秦俊萍， 葛正喜

(河北美術(shù)學(xué)院，河北石家莊 050700)

伴隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題日益加劇，尤其是霧霾等大氣污染問(wèn)題嚴(yán)重[1]。近年來(lái)，我國(guó)城市大氣環(huán)境污染呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域性特征，北方城市大氣環(huán)境污染嚴(yán)重，我國(guó)大氣環(huán)境污染較嚴(yán)重的6個(gè)區(qū)域中北方占4個(gè)。大氣環(huán)境呈現(xiàn)出區(qū)域復(fù)合型污染的特征，一個(gè)地區(qū)的大氣污染受其所處的特殊地理環(huán)境、大氣環(huán)境背景和氣象條件影響，可通過(guò)傳輸方式影響其他地區(qū)[2]。總體上看，區(qū)域內(nèi)各城市大氣環(huán)境污染特征較為相似，但不同區(qū)域間城市大氣環(huán)境污染差別較大，京津冀區(qū)域是大氣污染防治的重點(diǎn)地區(qū)[3]。從2013年1月開(kāi)始，國(guó)家環(huán)保部公布的74個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市空氣質(zhì)量狀況報(bào)告顯示，空氣質(zhì)量最差的10個(gè)城市中河北省每月均占一半以上[4]；2014年，空氣質(zhì)量相對(duì)較差的10個(gè)城市中河北省占6個(gè)，河北省大氣質(zhì)量直接影響著整個(gè)京津冀地區(qū)的大氣環(huán)境[5]。河北省作為我國(guó)的大型省份，近年來(lái)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，隨著機(jī)動(dòng)車輛的快速增長(zhǎng)，大氣污染已經(jīng)成為城市污染的主要問(wèn)題，可吸入顆粒物中細(xì)顆粒的含量不斷增加，城市空氣混濁，霧日增加，嚴(yán)重威脅著城市居民的身體健康和城市生態(tài)環(huán)境[5]。在大氣污染環(huán)境條件下，了解城市綠化植物的生理特性變化，對(duì)于闡明城市大氣污染的生物效應(yīng)具有現(xiàn)實(shí)意義，并可為深入探討大氣污染對(duì)植物的傷害和植物的抗性機(jī)制提供部分依據(jù)。

綠化植物是城市、自然和景觀復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中具有重要自凈功能的組成部分，對(duì)大氣中的粉塵、顆粒物有過(guò)濾、阻擋和吸附的作用，可以有效降低大氣總懸浮顆粒物(total suspended particulates，簡(jiǎn)稱TSP)，從而在改善生態(tài)環(huán)境、減少陽(yáng)光輻射、增大空氣濕度、凈化空氣、調(diào)節(jié)氣候等方面起著“除污吐新”的作用[6]。綠化植物是城市綠地建設(shè)的基礎(chǔ)和城市環(huán)境質(zhì)量的重要保障，為建立良好生態(tài)循環(huán)的城市生態(tài)系統(tǒng)，需要對(duì)城市綠化植物與環(huán)境相互作用的關(guān)系開(kāi)展深入研究[7-8]。城市環(huán)境與綠化植物生理生態(tài)響應(yīng)的關(guān)系日益成為環(huán)境生態(tài)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。以葉綠素?zé)晒鉃樘结榿?lái)研究植物對(duì)變化的環(huán)境條件的響應(yīng)，由于其對(duì)樣品無(wú)破壞性，反應(yīng)靈敏，測(cè)定快速，已在植物環(huán)境生理研究中被廣泛應(yīng)用[9-10]。這種指標(biāo)的變化出現(xiàn)于表現(xiàn)損傷癥狀和生長(zhǎng)指標(biāo)改變之前，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和可預(yù)測(cè)性。因此，本研究在全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取河北省不同污染區(qū)女貞和香樟作為供試植物，借助植物葉片鉛(Pb)和鎘(Cd)的含量、比葉重、光合色素、熒光參數(shù)來(lái)研究植物對(duì)不同環(huán)境條件的響應(yīng)，探討該地區(qū)常見(jiàn)綠化植物對(duì)大氣污染抗性的生理機(jī)制，為河北省乃至全國(guó)范圍內(nèi)的大氣環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

