酸雨處理對刨花潤楠幼苗生長的影響

唐義華，粟春青，何 通，秦安明，王凌暉，黃曉霞，譚長強，滕維超

（1.廣西國有大桂山林場，賀州 542899；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004；3.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，南寧 530002）

隨著工業(yè)的發(fā)展，酸雨給植物帶來的危害愈來愈嚴(yán)重，酸雨對植物的影響受到了全球性的關(guān)注[1]。我國酸雨類型由硫酸型酸雨逐漸向混合型酸雨、硝酸型酸雨轉(zhuǎn)變，由此將產(chǎn)生各種未知環(huán)境效應(yīng)[2]。雖然模擬酸雨對植物影響的研究在國內(nèi)外有大量報道，但有關(guān)酸雨對刨花潤楠的研究較少[2-3]。刨花潤楠（Machilus pauhoi）為樟科（Lawraceae）潤楠屬中的一種常綠喬木，產(chǎn)于浙江、福建、江西、湖南、廣東、廣西等省區(qū)，是廣西珍貴鄉(xiāng)土樹種之一[4]。本試驗以7個月生的刨花潤楠幼苗為研究對象，以3種不同類型的酸雨（硫酸型酸雨、硝酸型酸雨、硫酸硝酸混合型酸雨），以及3種不同濃度pH 2.5、pH 4.0、pH 5.6的酸雨，對幼苗進(jìn)行處理，探究這3種類型和3種濃度下的酸雨對刨花潤楠幼苗生長情況的影響，為今后刨花潤楠的栽植與養(yǎng)護(hù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗設(shè)計

試驗在廣西大學(xué)林學(xué)院苗圃 （108°17′9″E，22°50′29″N，）內(nèi)進(jìn)行，試驗材料為苗齡7個月的實生刨花潤楠幼苗。選取長勢基本一致、生長情況健康的刨花潤楠幼苗100棵作為試驗對象，設(shè)10個處理，每處理10株重復(fù)。其中硫酸型、硝酸型、混合型酸雨母液，用濃硫酸和濃硝酸按體積比S∶N=8∶1，N∶S=8∶1，S∶N=1∶1的方法配置（表1）。試驗從2016年9月1日開始至12月10日結(jié)束，期間每5天進(jìn)行1次人工酸雨澆灌，澆灌時將母液稀釋到pH值為2.5、4.0、5.6（用pH計測定其pH值），以清水為對照組，每次澆灌150 ml，其余時間根據(jù)植物的生長需要統(tǒng)一澆水。

表1 試驗設(shè)計Tab.1 Experimental design

1.2 指標(biāo)測定方法

處理結(jié)束后，對刨花潤楠幼苗進(jìn)行生長指標(biāo)的測定，每個處理重復(fù)3次。生長指標(biāo)包括株高、地徑、葉面積、根莖葉生物量、根總長、平均直徑、表面積。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計以及作圖，DPS 7.05和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同酸雨對刨花潤楠幼苗株高的影響

T7（pH 5.6硝酸型）、T8（pH 2.5硫酸型）的株高相對增量最高，分別為24.4%、18.6%；T1（對照組）、T4（pH 5.6混合型）、T5（pH 2.5硝酸型）、T10（pH 5.6硫酸型）的株高相對增量較低，分別為5.6%、5.6%、6.3%和8.0%；T2、T3、T6、T9間株高相對增量差異不顯著（圖1）。

圖1 不同酸雨對刨花潤楠幼苗株高相對增量的影響Fig.1 Effects of different acid rains on relative increment of Machilus pauhoi seedlings height

2.2 不同酸雨對刨花潤楠幼苗地徑的影響

T7（pH 5.6硝酸型）的地徑相對增量最高（28.0%），顯著高于其他處理；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，分別為19.1%、17.9%、17.3%；T1（對照組）的地徑相對增量最低（11.0%），顯著低于酸雨處理組；T3、T4、T5、T6、T8、T10間地徑相對增量差異不顯著（圖2）。

