模拟酸雨对杜英幼苗生长及养分元素含量的影响

田苏奎李领寰伊力塔陈梦龄余树全（浙江省缙云县林业局3400；浙江农林大学浙江临安3300）



模拟酸雨对杜英幼苗生长及养分元素含量的影响

田苏奎1李领寰2伊力塔2陈梦龄2余树全2
（1浙江省缙云县林业局321400；2浙江农林大学浙江临安311300）

模拟不同酸雨浓度（pH2.5、4.0、5.6）对杜英幼苗进行喷淋控制实验，研究不同酸梯度条件下杜英幼苗的生长及养分元素含量特征，结果表明：（1）对照组（pH7.0）全株干重约为酸处理组的2倍，酸雨处理对植株生长产生抑制作用，其中对茎部影响最为明显。（2）与pH2.5和pH5.6相比，pH4.0处理组全株干重最大，且根冠比最低，说明植株对pH4.0酸雨有较好的适应性。该处理下，植株体内氮、磷元素含量均较高，钾、镁元素含量在茎中较高，在根中较低。（3）随着酸处理组pH值的降低，植株叶片中钾、硫含量呈明显降低趋势，铁含量呈明显增高趋势；茎中铁含量呈明显增高趋势；根中锌含量呈明显降低趋势。（4）酸雨对杜英幼苗体内硫元素含量有一定的抑制作用，且pH 5.6处理组叶、根中的硫含量显著高于pH 2.5和pH 4.0，即酸雨带来的硫输入在植株体内非但没有出现硫富集现象，反而产生淋失现象。

模拟酸雨；生物量；元素含量；杜英

酸雨是pH小于5.6的大气降水的总称，包括各种酸性的雨、雾、雪、霜等形式。长江以南地区是全球强酸雨中心，浙江省已成为我国酸雨污染最严重的地区之一。森林是酸雨的主要受体，酸雨对林木的危害是多方面的。酸雨能直接作用于植物，破坏植物形态结构，阻碍植物叶绿体的光合作用，抑制植物代谢功能；使营养元素从叶片组织中大量流失，导致植物生长发育不良、增加病虫害，进而降低植物干物质的积累水平［1，2］；酸雨还会导致土壤中钙、镁等盐基离子和养分元素淋失，使土壤pH下降，导致土壤酸化，间接影响植物的生长［3］。

杜英（Elaeocarpus decipiens）是浙江省常见的城市绿化树种，具有重要的经济和观赏价值，相关研究表明杜英对酸雨具有较强的耐受性［4，5］，但对其机理尚不明确。本研究旨在探索酸处理条件下杜英植物养分元素分配格局及响应特征，从而为浙江省城市绿化植物的选择和酸雨胁迫理论研究提供依据和参考。

1　材料与方法

1.1实验区概况

试验地位于浙江省缙云县市政园林处实验苗圃（120°05′E，28°39′N）。属中亚热带季风气候区，温暖湿润，四季分明，年降水量约为1437 mm，全年平均气温17.9℃，年无霜期245天左右。该区域森林覆盖率75.2%，海拔高度169m，土壤类型为红壤土。

1.2供试材料

选取高度在40～60cm之间的2年生杜英幼苗，于2011年1月移栽到高40cm，直径30cm的塑料花盆中，采用实验地土壤（红壤土）作为栽培土。将幼苗随机分成10组，每组7株，对所有苗木编号、挂牌。将盆栽幼苗置于通风、遮雨的塑料薄膜大棚内，缓苗期间用自来水浇灌，常规管理。2011年3月开始进行模拟酸雨喷洒。

1.3实验处理

根据浙江省酸性降水中的平均离子组成［6］，按H2SO4：HNO3（V/V）8:1的比例，用浓H2SO4（浓度98%，密度1.84g/ml）和浓HNO3（浓度68%，密度1.4g/ml）配置成母液，再用蒸馏水稀释成pH2.5、pH4.0及pH5.6的酸雨原液，分别模拟重度、中度、轻度酸雨，并设置空白组（即喷淋等量的蒸馏水pH7.0）作为对照。根据缙云县近10年年均降雨量统计数据，计算每个pH等级所需的酸雨量，均匀喷洒至叶片彻底湿润。2012年11月27日试验结束，并于2012年12月1日采收植物。

采收植物时先把塑料花盆破开，小心地去除根部的泥土并尽量保持根系完整，用清水把植物叶片上灰尘、虫卵和根部的泥土冲洗干净，然后把植物分成叶片、枝干和根三部分。在65℃下用烘箱烘干，用电子天平分别测定叶片、枝干和根的干重（W，g），精确到0.01g［7］；然后分别取一部分磨碎、过筛，并密封保存，供化学分析。