河北省位于113°27′～119°50′E，36°05′～42°40′N，地處華北、黃河下游以北，全省面積為18.77萬(wàn)km2，人口為 6 744萬(wàn)人。河北省屬溫帶季風(fēng)氣候-暖溫帶、半濕潤(rùn)-半干旱大陸性季風(fēng)氣候。地勢(shì)西北高、東南低，地貌復(fù)雜多樣。全省現(xiàn)設(shè)石家莊、唐山、邯鄲、秦皇島、保定、張家口、承德、廊坊、滄州、衡水、邢臺(tái)共11個(gè)地級(jí)市。市下轄172個(gè)縣(市、區(qū))，其中23個(gè)縣級(jí)市、115個(gè)縣、34個(gè)市轄區(qū)。

河北省大氣污染具有覆蓋范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、灰霾出現(xiàn)頻次高、污染物復(fù)合種類多的特點(diǎn)，主要集中表現(xiàn)為地域上呈“一帶兩區(qū)”分布特征、污染物上呈“一多兩重”組成特征。“一帶”是指通過(guò)衛(wèi)星遙感影像解析，從河南省北部、山東省西北部向北沿太行山山脈到燕山山脈恰好形成了1條污染物聚集帶，主要包括石家莊、邢臺(tái)、邯鄲、保定地區(qū)。在沒(méi)有較強(qiáng)氣流作用下，區(qū)域內(nèi)排放的污染物和外來(lái)輸送的污染物就會(huì)在此逐漸集聚，累積超過(guò)大氣環(huán)境容量時(shí)，就會(huì)形成區(qū)域性重度污染。“兩區(qū)”是指以唐山為中心的重工業(yè)集中區(qū)和以衡水為中心的污染物疊加區(qū)。在重工業(yè)集中區(qū)內(nèi)，污染物排放量遠(yuǎn)高于擴(kuò)散量，污染物濃度始終維持在較高水平。在污染物疊加區(qū)域，周邊污染相對(duì)都較重，呈包圍之勢(shì)，自身排放和揚(yáng)塵也較重，在外來(lái)擴(kuò)散影響并與自身污染物疊加的作用下，伴隨性出現(xiàn)重污染天氣。根據(jù)綜合指標(biāo)來(lái)劃分研究區(qū)域，本研究規(guī)定達(dá)到及優(yōu)于國(guó)家Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間大于200 d且空氣污染指數(shù)小于220的區(qū)域?yàn)榈谝粎^(qū)域，大氣質(zhì)量良好；達(dá)到及優(yōu)于國(guó)家Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間200～100 d且空氣污染指數(shù)在220～500區(qū)間的區(qū)域?yàn)榈诙^(qū)域，大氣狀況為輕污染；達(dá)到及優(yōu)于國(guó)家Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間小于100 d且空氣污染指數(shù)大于500的區(qū)域?yàn)榈谌齾^(qū)域，大氣質(zhì)量為重污染(圖1)。

1.2 試驗(yàn)材料及方法

按上述劃分的區(qū)域，結(jié)合河北省環(huán)保局監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、研究結(jié)果及采樣點(diǎn)附近的環(huán)境狀況，將其分為輕度污染區(qū)、中度污染區(qū)和重度污染區(qū)，采樣點(diǎn)交通狀況和附近環(huán)境狀況見(jiàn)表1。分別在不同大氣污染區(qū)選取2種綠化植物(女貞和香樟)，試驗(yàn)于2016年7至9月進(jìn)行，在各采樣點(diǎn)選擇樹齡基本相同，人工維護(hù)狀態(tài)良好的植物，從樹冠的內(nèi)外上下多點(diǎn)采樣。為防止采樣過(guò)程中葉片過(guò)度失水，將修枝剪剪下的帶葉片的枝條放入自封袋中封存，并注明采集日期和采樣地點(diǎn)，采樣時(shí)帶上聚乙烯塑料手套，分別從不同方向均勻采集足夠多的成熟葉片，將葉片小心封存于錐形瓶?jī)?nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室處理。

