酸雨处理对刨花润楠幼苗生长的影响

唐义华，粟春青，何 通，秦安明，王凌晖，黄晓霞，谭长强，滕维超

（1.广西国有大桂山林场，贺州 542899；2.广西大学林学院，南宁 530004；3.广西壮族自治区林业科学研究院，南宁 530002）

随着工业的发展，酸雨给植物带来的危害愈来愈严重，酸雨对植物的影响受到了全球性的关注[1]。我国酸雨类型由硫酸型酸雨逐渐向混合型酸雨、硝酸型酸雨转变，由此将产生各种未知环境效应[2]。虽然模拟酸雨对植物影响的研究在国内外有大量报道，但有关酸雨对刨花润楠的研究较少[2-3]。刨花润楠（Machilus pauhoi）为樟科（Lawraceae）润楠属中的一种常绿乔木，产于浙江、福建、江西、湖南、广东、广西等省区，是广西珍贵乡土树种之一[4]。本试验以7个月生的刨花润楠幼苗为研究对象，以3种不同类型的酸雨（硫酸型酸雨、硝酸型酸雨、硫酸硝酸混合型酸雨），以及3种不同浓度pH 2.5、pH 4.0、pH 5.6的酸雨，对幼苗进行处理，探究这3种类型和3种浓度下的酸雨对刨花润楠幼苗生长情况的影响，为今后刨花润楠的栽植与养护提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试验设计

试验在广西大学林学院苗圃 （108°17′9″E，22°50′29″N，）内进行，试验材料为苗龄7个月的实生刨花润楠幼苗。选取长势基本一致、生长情况健康的刨花润楠幼苗100棵作为试验对象，设10个处理，每处理10株重复。其中硫酸型、硝酸型、混合型酸雨母液，用浓硫酸和浓硝酸按体积比S∶N=8∶1，N∶S=8∶1，S∶N=1∶1的方法配置（表1）。试验从2016年9月1日开始至12月10日结束，期间每5天进行1次人工酸雨浇灌，浇灌时将母液稀释到pH值为2.5、4.0、5.6（用pH计测定其pH值），以清水为对照组，每次浇灌150 ml，其余时间根据植物的生长需要统一浇水。

表1 试验设计Tab.1 Experimental design

1.2 指标测定方法

处理结束后，对刨花润楠幼苗进行生长指标的测定，每个处理重复3次。生长指标包括株高、地径、叶面积、根茎叶生物量、根总长、平均直径、表面积。

1.3 数据分析

采用Excel 2010软件对数据进行统计以及作图，DPS 7.05和SPSS 19.0软件进行数据分析处理。

2 结果与分析

2.1 不同酸雨对刨花润楠幼苗株高的影响

T7（pH 5.6硝酸型）、T8（pH 2.5硫酸型）的株高相对增量最高，分别为24.4%、18.6%；T1（对照组）、T4（pH 5.6混合型）、T5（pH 2.5硝酸型）、T10（pH 5.6硫酸型）的株高相对增量较低，分别为5.6%、5.6%、6.3%和8.0%；T2、T3、T6、T9间株高相对增量差异不显著（图1）。

图1 不同酸雨对刨花润楠幼苗株高相对增量的影响Fig.1 Effects of different acid rains on relative increment of Machilus pauhoi seedlings height

2.2 不同酸雨对刨花润楠幼苗地径的影响

T7（pH 5.6硝酸型）的地径相对增量最高（28.0%），显著高于其他处理；T9（pH 4.0硫酸型）以及T5（pH 2.5硝酸型）、T6（pH 4.0硝酸型）次之，分别为19.1%、17.9%、17.3%；T1（对照组）的地径相对增量最低（11.0%），显著低于酸雨处理组；T3、T4、T5、T6、T8、T10间地径相对增量差异不显著（图2）。

图2 不同酸雨对刨花润楠幼苗地径相对增量的影响Fig.2 Effects of different acid rains on relative increment of ground diameter of Machilus pauhoi seedlings

2.3 不同酸雨对刨花润楠幼苗根生物量的影响

在参试的酸雨处理组中，T8（pH 2.5硫酸型）的根生物量最大（10.2 g），T7（pH5.6硝酸型）的根生物量最小（5.59 g），两者间差异显著；除T7、T8外，其他各处理组间根生物量差异不显著（图3）。

