叶有华，周凯,，彭少麟*

1.国家环境保护饮用水水源地管理技术重点实验室//深圳市环境科学研究院，广东 深圳 518001；2.中山大学//有害生物控制及资源利用国家重点实验室，广东 广州 510275；3.河南科技学院园林学院，河南 新乡 453003

城市酸露对马缨丹的生态效应研究

叶有华1,2，周凯2,3，彭少麟2*

1.国家环境保护饮用水水源地管理技术重点实验室//深圳市环境科学研究院，广东 深圳 518001；2.中山大学//有害生物控制及资源利用国家重点实验室，广东 广州 510275；3.河南科技学院园林学院，河南 新乡 453003

城市酸露对植物的生态效应研究极其重要。选择广州市白云山实验大棚作为模拟实验场所，形成模拟露室（dew chamber），以南方常见园林植物马缨丹（Lantana camara）为研究对象。实验过程模拟了0.1、0.2和0.3 mm共3个露水量强度，以及pH 2.5、pH 4.0和pH 6.4共3个酸度梯度。结果显示，随着露水pH的升高，马缨丹根部生物量增加；在露水量强度为0.3 mm时，pH 2.5处理后的马缨丹根部生物量显著低于pH 4.0和pH 6.4处理；pH 2.5处理下，根、茎和叶在不同露水量强度处理下的生物量都呈现相同的规律，即0.3 mm露水量强度处理时生物量最大，其次是0.1 mm露水量强度处理，最小是0.2 mm露水量强度处理；在露水量强度和pH相同条件下，马缨丹各部分的生物量及其分配呈现根＜茎＜叶的规律，且叶的生物量是根的3倍多；当露水量强度较大时，一定酸度的露水有利于马缨丹叶生物量的增加；在露水量强度相同条件下，酸露对马缨丹茎高生长具有明显抑制作用。当露水量强度较小时，不同酸度处理马缨丹生物量差异达到显著水平。当露水量强度分别为0.1 mm和0.3 mm时，最低pH处理所获得的叶面积与较高pH所获得的叶面积差异显著。当露水量强度较小时，酸露抑制了马缨丹叶面积增长；当露水量强度较大时，一定程度的酸化对叶面积影响较小，只有酸化程度达到较高水平的露水才会导致叶面积显著减小。结果表明，城市酸化露水对植物的生长产生较大的影响，城市露水长时间附着在植物表面对植物的伤害极大，严重污染酸化后的露水也将显著抑制植物的生长。酸化露水对植物的作用效应可能受到露水酸度和露水量强度的双重影响。

酸露；马缨丹；生物量；茎高；叶面积

露水在干旱半干旱地区和干旱季节对植物生长具有重要意义，但多数研究停留在定性阶段（Wallin，1967；Kidron et al.，2000；Chowdhury et al.，1990；Marcos-Martin et al.，1995；Munne-Bosch et al.，1999；Green et al.，2000；Schun，1993；Malek et al.，1999；Briscoe et al.，1991；Barr et al.，1995），极少数通过实验进行验证，而目前有关露水生态效应的定量研究也未见报道。露水具有极其典型的频率、数量、时间特征，为此有学者明确提出，在未来，应加强露水对植物生态效应的实验研究及其有关的机理研究（叶有华等，2011）。

对于受到强烈干扰的城市地区来说，城市露水的形成受到各种环境因子影响，而前人在这方面的研究往往忽视了环境因子。经济的快速发展给城市带来了巨大福利，同时也引发了大气污染等问题。国外的研究结果（Chiwa et al.，2003；Rubio et al.，2002；Takeuchi et al.，2001）以及本课题前期研究结果都表明，城市露水正受到不同程度的酸化，而酸露对植物的作用效应研究极少。我国学者曾模拟酸露对蚕豆（Vicia faba）进行研究（乐毅全等，1998），然而，该研究过程未根据露水发生规律开展，忽视了露水发生的频率、露水量、露水在植物叶片附着的时间等，显然研究结果不能真实反映露水对植物的作用效应。酸沉降一直是大气环境研究的热点，酸露是酸沉降的一种类型，它对植物的作用效应也应受到学术界的重视。本研究将通过模拟的方法研究城市酸化露水对南方常见园林植物马缨丹（Lantanacamara）的生态效应。本研究的开展将进一步完善和丰富露水生态效应理论，同时对环境管理也有一定参考意义。