1.2.1 葉片重金屬含量的測(cè)定 將選取的葉片先用自來(lái)水后用蒸餾水反復(fù)沖洗，用吸水紙擦干后置于60 ℃烘箱中烘干，研磨后置于干燥器中備用。用精密度為0.000 1 g的電子天平稱取葉片樣品0.6 g于50 mL瓷坩堝中，110～130 ℃低溫炭化至無(wú)煙，在450 ℃馬弗爐中灰化6 h。將灰化后的樣品小心轉(zhuǎn)入50 mL燒杯中，加入10 mL高氯酸(HClO4)和硝酸(HNO3)混合試劑(體積比為4 ∶1)并振蕩使其充分溶解，若有殘?jiān)^(guò)濾去除，然后用純水定容至50 mL。每個(gè)樣品作3個(gè)平行樣。試樣用TAS986型原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定Pb、Cd含量。葉片中Pb、Cd的含量以單位干質(zhì)量葉片中所含Pb、Cd的質(zhì)量表示(單位為mg/kg)。

表1 河北省污染區(qū)域劃分

1.2.2 比葉重(specific leaf weight，簡(jiǎn)稱SLW)的測(cè)定 分別選取不同采樣點(diǎn)的成熟葉片，女貞和香樟各8～10張，先用自來(lái)水后用蒸餾水反復(fù)沖洗，用吸水紙擦干后置于掃描儀中掃描后測(cè)定葉面積，于60 ℃烘箱中烘干48 h，稱干質(zhì)量。干質(zhì)量除以葉面積得到比葉重(g/m2)。每個(gè)樣品各設(shè)3個(gè)重復(fù)。

比葉重=單位面積葉干質(zhì)量/單位葉面積。

1.2.3 色素含量的測(cè)定 稱取0.2 g烘干葉片，去中脈，剪碎后放入研缽中，加少量石英砂和碳酸鈣粉及96%乙醇2～3 mL，研磨至組織發(fā)白，再加96%乙醇10 mL，研成勻漿。然后將提取液過(guò)濾并用96%乙醇定容至25 mL容量瓶中，搖勻，保存于暗處24 h，備用待測(cè)，每個(gè)樣品設(shè)3個(gè)重復(fù)。以96%乙醇作為空白對(duì)照，分別在波長(zhǎng)665、649和470 nm下測(cè)定吸光度，分別計(jì)算葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)、類胡蘿卜素(Car)的濃度和葉綠素a/葉綠素b(Chla/Chlb)。

1.2.4 葉片δ13C比例的測(cè)定 將采回的葉片于105 ℃殺青，然后置于恒溫干燥箱中烘干(60 ℃，連續(xù)烘干48 h)，粉碎過(guò)80目篩制成備用樣品。每個(gè)樣品重復(fù)采用相同取樣植株數(shù)，每個(gè)重復(fù)為各植株3～5張葉片的混合樣。采用穩(wěn)定碳同位素分析(測(cè)定精度為0.1‰)，取處理好的樣品3～5 mg封入真空的燃燒管，并加入催化劑和氧化劑，燃燒產(chǎn)生的CO2經(jīng)結(jié)晶純化后，用質(zhì)譜儀測(cè)定碳同位素的比例。

