模擬酸雨脅迫對(duì)彩葉桂花新品種紫嫣公主和虔南桂妃生長的影響

陶秀花，羅惠文，羅永松*，肖活生

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜花卉研究所，江西 南昌 330200；2.江西省贛州市林業(yè)局，江西 贛州 341000；3.贛州市林業(yè)科學(xué)研究所，江西 贛州 341000)

酸雨是指pH<5.6的雨水,也包括雪、霧、雹等其他形式的酸性降水,科學(xué)上稱作酸沉降,包括濕沉降(如酸雨、酸雪、酸霧、酸雹)和干沉降(如二氧化硫、氮氧化物、氯氧化物)等氣體酸性物[1]。酸雨是世界十大環(huán)境問題之一,我國是繼歐洲、北美之后出現(xiàn)的世界第三大酸雨區(qū)[2-3],出現(xiàn)酸雨的城市比例已接近40%,并正在以城市為中心向遠(yuǎn)郊和農(nóng)村擴(kuò)散，雨水的酸性也愈來愈強(qiáng)[4]，以江西南昌和湖南長沙等城市為中心的華中酸雨區(qū)污染水平超過西南酸雨區(qū)[5],酸雨會(huì)影響植株正常生長。

紫嫣公主和虔南桂妃是近年選育出的彩葉桂花新品種，紫嫣公主的嫩枝紫紅色，幼葉至成年葉期依次呈現(xiàn)紫紅、淺黃、墨綠等顏色變化，彩葉期長、抗逆性、萌蘗力強(qiáng)，具有很高的園藝觀賞價(jià)值[6]。虔南桂妃的嫩枝及其葉片具有紫紅、淺紅、淺黃、黃綠等明顯特征，成年葉最終為綠色，彩葉觀賞期達(dá)半年之久，具有很高的觀賞價(jià)值[7]。為深入了解酸雨對(duì)彩葉桂花新品種紫嫣公主和虔南桂妃的影響，以一年生紫嫣公主和虔南桂妃扦插苗為試驗(yàn)對(duì)象，采用簡易大棚(6 m×30 m)設(shè)施栽培，使用模擬酸雨處理紫嫣公主和虔南桂妃，觀測其脅迫對(duì)紫嫣公主和虔南桂妃生長的影響，為彩葉桂紫嫣公主和虔南桂妃合理利用及可持續(xù)發(fā)展提供參考。現(xiàn)將研究結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于江西省南昌市青云譜區(qū)江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉所基地，東經(jīng)115°27″～116°35″、北緯約28°10″～29°11″之間；年均氣溫在17.1～17.8 ℃之間。極端最高氣溫達(dá)40 ℃以上，極端最低氣溫低于-10 ℃。年平均降雨量1567.7～1654.7 mm,年平均日照時(shí)數(shù)1772～1845 h。試驗(yàn)在大棚內(nèi)進(jìn)行，光照通風(fēng)良好。

1.2 試驗(yàn)材料

一年生紫嫣公主和虔南桂妃扦插苗來源于全南厚樸生態(tài)林業(yè)有限公司的苗木繁育基地。紫嫣公主的苗木高度為35～38 cm,虔南桂妃的苗木高度為43～45 cm，苗木的長勢一致,生長良好。2019年1月下旬在江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所基地大棚移栽到高35 cm、直徑30 cm的盆中，栽培基質(zhì)為栽培基質(zhì)按體積分?jǐn)?shù)由45%紅壤、20%泥炭、15%河沙、5%鈣鎂磷肥、15%草木灰混合而成。栽培后即用清水噴透1次。盆栽苗常規(guī)管理，光照條件為自然光，緩苗期間，用自來水進(jìn)行澆灌，充分緩苗1個(gè)半月后再實(shí)施酸雨處理。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 模擬酸雨配制 按照酸雨中硫酸根離子(考慮江西與湖南的酸雨區(qū)域性特征類似，模擬酸雨參照長沙市1992～2001年酸雨中SO42-∶NO3-約8∶1的比例配制[3]。先用濃硫酸和濃硝酸兌蒸餾水適量配置成原液,再用蒸餾水稀釋成pH值分別為3.0、4.0、5.0、6.0共4個(gè)酸液梯度，其中pH值6.0為對(duì)照組。pH值測定使用酸度計(jì)梅特勒pH計(jì)FE20。

1.3.2 模擬酸雨處理 結(jié)合江西省酸雨冬春(1～4月)酸雨的pH值最低，酸雨概率最高的情況[5]，于2019年1月下旬，將植于花盆的紫嫣公主和虔南桂妃扦插苗各20株隨機(jī)分組，每個(gè)濃度梯度重復(fù)5株，及時(shí)標(biāo)定編號(hào)。于2019年3月12日至4月16日按模擬酸雨各濃度梯度采用人工噴霧器噴灑葉面，以噴至葉面滴液為度，每5 d噴施1次，連續(xù)處理8次。