1.4样品的化学分析方法

植物中氮含量用半微量凯氏定氮法测定，磷用钼锑抗比色法，钾、镁、硫、铁、铜、锌用Perkin ICP-MS7000测定。

1.5数据分析方法

使用SPSS18.0统计分析软件对数据进行处理，采用单因素方差分析（One-Way ANOVA）和最小显著差异法（LSD）对不同酸度处理组植物的干重和养分元素含量进行多重比较，在数据分析前，对数据进行正态性和齐性检验。

2　结果分析

2.1酸处理对幼苗生长的影响

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酸处理对杜英幼苗的生长具有明显的抑制作用，如表1所示，杜英幼苗的全株干重表现为对照处理（CK）＞pH 4.0＞pH 2.5＞pH 5.6，酸处理组显著小于对照组。就植株各部分干重情况来看，亦具有相同趋势。与pH 4.0和pH 5.6相比，pH 2.5处理组叶干重相对较低，根和茎干重相对较高，说明高强度酸雨会对杜英叶片造成伤害。根冠比能够有效反映植物在逆境条件下的生存策略，酸处理组植株根冠比（干重比）均大于0.5，具体表现为pH 2.5＞pH 5.6＞pH 4.0＞CK。

表1　不同酸处理组杜英幼苗生物量分配Tab.1 Elaeocarpus decipiens seedling biomass distribution under different acid rain treatment

图1　不同酸处理组杜英幼苗生物量分配Fig.1 Elaeocarpus decipiens seedling biomass distribution under different acid rain treatment

2.2酸处理对幼苗大量元素含量的影响

如表2所示，就氮元素来看，3种酸处理与对照相比，在杜英幼苗叶、茎、根中的含量均无显著性差异，浓度比例约为7：2：1，其中pH 4.0处理组氮含量相对高于其他处理组，pH 2.5处理组氮含量相对较低。

植株叶片中对照组的磷含量高于酸处理组，但未达到显著性差异水平；茎中pH 2.5和pH 5.6处理组的磷含量显著低于pH 4.0处理组和对照组；根中pH 5.6和对照组的磷含量显著低于pH 2.5和pH 4.0处理组。随着pH值降低，根中磷含量相对于叶和茎有增加趋势；pH 4.0处理组磷含量相对高于其他处理方式，pH 5.6处理组相对较低。

酸处理对杜英幼苗体内钾元素含量有一定的抑制作用，但与对照相比，在叶和根中其含量并未呈现显著性差异；pH4.0和对照组茎中钾元素含量显著高于pH 2.5和pH 5.6处理组。与pH 2.5和pH 5.6处理组相比，pH 4.0处理组叶、根中钾含量相对较低，茎的含量相对较高。

表2　不同酸处理组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

就镁元素来看，3种酸处理与对照相比，在杜英幼苗叶、茎、根中其含量均无显著性差异；pH4.0处理组叶、茎器官内镁含量相对高于其他处理方式，根器官内含量相对较低。

酸处理对杜英幼苗体内硫含量有一定的抑制作用，叶、茎中对照组的硫含量显著高于酸处理组，pH5.6处理组叶、根器官内硫含量显著高于pH2.5和pH4.0。

如表3所示，叶片中pH2.5处理组的铁含量显著高于其他处理方式，茎中pH5.6处理组和对照组铁含量显著低于pH2.5和pH4.0处理组，而根的铁含量则相反。总体来看，酸处理对植株叶、茎中铁含量具有一定的促进作用，而随着pH值降低，根器官内铁含量有减少趋势。

杜英幼苗叶片中对照组的铜含量显著低于酸处理组，茎、根器官内的铜元素单位含量均无显著性差异。随着pH值降低，根器官内铜含量有减少趋势。

杜英叶、茎中酸处理组的锌含量均与对照组无显著性差异，根中pH2.5和pH4.0处理组锌元素含量显著低于pH5.6和对照组。总体来看，酸处理对植株叶、茎的锌含量具有一定的促进作用，对根的锌含量具有抑制作用。

表3　不同酸处理组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模拟酸雨与幼苗干重及养分元素含量的相关性分析

对模拟酸雨按pH值由低至高与各元素含量进行相关性分析，如表4所示，酸雨pH值与杜英幼苗叶片干重及其氮、磷、钾、硫含量表现出不同程度的正相关，与镁、铁、铜含量表现为负相关。显著性检验表明，pH值与叶片内钾、硫含量呈显著正相关，与铁含量呈显著负相关。另外，随着酸雨pH值的升高，叶片干重与钾含量呈显著正相关，与铜含量呈显著负相关；磷含量与铜含量呈显著负相关；钾含量与硫含量呈显著正相关，与铁含量呈显著负相关。