1.2.5 葉綠素?zé)晒獾臏y(cè)定 采用OS5-FL脈沖調(diào)制熒光儀(pulse modulation fluorometer)測(cè)定葉片的葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線，利用誘導(dǎo)曲線分析植物光化學(xué)效率。原初熒光或初始熒光產(chǎn)量(Fo)是用暗適應(yīng)15 min的葉片在弱調(diào)制測(cè)量光[0.05 μmol/(m2·s)]誘導(dǎo)下產(chǎn)生的，最大熒光(Fm)則是在Fo之后用強(qiáng)飽和脈沖[5 000 μmol/(m2·s)]激發(fā)的。當(dāng)熒光從最大值降低到接近Fo水平時(shí)，用光照度為 200 μmol/(m2·s) 的光化光誘導(dǎo)熒光動(dòng)力學(xué)，計(jì)算不同的熒光參數(shù)：原初光能轉(zhuǎn)化效率Fv/Fm，最大量子產(chǎn)量Fv/Fo，光化學(xué)淬滅系數(shù)qP，非光化學(xué)淬滅系數(shù)qN和實(shí)際量子產(chǎn)量ΦPSⅡ。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和整理，用SPSS 18.0進(jìn)行方差分析和統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，采用LSD多重比較(顯著水平設(shè)置為0.05和0.01)，采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)比較其差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同大氣污染區(qū)綠化植物葉片Pb、Cd含量

由圖2可以看出，女貞和香樟葉片中Pb、Cd含量在不同大氣污染區(qū)具有顯著差異(ANOVA，P<0.05)，Pb、Cd含量在不同大氣污染區(qū)均表現(xiàn)為重度污染區(qū)>中度污染區(qū)>輕度污染區(qū)。2種植物葉片中Pb、Cd的含量無(wú)明顯差異。對(duì)女貞而言，葉片中Pb含量的變化范圍為40.2～82.1 mg/kg，Cd含量的變化范圍為18.3～23.5 mg/kg，Pb含量在不同污染區(qū)間差異均顯著(P<0.05)，重度污染區(qū)間Cd含量顯著高于中度污染區(qū)和輕度污染區(qū)(P<0.05)，而中度污染區(qū)和輕度污染區(qū)Cd含量差異不顯著。對(duì)香樟而言，Pb、Cd含量分別為38.2～83.5 mg/kg和15.6～26.9 mg/kg；不同污染區(qū)間Pb、Cd含量差異均顯著。女貞葉片中Pb、Cd的含量在中度污染區(qū)和重度污染區(qū)分別比輕度污染區(qū)提高57.96%、104.23%；7.10%、28.42%。香樟葉片中Pb、Cd的含量在中度污染區(qū)和重度污染區(qū)分別比輕度污染區(qū)提高62.04%、118.59%；36.54%、72.44%。

2.2 不同大氣污染區(qū)綠化植物葉片SLW

由圖3可以看出，女貞、香樟葉片SLW分別為82.3～105.6、62.7～67.9 g/m2，其均值分別為92.5、65.4 g/m2，女貞葉片在不同污染區(qū)的SLW均顯著或極顯著高于香樟，不同污染區(qū)綠化植物SLW均表現(xiàn)為重度污染區(qū)>中度污染區(qū)>輕度污染區(qū)。對(duì)于女貞，重度污染區(qū)顯著高于中度污染區(qū)和輕度污染區(qū)，中度污染區(qū)和輕度污染區(qū)間差異不顯著；對(duì)于香樟，不同污染區(qū)SLW差異均不顯著。與輕度污染區(qū)相比，中度污染區(qū)、重度污染區(qū)女貞葉片SLW分別增加了3.65%、28.31%，香樟SLW分別增加了 4.15%、8.29%。