1.3.3 酸雨脅迫對(duì)苗木高生長的影響 用游標(biāo)卡尺測量新梢的長度，計(jì)算增長量、新梢增長率。計(jì)算公式如下：

新梢增長量=處理后的梢長-處理前的梢長

新梢增長率/%=新梢增長量/處理前的梢長×100%

在試驗(yàn)前1 d分別將紫嫣公主、虔南桂妃苗修剪成35、43 cm的統(tǒng)一高度。在5月下旬用鋼卷尺測量各處理的苗高，取其均值(表1)。

表1 模擬酸雨對(duì)紫嫣公主、虔南桂妃苗高的影響

1.3.4 酸雨脅迫對(duì)新生葉傷害的影響 根據(jù)酸雨脅迫對(duì)葉片傷害程度輕重，分為6個(gè)傷害級(jí)別[9]：0級(jí)，無酸雨脅迫危害癥狀；1級(jí)，有極少部分葉片表面出現(xiàn)零星黃白色傷斑；2級(jí)，有部分葉片表面出現(xiàn)黃白色傷斑，葉尖、葉緣變黃；3級(jí)，葉片表面出現(xiàn)明顯的灰褐色傷斑，約有1/2的葉尖、葉緣萎縮呈褐色；4級(jí)，大部分葉片有葉尖、葉緣焦枯和落葉現(xiàn)象；5級(jí)，大部分葉片萎蔫、落葉，直至死亡。

為了有效消除上述傷害程度分級(jí)不合理造成的誤差，在觀測每個(gè)處理葉片傷害程度時(shí)，以各級(jí)傷害嚴(yán)重程度幅度的均值即各級(jí)傷害程度的加權(quán)平均值反映各級(jí)的傷害程度，然后取8次處理的第2、4、6、8次共4次分別計(jì)算酸傷害指數(shù)(表2)，計(jì)算公式如下：

酸傷害指數(shù)=100×∑(各級(jí)傷害株數(shù)×相應(yīng)級(jí)傷害嚴(yán)重程度幅度的均值)/調(diào)查總株數(shù)

表2 模擬酸雨脅迫條件下紫嫣公主的酸傷害指數(shù)

1.3.5 酸雨脅迫對(duì)單葉質(zhì)量的影響 5月下旬，每個(gè)處理在5株苗木的枝條中上部隨機(jī)取10片酸雨脅迫處理后萌發(fā)出來的成熟葉片,用電子天平(島津AUY220)稱量單葉鮮質(zhì)量,取其均值(表3)。

表3 模擬酸雨對(duì)植物單葉質(zhì)量的影響結(jié)果g

1.3.6 酸雨脅迫對(duì)葉面積的影響 于5月底葉片定形期測定葉面積，葉面積使用智能葉面積測量系統(tǒng)YMJ-C測定(表4)。

表4 模擬酸雨對(duì)植物單葉面積的影響結(jié)果mm2

1.3.7 酸雨脅迫對(duì)葉綠素含量的影響 5月下旬均勻采取紫嫣公主和虔南桂妃植株中上部、同向、同節(jié)位枝條的1年生的葉片(酸雨處理后新葉片定形期)，測定其葉片的葉綠素含量，其中每個(gè)植株分別采取5片葉，對(duì)其葉綠素含量重復(fù)測定3次，取其平均值(表5)。葉綠素含量測定使用TYS-A葉綠素測定儀。

表5 模擬酸雨對(duì)植物葉綠素含量的影響結(jié)果SPAD

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用Excel 2017和SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件，分析酸雨pH值對(duì)苗高生長、新生葉和單葉質(zhì)量，葉面積和葉綠素含量的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬酸雨對(duì)彩葉桂紫嫣公主和虔南桂妃葉片的傷害

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)受酸雨脅迫后虔南桂妃葉片均會(huì)出現(xiàn)黑褐色枯斑、衰老斑，紫嫣公主出現(xiàn)葉卷曲、皺縮現(xiàn)象，隨著酸雨酸度的增加，2個(gè)品種的葉片受傷害程度隨之加重，但紫嫣公主受損程度明顯輕于虔南桂妃(圖1)。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，葉片接觸酸雨后，當(dāng)天很少出現(xiàn)癥狀，多數(shù)植物在第3天才有傷斑出現(xiàn)，第4～5天后癥狀穩(wěn)定下來并充分顯現(xiàn)；傷斑種類有圓斑、條斑、無規(guī)則斑點(diǎn)等，受害植物葉片可見傷斑的形狀、大小各異。

