吳天忠 蔡寅潮 管文軻

摘要 [目的]研究綠化樹種葉面滯塵能力和蒙塵對(duì)葉片光合氣體交換參數(shù)的影響，可為綠化樹種的科學(xué)選擇、栽培以及抗逆性品種的培育提供依據(jù)。[方法]以烏魯木齊主要綠化樹種刺槐、丁香、圓葉榆、大葉白蠟為觀測(cè)對(duì)象，分別測(cè)定了4種綠化樹種葉片在潔凈時(shí)和蒙塵后的葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）等氣體交換參數(shù)，運(yùn)用相關(guān)性分析和回歸分析等方法，分析了不同植物的滯塵能力、蒙塵前后光合氣體參數(shù)的損失率變化以及滯塵量與光合氣體參數(shù)損失率之間的關(guān)系。[結(jié)果]4種植物的滯塵能力有所差異，由大到小為刺槐、丁香、圓冠榆、大葉白蠟。植物葉片在受到蒙塵時(shí)不同植物葉片光合氣體參數(shù)損失率有明顯區(qū)別。[結(jié)論]4種植物的滯塵量與光合氣體參數(shù)損失率之間呈顯著正相關(guān)（P<0.05），植物葉片光合氣體交換參數(shù)損失率隨著植物葉面滯塵量的增加而增加。

關(guān)鍵詞 綠化樹種;滯塵量;光合氣體交換參數(shù)

中圖分類號(hào) Q945.1;X173 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）19-0128-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.033

Abstract [Objective]To study the effects of leaf dust retention ability and dust on the photosynthetic gas exchange parameters of greening tree species， which can provide a basis for scientific selection，cultivation and breeding of stressresistant varieties of greening tree species.[Method]Taking Robinia pseudoacacia L.，Syzygium aromaticum，Ulmus densa Litw.and Fraxinus rhynchophylla as the observation objects，the net photosynthetic rate （Pn），stomatal conductance （GS），transpiration rate （Tr） and other gas exchange parameters of the leaves of four greening trees under clean and dusty were measured.The dust retention capacity of different plants，the loss rate of photosynthetic gas parameters before and after dusting，and the loss of dust and photosynthetic gas parameters were analyzed.[Result]The dust retention ability of the four plants was different，R.pseudoacacia> S.aromaticum > U.densa Litw.> F.rhynchophylla.There was a significant difference in the loss rate of photosynthetic gas parameters between plant leaves when they were exposed to dust.[Conclusion]There was a significant positive correlation between the dust retention of 4 plants and the loss rate of photosynthetic gas parameters （P<0.05）.The loss rate of photosynthetic gas exchange parameters of plant leaves increased with the increase of plant dust surface.

Key words Greening tree species;Dust retention;Photosynthetic gas exchange parameters

基金項(xiàng)目 新疆林業(yè)廳科技支撐專項(xiàng)（2017-HY）。

作者簡(jiǎn)介 吳天忠（1981—），男，新疆奇臺(tái)人，碩士，從事林業(yè)生態(tài)工程研究。

收稿日期 2020-03-10;修回日期 2020-04-01

自第一次工業(yè)革命以來，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，隨之而來的就是生態(tài)環(huán)境惡化，尤其是城市空氣中粉塵污染增多，嚴(yán)重危害著人們的身心健康，同時(shí)也對(duì)植被造成了不可估量的損傷。

大氣粉塵作為城市大氣污染物之一，危害很大，我國(guó)很多城市大氣粉塵超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重[1]，尤其是我國(guó)西北干旱區(qū)沙塵天氣較為頻發(fā)及其所產(chǎn)生的浮塵、粉塵附著于植物葉片，對(duì)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[2]，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[3]。同時(shí)，覆蓋在綠化樹種葉面塵長(zhǎng)期隨風(fēng)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[4]。植物葉片具有一定的滯塵效果[5]，但是根據(jù)其葉片結(jié)構(gòu)（比如粗糙程度、有無絨毛、葉面光滑程度等）不同滯塵能力也有所差異[1，6-7]。目前，人們面臨的問題是如何降低大氣中粉塵的含量以及如何改善城市空氣的質(zhì)量。研究綠化樹種葉面滯塵能力和蒙塵對(duì)葉片光合氣體交換參數(shù)的影響，可為沙塵頻發(fā)的西北地區(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)[8-10]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 試驗(yàn)在烏魯木齊市（86°37′33″～88°58′24″E、42°45′32″～44°08′00″N）進(jìn)行，烏魯木齊屬中溫帶大陸性干旱氣候，年平均溫度6.9 ℃，年平均降水286 mm。全市建成區(qū)面積368.4 km2，綠地面積121.3 km2，綠化覆蓋率36.16%，綠地率33.17%，人均公園綠地9.07 m2（http：∥www.urumqi.gov.cn/fjbm/lyj/dtxx/357748.htm）。