2.3 不同大氣污染區(qū)綠化植物葉片光合色素含量

光合色素在植物光合作用的原初光反應(yīng)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，其含量的變化往往與葉片的生理活性、植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和抗逆性有關(guān)。由圖4可以看出，不同污染區(qū)Chla含量、Chlb含量、Chla/Chlb、Car含量具有顯著差異，均表現(xiàn)為重度污染區(qū)<中度污染區(qū)<輕度污染區(qū)；女貞光合色素含量均高于香樟。植物在大氣受到污染的環(huán)境中，其葉片Chla、Chlb遭到不同程度的破壞，二者之間的變化具有一定的同步性，這導(dǎo)致Chla/Chlb值與Chla、Chlb含量的變化趨勢(shì)相一致，其中不同污染區(qū)間香樟和女貞Chla、Chlb含量均有顯著差異，對(duì)于Chla/Chlb和Car含量，輕度和中度污染區(qū)差異不顯著，二者顯著高于重度污染區(qū)。女貞葉片Car含量高于香樟。處于輕度污染區(qū)的植物，其Chla/Chlb值較大，女貞葉片Chla、Chlb、Car含量在中度污染區(qū)和重度污染區(qū)分別比輕度污染區(qū)減小12.56%、39.85%；26.31%、42.96%；3.26%、16.98%。相應(yīng)地，香樟則分別減小11.25%、40.39%；29.94%、53.12%；3.78%、20.13%。

2.4 不同大氣污染區(qū)綠化植物葉片δ13C比例

由圖5可以看出，女貞和香樟葉片δ13C比例分別為 -26.3‰～-23.4‰，-28.3‰～-25.4‰，其均值分別為 -25.1‰、-27.3‰，女貞葉片在不同污染區(qū)δ13C比例均顯著或極顯著高于香樟，不同污染區(qū)綠化植物δ13C比例均表現(xiàn)為重度污染區(qū)>中度污染區(qū)>輕度污染區(qū)。對(duì)于女貞，重度污染區(qū)δ13C比例顯著高于中度污染區(qū)和輕度污染區(qū)，中度污染區(qū)和輕度污染區(qū)間差異不顯著；對(duì)于香樟，不同污染區(qū)δ13C比例差異均不顯著。與輕度污染區(qū)相比，中度污染區(qū)和重度污染區(qū)女貞葉片δ13C比例分別增加了 3.80%、11.03%，香樟分別增加了0.71%、10.25%。

2.5 不同大氣污染區(qū)綠化植物葉綠素?zé)晒鈪?shù)

葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm代表原初的光能轉(zhuǎn)換效率，F(xiàn)v/Fo代表從Chla/b蛋白復(fù)合體LHCP到PSⅡ的光能傳遞能力，兩者是近年來(lái)常用的研究植物對(duì)逆境響應(yīng)的重要生理參數(shù)。由圖6可知，不同污染區(qū)Fv/Fm、Fv/Fo、qP、qN和ΦPSⅡ有較大差異，其中Fv/Fm、Fv/Fo、qP、ΦPSⅡ均表現(xiàn)為重度污染區(qū)<中度污染區(qū)<輕度污染區(qū)，而qN表現(xiàn)為重度污染區(qū)>中度污染區(qū)>輕度污染區(qū)；女貞在輕度與中度污染區(qū)的Fv/Fo無(wú)顯著差異，qP無(wú)顯著差異，中度與重度污染區(qū)的qN無(wú)顯著差異；女貞葉片F(xiàn)v/Fm、Fv/Fo、qP和ΦPSⅡ在中度污染區(qū)、重度污染區(qū)分別比輕度污染區(qū)域小17.23%、21.00%；3.13%、39.49%；7.41%、12.35%；16.45%、28.17%；qN增加了23.69%、39.14%。相應(yīng)地，香樟則分別減小8.26%、26.39%；6.23%、34.04%；13.05%、28.97%；12.15%、32.98%；qN增加了25.87%、36.54%。