圖2 不同酸雨對刨花潤楠幼苗地徑相對增量的影響Fig.2 Effects of different acid rains on relative increment of ground diameter of Machilus pauhoi seedlings

2.3 不同酸雨對刨花潤楠幼苗根生物量的影響

在參試的酸雨處理組中，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），兩者間差異顯著；除T7、T8外，其他各處理組間根生物量差異不顯著（圖3）。

圖3 不同酸雨對刨花潤楠幼苗根生物量的影響Fig.3 Effects of different acid rains on root biomass of Machilus pauhoi seedlings

2.4 不同酸雨對刨花潤楠幼苗莖生物量的影響

各個酸雨處理組間刨花潤楠幼苗莖生物量差異不顯著，T4（pH5.6混合型）和T8（pH2.5硫酸型）的莖生物量最高，分別為5.8、5.7 g；T2（pH2.5混合型）和T1（對照組）的莖生物量最低，分別為4.1、4.3 g（圖4）。

圖4 不同酸雨對刨花潤楠幼苗莖干重的影響Fig.4 Effects of different acid rains on stem biomass of Machilus pauhoi seedlings

2.5 不同酸雨對刨花潤楠幼苗葉生物量的影響

在參試的酸雨處理組中，T5（pH2.5硝酸型）的葉生物量最大（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）的葉生物量最小（1.55 g）；除T4外，其余酸雨處理組間葉生物量差異不顯著（圖5）。

圖5 不同酸雨對刨花潤楠幼苗葉干重的影響Fig.5 Effects of different acid rains on leaf biomass of Machilus pauhoi seedlings

2.6 不同酸雨對刨花潤楠幼苗根總長的影響

T 1（對照組）的刨花潤楠幼苗根總長顯著大于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）。所有酸雨處理組中，T 4（pH 5.6混合型）的幼苗根總長最長（983.567 cm）；T 5（pH 2.5硝酸型）次之（976.064 cm）；T 7（pH 5.6硝酸型）的根總長最小（913.318 cm）。T 1（對照組）為997.146 cm（圖6）。

圖6 不同酸雨對刨花潤楠幼苗根總長的影響Fig.6 Effects of different acid rains on root length ofMachilus pauhoi seedlings

2.7 不同酸雨對刨花潤楠幼苗根總表面積的影響

T 1（對照組）的根總表面積高于酸雨處理組（圖7）。所有酸雨處理組中，T 4（pH 5.6混合型）的根總表面積最大（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（對照組）的根總表面積為27.74 cm2，顯著大于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）。

圖7 不同酸雨對刨花潤楠幼苗根總表面積的影響Fig.7 Effects of different acid rains on total surface area of root of Machilus pauhoi seedlings

圖8 不同酸雨對刨花潤楠幼苗根平均直徑的影響Fig.8 Effects of different acid rains on average root diameter of Machilus pauhoi seedlings

2.8 不同酸雨對刨花潤楠幼苗根平均直徑的影響

T 8（pH 2.5硫酸型）的根平均直徑顯著高于T 1（對照組）、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）。所有酸雨處理組中，T8（pH 2.5硫酸型）的根平均直徑最大（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）。對照組為0.879 mm（圖8）。

2.9 苗木質(zhì)量評價分析

根據(jù)Dickson等[20]提出的公式QI=苗木總干重/[（苗高/地徑）+（莖干重/根干重）]來計算，結(jié)果如下。

在QI體系評價下，刨花潤楠幼苗苗木質(zhì)量指標(biāo)最好的是T 5（pH2.5硝酸型），不同處理的QI排列順序為硝酸型2.5＞硫酸型4.0＞對照＞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，處理4（pH 5.6混合型）的刨花潤楠幼苗苗木質(zhì)量最差（表2）。從整體上看，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）苗木質(zhì)量均較差，T 5（pH 2.5硝酸型）的苗木質(zhì)量最好。