1.2 采樣及分析方法

1.2.1 所選植物特征。

試驗(yàn)所選植物為刺槐（Robinia pseudoacacia L.）、丁香（Syzygium aromaticum，英文名Clove）、圓冠榆（Ulmus densa Litw.）、大葉白蠟（Fraxinus rhynchophylla），均為烏魯木齊的常見綠化樹種。通過對(duì)4種植物葉片結(jié)構(gòu)的觀察，發(fā)現(xiàn)不同地被的植物表面結(jié)構(gòu)存在較大差異，并且生活習(xí)性也不同（表1）。

1.2.2 降塵量的測(cè)定。

植物的滯塵能力是指單位葉面積單位時(shí)間中滯留的粉塵量[11]，首先對(duì)參與測(cè)試的4種綠化植物采集葉片，葉片樣本測(cè)定設(shè)置3組重復(fù)，取平均值。

1.2.2.1 野外采樣。從樹冠周圍及上中下各部位均勻采集葉樣20～30片，在盡量不抖動(dòng)的情況下將葉樣當(dāng)即封存于密封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.2.2.2 室內(nèi)試驗(yàn)。將用密封袋帶回實(shí)驗(yàn)室的葉樣用精確到萬分之一的電子天平稱重為C1，然后用干凈的棉紗將葉片擦拭干凈后稱量葉片重量，得到C2[12]。葉片含塵量（mg）為：

1.2.3 生理生態(tài)指標(biāo)的測(cè)定。

氣體交換參數(shù)的測(cè)定：該研究利用li-6400測(cè)定植物的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2 濃度（Ci）、大氣CO2濃度（Ca）、氣孔限制值（Ls）。Ls根據(jù)公式Ls=1-Ci/Ca得出。為得到植物葉片潔凈時(shí)和蒙塵時(shí)的光合氣體參數(shù)，在測(cè)量時(shí)選擇3個(gè)枝條上對(duì)生的葉片進(jìn)行測(cè)量，分別作為受沙塵影響和未受沙塵影響的葉片。測(cè)量潔凈葉片時(shí)使用人工沖洗葉片得到。同時(shí)，為了避免外界條件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成一定的誤差，選擇光合氣體的損失率來判斷蒙塵對(duì)植物葉片的影響。氣體交換參數(shù)的損失率計(jì)算公式如下：

ΔY=[（Y1-Y0）/Y0]×100%（4）

式中，ΔY 表示植物氣體交換參數(shù)（凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、氣孔限制值）變化的相對(duì)百分比，即損失率;Y1表示受到沙塵覆蓋影響的葉片氣體交換參數(shù);Y0表示未受到沙塵覆蓋影響的葉片氣體交換參數(shù)。

1.2.4 氣象條件。試驗(yàn)期間的天氣狀況如圖1所示，試驗(yàn)期間烏魯木齊天氣多為晴天。降水量變化幅度較小，分別在8月1日、8月12日和8月17日有降水，分別為1.10、5.00、2.30 mm。降水對(duì)葉面降塵的影響可忽略不計(jì)。同時(shí)風(fēng)速變化幅度亦較小，多是微風(fēng)，未出現(xiàn)揚(yáng)塵、沙塵暴天氣。最大風(fēng)速出現(xiàn)在8月23日，最大風(fēng)速為2.70 m/s;最小風(fēng)速出現(xiàn)在8月15日，為1.26 m/s。風(fēng)速對(duì)植物葉片的滯塵影響較小，可忽略不計(jì)。綜合以上天氣狀況，選擇在8月9日和8月16日2 d進(jìn)行植物葉片滯塵量的采集工作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植物的滯塵能力

由圖2可知，在8月9日時(shí)，刺槐、丁香、圓冠榆、大葉白蠟4種植物的滯塵量整體較低，可能是由于天氣原因?qū)е?，丁香的滯塵量最大，滯塵量從大到小依次為丁香、大葉白蠟、刺槐、圓冠榆。在8月16日4種植物的滯塵量明顯要比8月9日的滯塵量大。滯塵量最大的是刺槐，滯塵量從大到小依次為刺槐、丁香、圓冠榆、大葉白蠟。總體來說，4種植物的滯塵能力由大到小依次為刺槐、丁香、圓冠榆、大葉白蠟。

由表2可知，刺槐、丁香、圓冠榆和大葉白蠟4種植物在蒙塵和潔凈時(shí)的葉片氣體交換參數(shù)均表現(xiàn)為蒙塵時(shí)比潔凈時(shí)小。Pn，蒙塵時(shí)刺槐、丁香、圓冠榆和大葉白蠟分別較潔凈時(shí)下降6.6%、10.9%、7.2%、13.4%，大葉白蠟的下降幅度最大，這主要是由于沙塵的覆蓋減少了葉片光合有效面積，降低了光質(zhì)，從而阻礙了光合作用[3]，造成了凈光合速率下降。Gs，4種植物分別下降12.4%、26.9%、33.2%、34.2%，大葉白蠟下降幅度最大，這是因?yàn)闃浞N葉片被沙塵覆蓋后，隨著沙塵在葉面沉積，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Gs的下降。Tr，4種植物分別下降8.6%、26.2%、19.0%、7.3%，丁香的Tr下降幅度最大，表明沙塵、粉塵污染對(duì)不同園林樹種的Tr均有不同程度的影響。刺槐、丁香、圓冠榆在受到降塵影響時(shí)，Ls均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，大葉白蠟在受到降塵影響時(shí)Ls反而減?。蓧m影響下為0.344，在未受到蒙塵影響時(shí)為0.656）。說明大葉白蠟在滯塵影響下，氣孔因素為主要限制因素，在無滯塵影響下，非氣孔因素為光合主要限制因素。