模拟酸雨的pH值与植株茎的干重及其磷、钾、镁、硫含量呈正相关，与氮、铁、铜、锌含量呈负相关。显著性检验表明，pH值与铁含量呈显著负相关，表明酸雨pH值下降直接导致了杜英茎中铁含量的增加。此外，茎的干重与硫含量呈显著正相关；钾含量与镁含量呈显著正相关，与锌含量呈极显著负相关；铜含量与氮、磷含量呈显著正相关。

模拟酸雨的pH值与植株根的干重及其钾、镁、硫、铁、铜、锌含量呈正相关，与氮、磷含量呈负相关。显著性检验表明，pH值与锌含量呈显著正相关，由此可知，酸雨pH值下降会导致根锌含量的降低。另外，杜英根干重与钾含量呈显著正相关；磷含量与硫、锌含量呈显著负相关，与铁含量呈极显著负相关；硫含量与铁、锌含量呈显著正相关。

表4　不同酸处理后幼苗干重及养分元素含量的相关性分析Tab.4 Correlation analysis among dry weight and element content of Elaeocarpus decipiens seedling under differentacid rain treatment

3　结论与讨论

（1）在模拟酸雨实验中，杜英幼苗的形态和生物量分配发生了明显的变化，对照组全株干重约为酸处理组的2倍，植株生长受到抑制性影响。尽管3种酸处理之间全株干重并未呈现显著性差异，但pH 2.5和pH 4.0处理组均大于pH 5.6，这与殷秀敏等人［4］的研究结论相似，即杜英具有一定的抗酸特性。本研究发现，模拟酸雨对杜英幼苗茎的影响最为严重，酸处理显著抑制了茎生物量的积累。pH2.5处理组叶片干重相对较低，说明高强度酸雨会对杜英叶片造成急性伤害。

（2）就对照组植株叶、茎、根器官养分元素含量分配情况来看，氮、磷、钾在叶、茎的含量比重要大于根；镁和硫的含量比重相对平衡；铁、铜、锌等微量元素在根内的含量比重要大于叶、茎。另外，氮元素在叶内的含量，铁元素在根内的含量比重均远高于其他各部。

随着酸处理组pH值的降低，叶片钾、硫含量呈明显降低趋势，铁含量呈明显增高趋势，这与田大伦等［8］对樟树叶片的研究结论相似；茎中铁含量呈明显增高趋势；根中锌含量呈明显降低趋势，推测是酸雨淋溶增加了土壤中微量元素锌的淋失所致。

（3）与pH2.5和pH5.6相比，pH4.0处理组全株干重最大，且根冠比最低，说明植株对pH4.0有较好的适应性。该处理下，植株体内氮、磷元素含量均较高，钾、镁元素含量在茎中较高，在根中较低。

（4）本实验中模拟酸雨是以硫酸型酸雨中的离子成分进行配比的，酸液中硫含量很大，随着pH值的降低，硫输入也进一步增加。研究发现，模拟酸雨对杜英幼苗体内硫元素含量有一定的抑制作用，且pH5.6处理组叶、根器官内硫含量显著高于pH2.5和pH4.0，即酸雨带来的硫输入在植株体内非但没有出现硫富集现象，反而产生淋失，这可能是由于硫随着酸液进入土壤后，转化为难溶性硫酸盐，从而导致有效硫含量减少。该推测尚待于进一步对土壤硫含量的测定工作来证明。

［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，Fukami 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，余树全，江洪，等.酸雨胁迫对秃瓣杜英幼苗叶片叶绿素荧光特性和生长的影响［J］.应用生态学报，2010，（6）:1374-1380.

［5］谢小赞，江洪，宋晓东，等.模拟酸雨不同水平下杜英和山核桃的高光谱特点［J］.遥感信息，2010，1:8.

［6］齐泽民，钟章成.模拟酸雨对杜仲光合生理及生长的影响［J］.西南师范大学学报:自然科学版. 2006，31（2）:151-156.

［7］杜峰，梁宗锁，徐学选，等.陕北黄土丘陵区撂荒草地群落生物量及植被土壤养分效应［J］.生态学报，2007，（5）:1673-1683.

［8］田大伦，黄智勇，付晓萍.模拟酸雨对盆栽樟树（Cinnamomum camphora）幼苗叶矿质元素含量的影响［J］.生态学报，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