表2 不同處下刨花潤楠苗木質(zhì)量分析Tab.2 Seedling quality analysis in different treatments

3 結(jié)論與討論

酸雨對植物影響最直觀的表現(xiàn)是植物形態(tài)的變化，有研究表明，在pH 2.0的酸雨處理下，樟樹（Cinnamomum camphora）、大葉櫟（Castanopsis fissa）等樹種的葉片會受到明顯的傷害，葉面積減少[5-7]。于此相反，酸雨促進(jìn)了北美喬松（Pinus strobus）的生物量以及松針長度[8]。株高和地徑是植物形態(tài)的重要指標(biāo)，不同的酸雨梯度對植物株高和地徑的影響不同，研究發(fā)現(xiàn)，模擬酸雨促進(jìn)了糖槭（Acer saccharum）幼苗基徑的生長，卻抑制白云杉（Picea glauca）幼苗基徑的生長，雖然這種促進(jìn)和抑制作用不明顯[9]。pH 4.5的模擬酸雨促進(jìn)了曼地亞紅豆杉（Taxus media）和南方紅豆杉（Taxus chinensisvar.mairei）的株高生長[10]，pH 4.1的模擬酸雨促進(jìn)了油菜（Brassica napus）株高的生長[11]，pH 4.0和3.0的模擬酸雨促進(jìn)了黃槐（Cassia surattensis）幼苗株高的生長[12]。本試驗中，pH 2.5、4.0和5.6的硫酸型、硝酸型和混合型酸雨處理對刨花潤楠幼苗株高及地徑的生長具有普遍的促進(jìn)作用。

有研究表明，當(dāng)pH值在2～2.5之間，高強度的酸雨可能會對植物葉片造成傷害，抑制幼苗生長，減少生物量累積等[6，13]，但也有不同觀點認(rèn)為，酸雨處理中硝酸根離子、硫酸根離子可能增加土壤的氮和硫含量，從而具有施肥作用，促進(jìn)幼苗生長，提高生物量[9]。本試驗發(fā)現(xiàn)，除了pH 5.6硝酸型酸雨處理的根生物量顯著低于pH2.5的硫酸型酸雨處理之外，其余處理對刨花潤楠幼苗根生物量的影響不顯著；酸雨處理對刨花潤楠幼苗莖生物量的影響不顯著；酸雨處理下，刨花潤楠幼苗葉生物量與對照間差異不顯著。這說明本酸雨試驗對刨花潤楠幼苗生物量的積累并無太大的影響。

酸雨除了對植物的地上部分產(chǎn)生影響之外，也可以影響植物根系生長，研究表明pH 3.0的酸雨脅迫致使大豆的根數(shù)減少[5,14]。隨著pH降低，小麥根系長度縮短[15]。本試驗中，pH 4.0、pH 5.6的硝酸型和硫酸型酸雨處理顯著降低了總根長度，除了pH 4.0和pH 5.6混合型酸雨處理的根總表面積與對照的差異不大之外，其余處理均顯著降低根總表面積，表明酸雨脅迫會顯著降低根總長度和根總表面積，抑制根系生長，可能是由于根系細(xì)胞壁功能發(fā)生變化的結(jié)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）處理的根平均直徑均顯著高于對照，表明酸雨處理在降低根系總長度的同時，提高了根平均直徑。由此可見，酸雨處理改變了根系形態(tài)，使根系變得更短更粗，這可能是植物在酸雨處理下的反應(yīng)，有研究表明在重金屬脅迫中也出現(xiàn)根系變短變粗的現(xiàn)象[17-19]，這是一種根系應(yīng)對脅迫的反應(yīng)。

苗木質(zhì)量評價指數(shù)（QI）包含了苗木的高度、地徑以及地上和地下部分生物量，能夠較為綜合全面地反映出苗木質(zhì)量優(yōu)劣[20]。在QI體系評價下，不同處理的QI排列順序為硝酸型2.5＞硫酸型4.0＞對照＞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，結(jié)果表明，T 4（pH 5.6混合型酸雨）的刨花潤楠幼苗苗木質(zhì)量最差，T 5（pH 2.5硝酸型酸雨）的苗木質(zhì)量最好。