2.2 降塵對(duì)植物光合參數(shù)變化率的影響

由表3可知，不同樹種受到沙塵污染后，葉片氣體交換參數(shù)的變化率各不相同，葉片氣體交換參數(shù)變化率越大說明蒙塵對(duì)其影響越小。變化率越小說明蒙塵對(duì)其影響越大。Pn、Gs、Tr均有所下降，Ls不同程度升高。各參數(shù)的變化率為-35.13%～4.86%。刺槐的ΔPn、ΔGs、ΔTr、ΔLs相較于丁香、圓冠榆、大葉白蠟均最小，說明蒙塵對(duì)刺槐影響較小。圓冠榆在受到覆塵影響時(shí)Gs變化率最大，為-35.13%。說明蒙塵堵塞葉片氣孔，進(jìn)而影響葉片呼吸作用，使圓冠榆葉片凈光合速率下降。說明蒙塵對(duì)葉面的影響較大，而且不可忽視。Pn變化率大小為圓冠榆、大葉白蠟、丁香、刺槐。Tr變化率大小為丁香、圓冠榆、刺槐、大葉白蠟。圓冠榆葉片Pn變化率最大，為-19.78%，刺槐葉片Pn變化率最小，為-6.57%，說明蒙塵對(duì)圓冠榆的Pn影響較大。

2.3 凈光合速率和蒸騰速率以及氣孔導(dǎo)度損失率與滯塵量的相關(guān)性

由表4可知，4種植物的光合氣體參數(shù)損失率和葉片滯塵量的回歸分析表明，光合氣體損失率與葉片滯塵量之間有一定的正相關(guān)。通過SPSS對(duì)刺槐、丁香、圓冠榆、大葉白蠟的Pn損失率、Tr損失率和Gs損失率與其葉片滯塵量之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，得出兩者之間的回歸方程，R2在0.835～0.985，說明擬合方程合理， 4種綠化樹種的光合氣體參數(shù)損失率與葉片滯塵在0.05水平上存在顯著正相關(guān)。對(duì)刺槐而言，Pn與葉片滯塵量之間的相關(guān)性最高，為0.901;Gs與葉片滯塵量之間的相關(guān)性最低，為0.877。對(duì)丁香而言，Gs損失率與葉片滯塵量之間的相關(guān)性最高，為0.963;Pn損失率與植物葉片滯塵量之間的相關(guān)性最低，為0.874。圓冠榆，Pn損失率與植物葉片滯塵量的相關(guān)性最高，為0.894;Gs損失率與植物葉片滯塵量的相關(guān)性最低，為0.835。大葉白蠟，Pn損失率與植物葉片滯塵量之間的相關(guān)性最高，為0.985;Gs與植物葉片滯塵量之間的相關(guān)性最低，為0.893。說明不同樹種光合氣體損失率與滯塵量之間的相關(guān)性也不盡相同，葉片在蒙塵后，樹種葉片的部分氣孔可能被阻塞，氣孔擴(kuò)散阻力增大，導(dǎo)致光合氣體參數(shù)值下降[13]。

3 討論與結(jié)論

通過分析表明，不同的綠化植物滯塵量有所差異，4種植物的滯塵能力大小為刺槐、丁香、圓冠榆、大葉白蠟。同時(shí)植物葉片在受到降塵影響前后，Pn、Gs、Tr亦有所差異，潔凈葉片的光合氣體參數(shù)大于蒙塵后的光合氣體參數(shù)，這與前人的研究結(jié)果一致[3，14-15]。

4種植物的Pn損失率、Gs損失率、Tr損失率、Ls損失率均有所差異。植物葉片在受到蒙塵影響時(shí)，Pn損失率和Gs損失率大小均為圓冠榆、大葉白蠟、丁香、刺槐;Tr損失率大小為丁香、圓冠榆、刺槐、大葉白蠟;Ls損失率大小為大葉白蠟、圓冠榆、丁香、刺槐。說明受到蒙塵影響時(shí)氣孔因素是圓冠榆和大葉白蠟Pn下降的主要原因。非氣孔因素是丁香Tr下降的主要因素。但植物在受到蒙塵時(shí)，都會(huì)堵塞植物葉片氣孔，導(dǎo)致植物Pn和Tr下降[16]。另外，該文并未從植物葉片微觀方面入手剖析滯塵對(duì)植物葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，下一步將進(jìn)一步深入研究。

在相同的立地條件下，4種植物的滯塵量與光合氣體參數(shù)損失率之間呈顯著的正相關(guān)，即植物葉片的光合作用與植物所處的環(huán)境緊密相關(guān)，葉片蒙塵能夠使植物葉片的Pn、Gs、Tr降低。植物的滯塵量大，就會(huì)減少葉片的光合有效面積，嚴(yán)重阻礙植物的光合作用[3]。

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