2.6 不同大氣污染區(qū)綠化植物葉片生理相關(guān)性分析

表2的相關(guān)性分析結(jié)果表明，女貞和香樟葉片生理相關(guān)性分析結(jié)果相一致，其中，Pb含量與Cd含量、SLW呈極顯著正相關(guān)，與Chla、Chlb、Car、δ13C含量呈負(fù)相關(guān)，與Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；Cd含量與Chla含量、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與qP、qN、Chlb含量呈負(fù)相關(guān)；SLW與Fv/Fm和ΦPSⅡ呈極顯著正相關(guān)，與Chlb含量、δ13C含量、Fv/Fo呈顯著正相關(guān)；Chla含量與Chlb含量、Fv/Fm呈極顯著正相關(guān)，與Fv/Fo、ΦPSⅡ呈顯著正相關(guān)；Chlb含量與Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ呈極顯著正相關(guān)；Car含量與Fv/Fo呈顯著正相關(guān)；δ13C含量與qN呈顯著正相關(guān)；Fv/Fm與Fv/Fo、qP、ΦPSⅡ呈極顯著正相關(guān)；Fv/Fo與qP、qN、ΦPSⅡ呈極顯著正相關(guān)；qP與qN、ΦPSⅡ呈顯著正相關(guān)。

2.7 不同大氣污染區(qū)綠化植物葉片生理特性主成分分析

主成分(principle component，簡(jiǎn)稱PC)分析是在1組變量中找出其方差和協(xié)方差矩陣的特征量，將多個(gè)變量通過(guò)降維轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合變量的統(tǒng)計(jì)分析方法，能夠從多變量中選擇少數(shù)幾個(gè)綜合獨(dú)立的新變量，來(lái)反映原來(lái)的多變量所包含的大部分信息。本研究采用SPSS軟件的相關(guān)分析模塊進(jìn)行處理，以綠化植物葉片生理特性作為原變量，通過(guò)計(jì)算變量方差和協(xié)方差矩陣的特征量，將多個(gè)變量通過(guò)降維，對(duì)綠化植物葉片生理特性進(jìn)行集中和提取，識(shí)別出起主導(dǎo)作用的生理特性指標(biāo)。表3是總方差分解結(jié)果，根據(jù)特征值大于1的原則，選取了3個(gè)主成分PC1、PC2、PC3，前3個(gè)主成分對(duì)各變量的方差貢獻(xiàn)率分別為48.369%、72.464%、85.722%，其所含信息占總體信息的88.680%，即前3個(gè)主成分對(duì)12個(gè)變量所涵蓋的大部分息進(jìn)行了概括，能夠解釋原始信息。表4顯示原有12個(gè)變量在3個(gè)主成分上的載荷，其中Cd含量、SLW、Chla在第1主成分上有較高載荷(相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值)；SLW、Car含量、ΦPSⅡ在第2主成分上有較高載荷；SLW和ΦPSⅡ在第3主成分上有較高載荷。上述3個(gè)主成分所反映的信息很可能反映出河北省綠化植物葉片生理特性對(duì)環(huán)境污染的響應(yīng)，即SLW和ΦPSⅡ?qū)Νh(huán)境污染的響應(yīng)較大，對(duì)環(huán)境污染起著主要的指示作用。