图3 不同酸雨对刨花润楠幼苗根生物量的影响Fig.3 Effects of different acid rains on root biomass of Machilus pauhoi seedlings

2.4 不同酸雨对刨花润楠幼苗茎生物量的影响

各个酸雨处理组间刨花润楠幼苗茎生物量差异不显著，T4（pH5.6混合型）和T8（pH2.5硫酸型）的茎生物量最高，分别为5.8、5.7 g；T2（pH2.5混合型）和T1（对照组）的茎生物量最低，分别为4.1、4.3 g（图4）。

图4 不同酸雨对刨花润楠幼苗茎干重的影响Fig.4 Effects of different acid rains on stem biomass of Machilus pauhoi seedlings

2.5 不同酸雨对刨花润楠幼苗叶生物量的影响

在参试的酸雨处理组中，T5（pH2.5硝酸型）的叶生物量最大（4.24 g）；其次是T7（pH5.6硝酸型）（3.99 g）、T8（pH2.5硫酸型）（3.96 g）、T3（pH4混合型）（3.74 g）；T4（pH5.6混合型）的叶生物量最小（1.55 g）；除T4外，其余酸雨处理组间叶生物量差异不显著（图5）。

图5 不同酸雨对刨花润楠幼苗叶干重的影响Fig.5 Effects of different acid rains on leaf biomass of Machilus pauhoi seedlings

2.6 不同酸雨对刨花润楠幼苗根总长的影响

T 1（对照组）的刨花润楠幼苗根总长显著大于T 6（pH 4.0硝酸型）、T 7（pH 5.6硝酸型）、T 9（pH 4.0硫酸型）、T 10（pH 5.6硫酸型）。所有酸雨处理组中，T 4（pH 5.6混合型）的幼苗根总长最长（983.567 cm）；T 5（pH 2.5硝酸型）次之（976.064 cm）；T 7（pH 5.6硝酸型）的根总长最小（913.318 cm）。T 1（对照组）为997.146 cm（图6）。

图6 不同酸雨对刨花润楠幼苗根总长的影响Fig.6 Effects of different acid rains on root length ofMachilus pauhoi seedlings

2.7 不同酸雨对刨花润楠幼苗根总表面积的影响

T 1（对照组）的根总表面积高于酸雨处理组（图7）。所有酸雨处理组中，T 4（pH 5.6混合型）的根总表面积最大（27.42 cm2）；T 3（pH 4.0混合型）次之（27.36 cm2）；T 9（pH 4.0硫酸型）最低（26.09 cm2）。T1（对照组）的根总表面积为27.74 cm2，显著大于T 2（pH 2.5混合型）、T 5（pH 2.5硝酸型）、T 6（pH 4.0硝酸型）、T 7（pH 5.6硝酸型）、T 8（pH 2.5硫酸型）、T 9（pH 4.0硫酸型）、T 10（pH 5.6硫酸型）。

图7 不同酸雨对刨花润楠幼苗根总表面积的影响Fig.7 Effects of different acid rains on total surface area of root of Machilus pauhoi seedlings

图8 不同酸雨对刨花润楠幼苗根平均直径的影响Fig.8 Effects of different acid rains on average root diameter of Machilus pauhoi seedlings

2.8 不同酸雨对刨花润楠幼苗根平均直径的影响

T 8（pH 2.5硫酸型）的根平均直径显著高于T 1（对照组）、T 5（pH 2.5硝酸型）、T 6（pH 4.0硝酸型）、T 7（pH 5.6硝酸型）、T 10（pH 5.6硫酸型）。所有酸雨处理组中，T8（pH 2.5硫酸型）的根平均直径最大（1.204 mm）；T 4（pH 5.6混合型）次之（1.128 mm）；T 7（pH 5.6硝酸型）最低（0.849 mm）。对照组为0.879 mm（图8）。

2.9 苗木质量评价分析

根据Dickson等[20]提出的公式QI=苗木总干重/[（苗高/地径）+（茎干重/根干重）]来计算，结果如下。

在QI体系评价下，刨花润楠幼苗苗木质量指标最好的是T 5（pH2.5硝酸型），不同处理的QI排列顺序为硝酸型2.5＞硫酸型4.0＞对照＞硫酸型2.5＞混合型4.0＞硝酸型5.6＞硫酸型5.6＞硝酸型4.0＞混合型2.5＞混合型5.6，处理4（pH 5.6混合型）的刨花润楠幼苗苗木质量最差（表2）。从整体上看，T 2（pH 2.5混合型）、T 4（pH 5.6混合型）、T 6（pH 4.0硝酸型）、T 7（pH 5.6硝酸型）、T 10（pH 5.6硫酸型）苗木质量均较差，T 5（pH 2.5硝酸型）的苗木质量最好。