2.2 酸雨脅迫對(duì)彩葉桂紫嫣公主和虔南桂妃幼苗生長的影響

酸雨對(duì)幼苗生長的影響隨處理水平的不同而異,在酸雨pH值4.0～6.0處理下,紫嫣公主和虔南桂妃2種彩葉桂幼苗的生長受到的影響不顯著(表6),酸雨pH=5脅迫對(duì)幼苗的生長在一定時(shí)間內(nèi)有一定的促進(jìn)作用,隨著酸雨濃度的增加,彩葉桂幼苗的生長量都受到一定程度的抑制,pH=3.0酸雨脅迫下紫嫣公主和虔南桂妃幼苗的生長受到抑制，與對(duì)照存在顯著性差異(P<0.05)。

2.3 酸雨脅迫對(duì)彩葉桂紫嫣公主和虔南桂妃單葉質(zhì)量的影響

酸雨脅迫對(duì)紫嫣公主、虔南桂妃幼苗的葉生長有一定的影響，隨著酸雨濃度的增加而下降。紫嫣公主、虔南桂妃幼苗的單葉質(zhì)量整體為下降趨勢，pH≤4.0的酸雨影響單葉質(zhì)量，特別是酸雨pH=3對(duì)幼苗的葉面積抑制作用顯著(P<0.05)(表6)。

2.4 酸雨脅迫對(duì)彩葉桂紫嫣公主和虔南桂妃葉面積的影響

酸雨脅迫對(duì)紫嫣公主和虔南桂妃幼苗的葉面積大小有一定的影響，pH≤4.0的酸雨對(duì)虔南桂妃單葉面積抑制作用顯著；酸雨pH=3.0對(duì)紫嫣公主幼苗的葉面積抑制作用存在顯著性差異(P<0.05)(表6)。

2.5 酸雨脅迫對(duì)彩葉桂紫嫣公主和虔南桂妃光合系統(tǒng)的影響

抽梢展葉期新葉片葉綠素含量為0，封梢期新生葉片轉(zhuǎn)黃綠色時(shí)葉綠素含量開始增加，酸雨脅迫對(duì)紫嫣公主和虔南桂妃幼苗的葉綠素含量有一定的抑制作用，隨著酸雨濃度的增加而下降。葉綠素含量整體為下降趨勢。pH≤4.0的酸雨對(duì)紫嫣公主和虔南桂妃葉片葉綠素含量影響明顯(表6)，隨著模擬酸雨強(qiáng)度的加強(qiáng)，葉綠素含量逐漸降低作用顯著(P<0.05)。

圖1 不同濃度酸雨處理下2種葉片受酸雨脅迫后的表觀形態(tài)表6 不同酸雨處理下彩葉桂苗高、單葉質(zhì)量、葉面積和葉綠素含量的對(duì)比

品種處理苗高/cm單葉質(zhì)量/g葉面積/cm2葉綠素含量/SPAD紫嫣公主pH=6.0(CK)42.067 a0.427 a1738.867 a36.113 apH=5.044.833 a0.452 a1601.533 a36.593 apH=4.0 42.967 a 0.397 a1538.917 a33.440 bpH=3.0 37.833 b0.240 b938.067 b31.420 b虔南桂妃pH=6.0(CK)58.667 a 0.879 a2850.667 a37.347 apH=5.059.000 a 1.031 a3036.400 a37.440 apH=4.057.667 a0.847 a2548.000 b33.710 bpH=3.0 49.367 b0.677 b2422.667 b32.267 b

注：在組內(nèi)分別進(jìn)行差異顯著性比較，小寫字母不同則差異顯著(P<0.05)，小寫字母相同則差異不顯著(P>0.05)。

3 結(jié)論與討論

pH值5.0～6.0處理對(duì)彩葉桂紫嫣公主和虔南桂妃的生長沒有顯著的影響和抑制作用，而pH<4.0處理抑制了紫嫣公主和虔南桂妃生長，分別隨模擬酸雨pH值下降而下降。本研究中，pH值4.0～6.0處理對(duì)彩葉桂新梢生長率沒有顯著的影響和抑制作用，而pH<3.0處理則嚴(yán)重抑制了彩葉桂新梢生長。

酸雨的酸度越高(pH值越低),對(duì)植物造成的傷害就越重,其中酸雨對(duì)植物可以造成多方面的傷害,而葉片是直接的受害器官[10]，葉綠素作為植物光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)和光敏化劑，在光合作用過程中起著接受和轉(zhuǎn)換能量的作用[11]，植物葉片是捕獲轉(zhuǎn)換光能和制造有機(jī)物的最重要器官，植物葉綠素含量變化直接影響其光合作用過程。隨著酸性的增加，彩葉桂花生長受抑制的程度增大，葉綠素的合成也明顯被抑制，pH=4.0時(shí)彩葉桂紫嫣公主和虔南桂妃葉綠素含量降低，當(dāng)pH<3.0時(shí)，葉綠素含量則急劇降低，單葉質(zhì)量降低、葉面積減小，也進(jìn)而抑制植物生長，與宋文龍等的結(jié)論類似[12]。彩葉桂紫嫣公主和虔南桂妃應(yīng)避免在重度酸雨地區(qū)種植。