表2 不同大氣污染區(qū)綠化植物葉片生理相關(guān)性分析

注：“**”表示在0.01水平上顯著相關(guān)，“*”表示在0.05水平上顯著相關(guān)。

表3 觀測(cè)指標(biāo)總方差分解結(jié)果

3 討論與結(jié)論

SLW反映了植物的光合碳同化能力，是衡量植物相對(duì)生長(zhǎng)速率的重要參數(shù)，一些學(xué)者把葉片對(duì)外界環(huán)境變化的生理學(xué)適應(yīng)歸因于SLW的變化[11-13]。在脅迫生境下，植物將通過(guò)根系從土壤中吸收的礦質(zhì)養(yǎng)分貯存在葉片中，其中很大一部分物質(zhì)用于構(gòu)建保衛(wèi)構(gòu)造，如分配較多的氮于非溶性蛋白纖維以增強(qiáng)其細(xì)胞壁韌性或者增加葉肉細(xì)胞密度以防止高溫?fù)p傷或失水過(guò)多，同時(shí)植物體內(nèi)積累脯氨酸或蔗糖等可溶性化合物以降低植物的水勢(shì)，其結(jié)果是形成厚度較大而面積較小的葉片，單位葉面積的干物質(zhì)量增加，即葉片SLW增大。本研究中，不同大氣污染區(qū)植物葉片SLW隨污染程度的加劇逐漸增大。Torrent等對(duì)不同交通和工業(yè)污染脅迫下的女貞和三色女貞的葉片性狀參數(shù)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)交通污染和工業(yè)污染程度的增加導(dǎo)致三色女貞葉片SLW增大[14]；女貞在工業(yè)污染程度高的環(huán)境條件下葉片SLW增大，而在交通流量高的生境下葉片SLW值反而減小，同時(shí)，污染嚴(yán)重的采樣點(diǎn)生長(zhǎng)的植物出現(xiàn)枯黃、落葉等癥狀，導(dǎo)致綠量降低，較清潔區(qū)植物葉片接受到的光照充足，葉片的光合速率高，光合碳同化的物質(zhì)積累量也較多，葉片密度也會(huì)變大，所以單位面積的葉干物質(zhì)含量較高。不同生境下植物葉片SLW的變化不同，可能與研究的物種有關(guān)。同種植物不同的研究者所得出的結(jié)果也會(huì)存在差異，如Torrent等對(duì)不同工業(yè)和交通污染等級(jí)下女貞得到的研究結(jié)果與本研究稍有不同[14]，可能與研究區(qū)域的氣候條件(溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等)以及不同大氣污染區(qū)污染物組分、濃度等不同有關(guān)，對(duì)此有待進(jìn)一步研究。

表4 主成分載荷矩陣

葉綠素含量可以反映植物葉片光合作用功能的強(qiáng)弱以及表征逆境脅迫下植物組織、器官的衰老狀況[15-17]。不同污染區(qū)植物葉片Chla、Chlb含量具有明顯的差異，且隨著污染程度的加劇，Chla、Chlb含量降低，這是因?yàn)橹参锷L(zhǎng)于受到污染的環(huán)境中，大氣中的二氧化硫、一氧化碳、氯氣、臭氧等有毒氣體以及懸浮顆粒物和重金屬氧化物在葉片表面形成覆蓋層，可使植物體內(nèi)的各種酶及光合器官等遭到破壞，植物葉中的Chla、Chlb都將發(fā)生變化[18-19]。在對(duì)葉綠素的破壞中，Chla和Chlb都會(huì)受到破壞而分解，并且具較多輔助及保護(hù)作用的Chlb比對(duì)植物光合作用起主要作用的Chla更易分解。在不同大氣污染區(qū)，葉片會(huì)提高植物體內(nèi)的葉綠素含量以便充分利用光能進(jìn)行生長(zhǎng)，提高Car含量則是為了避免植物受到傷害，這也是植物在葉片水平上抵抗環(huán)境污染的一種機(jī)制[18-19]。Chla、Chlb以及Car含量在不同環(huán)境中發(fā)生變化的大小都與植物的抗性和適應(yīng)性有關(guān)。抗性和適應(yīng)性強(qiáng)的植物，受到環(huán)境的影響較小，反之，則受環(huán)境的影響較大。女貞在受污染的環(huán)境中光合色素的分解程度低于香樟，從這個(gè)意義上來(lái)講，女貞較香樟具有更強(qiáng)的抗性和適應(yīng)性。