表2 不同处下刨花润楠苗木质量分析Tab.2 Seedling quality analysis in different treatments

3 结论与讨论

酸雨对植物影响最直观的表现是植物形态的变化，有研究表明，在pH 2.0的酸雨处理下，樟树（Cinnamomum camphora）、大叶栎（Castanopsis fissa）等树种的叶片会受到明显的伤害，叶面积减少[5-7]。于此相反，酸雨促进了北美乔松（Pinus strobus）的生物量以及松针长度[8]。株高和地径是植物形态的重要指标，不同的酸雨梯度对植物株高和地径的影响不同，研究发现，模拟酸雨促进了糖槭（Acer saccharum）幼苗基径的生长，却抑制白云杉（Picea glauca）幼苗基径的生长，虽然这种促进和抑制作用不明显[9]。pH 4.5的模拟酸雨促进了曼地亚红豆杉（Taxus media）和南方红豆杉（Taxus chinensisvar.mairei）的株高生长[10]，pH 4.1的模拟酸雨促进了油菜（Brassica napus）株高的生长[11]，pH 4.0和3.0的模拟酸雨促进了黄槐（Cassia surattensis）幼苗株高的生长[12]。本试验中，pH 2.5、4.0和5.6的硫酸型、硝酸型和混合型酸雨处理对刨花润楠幼苗株高及地径的生长具有普遍的促进作用。

有研究表明，当pH值在2～2.5之间，高强度的酸雨可能会对植物叶片造成伤害，抑制幼苗生长，减少生物量累积等[6，13]，但也有不同观点认为，酸雨处理中硝酸根离子、硫酸根离子可能增加土壤的氮和硫含量，从而具有施肥作用，促进幼苗生长，提高生物量[9]。本试验发现，除了pH 5.6硝酸型酸雨处理的根生物量显著低于pH2.5的硫酸型酸雨处理之外，其余处理对刨花润楠幼苗根生物量的影响不显著；酸雨处理对刨花润楠幼苗茎生物量的影响不显著；酸雨处理下，刨花润楠幼苗叶生物量与对照间差异不显著。这说明本酸雨试验对刨花润楠幼苗生物量的积累并无太大的影响。

酸雨除了对植物的地上部分产生影响之外，也可以影响植物根系生长，研究表明pH 3.0的酸雨胁迫致使大豆的根数减少[5,14]。随着pH降低，小麦根系长度缩短[15]。本试验中，pH 4.0、pH 5.6的硝酸型和硫酸型酸雨处理显著降低了总根长度，除了pH 4.0和pH 5.6混合型酸雨处理的根总表面积与对照的差异不大之外，其余处理均显著降低根总表面积，表明酸雨胁迫会显著降低根总长度和根总表面积，抑制根系生长，可能是由于根系细胞壁功能发生变化的结果[16]。相反，T4（pH 5.6混合型、T8（pH 5.5硫酸型）和T9（pH 4.0硫酸型）处理的根平均直径均显著高于对照，表明酸雨处理在降低根系总长度的同时，提高了根平均直径。由此可见，酸雨处理改变了根系形态，使根系变得更短更粗，这可能是植物在酸雨处理下的反应，有研究表明在重金属胁迫中也出现根系变短变粗的现象[17-19]，这是一种根系应对胁迫的反应。

苗木质量评价指数（QI）包含了苗木的高度、地径以及地上和地下部分生物量，能够较为综合全面地反映出苗木质量优劣[20]。在QI体系评价下，不同处理的QI排列顺序为硝酸型2.5＞硫酸型4.0＞对照＞硫酸型2.5＞混合型4.0＞硝酸型5.6＞硫酸型5.6＞硝酸型4.0＞混合型2.5＞混合型5.6，结果表明，T 4（pH 5.6混合型酸雨）的刨花润楠幼苗苗木质量最差，T 5（pH 2.5硝酸型酸雨）的苗木质量最好。