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随着工业化和城市化的迅速发展,高浓度O3对城市树木影响已受到了广泛关注。本文针对这一问题,以我国北方城市几种常见绿化树种(2年生幼苗)为实验材料,通过开顶箱(Open-top chamber,OTC)模拟方法,研究了高浓度O3(120ppb,160ppb)对这些城市树木的生长、光合作用及逆境生理代谢的影响规律,揭示城市树木对高浓度O3的生理响应和适应机制,并利用电解质外渗率(EL)、膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量和叶绿素含量三个指标,通过模糊数学中的隶属函数来对各树种的抗臭氧性进行了综合评价和分析,筛选出城市耐臭氧树种,为城市绿化及城市森林建设中应对全球气候变化特别是大气臭氧浓度增加提供树种的选择的理论依据和实践指导。
得出的主要结果如下:
(1)高浓度O3短期(几天)熏蒸会使一些树种出现可见伤害。不同阔叶树种其伤害症状和伤害部位出现的情况不一样。普遍的症状是叶片褪绿出现褐色或浅黄色斑点或斑块。其中刺槐叶片伤害症状出现最早出现,在160ppbO3浓度下熏蒸两天便表现出伤害症状。且在熏蒸期间,表现出受害植物均为落叶树种,而针叶树种无明显伤害症状。
(2)以白桦和银杏为例,对其叶片组织结构进行分析,高浓度O3破坏了叶片的栅栏组织结构,改变栅栏组织和海绵组织比值。
(3)高浓度O3会使银中杨、梓树和元宝枫叶片的生长受到抑制,使其干重降低,其中银中杨降低最明显。
(4)高浓度O3(160ppb)显著降低了城市树木光合色素含量。同时使银中杨、梓树的PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)与PSⅡ电子传递量子产率((φ)PSⅡ)降低,发生光抑制,导致过剩能量增加;而油松的Fv/Fm与(φ)PSⅡ没有受到影响,表明了油松光和机构受到高浓度O3的影响较小。
(5)高浓度O3(160ppb)也会使得银中杨、梓树和白桦叶片的净光合速率下降,同时气孔导度、胞间CO2和蒸腾速率也都不同程度的降低。
(6)经高浓度O3(160ppb)处理后,各树种叶片的MDA含量和电解质渗透率也都不同程度的升高,表明了O3促使植物叶片发生氧化胁迫。在此期间,白桦和油松的SOD和APX活性呈现升高后降低的趋势,表明熏蒸初期,植物体通过增加酶活以提高抗高浓度O3胁迫的能力。
(7)熏蒸20天后,高浓度O3(160ppb)显著(P<0.05)提高了城市树木叶片的脱落酸(ABA)含量,且银杏和银中杨增幅比例最大(均大于200%),针叶树种油松、樟子松和华山松中华山松针叶中的ABA含量增幅最低(29%),这些结果表明高浓度O3加快了落叶树中的衰老,落叶树种较针叶树种对高浓度O3更为敏感。
(8)采用模糊数学隶属函数公式及加权法对电解质外渗率、MDA含量和叶绿素含量3个指标进行定量转换后,对树种的抗O3能力进行综合评价。结果表明,阔叶树种中元宝枫抗性较强;银中杨对O3敏感性强且有一定的抗性,可作为高O3的指示树种。针叶树种中樟子松和油松的抗性较强;抗性强的树种可作为城市绿化树种应对气候变化的首选。