與SLW和葉綠素含量變化相一致，不同污染區(qū)綠化植物葉片δ13C值也隨著污染程度的增加而增加。光照條件的變化可影響植物葉綠素在葉中的分布、光合作用羧化酶的活性及其他與光合作用相關(guān)的過(guò)程。有研究表明，葉片δ13C含量能夠促進(jìn)光合速率的增加[20-21]。而光環(huán)境的差異會(huì)對(duì)葉片的光合速率和氣孔開(kāi)閉等造成影響。輕度污染區(qū)光合同化的CO2多，光合作用較強(qiáng)，造成葉片δ13C含量絕對(duì)值相對(duì)較高。相關(guān)性分析表明，葉片δ13C含量和SLW之間呈正相關(guān)，而光合色素含量與δ13C含量之間的關(guān)系較為復(fù)雜，并因樹種而異。女貞和香樟光合色素含量多，吸收的光能多，光合速率也大，但本研究發(fā)現(xiàn)δ13C含量與葉片的光合色素含量并不總是呈正相關(guān)的。δ13C值的變化應(yīng)該是由葉片的形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及光合特性的改變引起的，因?yàn)榫哂休^高SLW的葉片組織密度較高，生物量也較大，這些結(jié)構(gòu)能增加CO2擴(kuò)散的葉肉內(nèi)部阻力，使胞內(nèi)CO2濃度、光合作用都降低[22]。

大氣污染對(duì)綠化植物葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響可能是多方面的，可以直接引發(fā)光合機(jī)構(gòu)的損傷，同時(shí)影響光合電子傳遞和光合磷酸化以及暗反應(yīng)的有關(guān)酶系，同時(shí)，在大氣污染下，葉綠素的光還原活性降低，固定熒光Fo上升，F(xiàn)v/Fm明顯降低，反映出PSⅡ的潛在活性和原初光能轉(zhuǎn)換效率的減弱，它們的變化程度可以用來(lái)鑒別植物的不同抵抗或忍耐大氣污染的能力[23-24]。本研究中大氣污染已對(duì)綠化植物的生理生化特性產(chǎn)生不良的影響，導(dǎo)致光合色素含量和PSⅡ功能的明顯降低，綠化植物葉片主要光合色素和輔助色素受污染物的影響而出現(xiàn)了明顯的氧化降解現(xiàn)象，在光合色素降解的同時(shí)，對(duì)環(huán)境變化較為敏感的PSⅡ功能也受到了不同程度的抑制。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm代表原初的光能轉(zhuǎn)換效率，F(xiàn)v/Fo代表從Chla/Chlb蛋白復(fù)合體到PSⅡ的光能傳遞能力，兩者是近年來(lái)常用的研究植物對(duì)逆境響應(yīng)的重要生理參數(shù)[25]。本研究顯示，PSⅡ的原初光化學(xué)效率和從天線色素到PSⅡ反應(yīng)中心的傳能效率皆受大氣污染的影響，且Fv/Fo的下降幅度大于Fv/Fm的下降幅度。結(jié)果表明，重度污染區(qū)抑制了PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)化和傳能效率，以傳能效率受抑更為顯著。葉綠素?zé)晒夤饣瘜W(xué)猝滅系數(shù)qP是PSⅡ開(kāi)放的反應(yīng)中心相對(duì)濃度或開(kāi)放的PSⅡ反應(yīng)中心數(shù)量的量度；非光化學(xué)猝滅系數(shù)qN代表激發(fā)能被用于非光化學(xué)反應(yīng)如熱耗散等的程度，qN與葉綠體光合膜質(zhì)子梯度的建立及膜的高能態(tài)有關(guān)[25]。本研究顯示，大氣污染物引起其較高比例的PSⅡ反應(yīng)中心不能進(jìn)行有效的電荷分離，qP的下降伴隨qN的增加，女貞qP高于香樟，而qN則相反。qP的增大和qN的降低證明大氣污染使葉綠體吸收的光能用于有效的光化學(xué)轉(zhuǎn)換的比例減少，而用于非光化學(xué)反應(yīng)的耗散能量的比例增大。ΦPSⅡ是PSⅡ非環(huán)式電子傳遞的量子效率，為Fv/Fm與qP的乘積，也是PSⅡ功能的指標(biāo)之一，ΦPSⅡ在不同綠化植物中的變化規(guī)律與qP和Fv/Fm相似。因此筆者認(rèn)為女貞和香樟對(duì)大氣污染的耐受力較強(qiáng)。