謝:本文的野外調(diào)研和室內(nèi)分析工作得到阿克蘇地區(qū)國土資源局合力力·阿吾提、艾爾肯·卡吾力和新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院買爾當(dāng)·克依木、阿布都拉·阿布力孜、塔依爾江·艾山、古力比亞·烏買爾等同學(xué)的支持與幫助，在此表示衷心感謝!

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