1 实验材料与方法

为了研究城市酸露对植物的生态效应，本研究选择广州市常见植物马缨丹（Lantana camara）作为研究对象。马缨丹原产美洲热带，我国广东、海南、福建、台湾、广西等地均有栽培，且已逸为野生。马缨丹喜光，喜温暖湿润气候，适应性强，耐干旱瘠薄，不耐寒，在疏松肥沃排水良好的砂壤土上生长较好。

本研究采用扦插法繁殖马缨丹。实验处理在广州市白云山玻璃大棚中进行。2007年7月9日，选择基径1.5～2.0 cm，高15 cm左右的2年生马缨丹（茎不带叶）扦插苗栽植于直径14 cm，高15 cm的盆中，插入土壤部分约5 cm。每个处理12盆，另设9盆对照（无露水处理）。

实验所用土壤取自广州市龙洞菜地，属砂壤土，使用前均匀混合并测定其养分和理化性质。用1∶2.5土液比水提后，采用pH计（pH B-4）测定土壤pH。土壤全N含量测定采用凯氏法；全P含量测定采用氢氧化钠碱熔-钼-锑抗比色法；全K含量测定采用火焰光度法；有机质含量测定采用重铬酸钾法；有效P含量测定采用碳酸氢钠法；有效K含量测定采用醋酸铵提取-火焰光度法。测得土壤pH为6.68，有机质、全N、全P、全K分别为33.34、1.343、0.733、6.234 g∙kg-1，有效N、有效P、有效K分别为52.37、23.63、122.67 mg∙kg-1。

马缨丹扦插后每天下午定时浇水，保证其生长所需水分充足。扦插2周后，马缨丹开始长枝萌叶。当叶片数大约为15片时开始处理，即8月9日开始进行模拟露水处理。由于所用土壤是砂壤土，保水蓄水能力差，土壤干燥极快，为了保证植物不因短期干旱缺水而死，在露水处理过程中，每周浇透水1次。9月9日露水处理结束，利用LICOR3100A和皮尺分别测定新生叶的叶面积和茎高，并收集全部叶片烘干称重。

通过模拟不同pH的城市露水研究酸露对马缨丹的生态效应，根据前期调查结果（pH 3.63～5.3）（Ye et al.，2012；叶有华等，2009），设置3个pH强度露水处理，分别为2.5、4.0、6.4。露水的酸度配置主要根据广州市近年来大气悬浮颗粒物中H2SO4与HNO3的比例（3∶1）（Zhou et al.，2007）进行，未考虑露水中的其它离子成分。在考虑露水酸度的同时，也考虑了广州市的露水量大小（Ye et al.，2007；叶有华等，2009），故设置0.1、0.2、0.3 mm共3个露水量强度，分别相当于4.5、9、13.5 g露水处理强度。酸露量等于叶面积和土壤面积之和与单位面积露水量的乘积。把盆的横断面面积近似看作土壤面积，开始处理前叶片的叶面积为各叶片的相对叶面积之和。

模拟酸露的处理方法主要采用薄膜袋覆盖法（Wilson et al.，1999）。本研究使用的薄膜是环保清洁袋。具体方法是：每天下午18点左右，将配置好的酸露装入小喷壶中，将酸露喷雾喷洒到植物上，同时将部分酸露喷雾喷洒到薄膜袋上，然后用带有酸露的袋子将植株罩住，形成一个模拟露室（dew chamber）；第2天早上6点左右将袋子揭开。模拟酸露处理的时间长度参考广州市日出和日落时间。模拟露水的实施在实验期间，每天进行模拟露水试验处理，对照实验则不喷洒酸雾同时不覆盖薄膜。

露水量的方差分析（Oneway analysis of variance，ANOVA）在置信度为0.05水平下进行。多重比较采用最小显著差法（简称LSD法），分别在置信度为0.05和0.01两个水平下进行。所有的统计分析在SPSS 11.5（SPSS Inc，USA）和Excel中完成。

2 结果与分析

2.1 酸露对马缨丹生物量的影响

酸露对马缨丹根、茎和叶生物量的影响结果（图1）表明，随着露水pH的升高，马缨丹根部生物量增加。在露水量强度为0.3 mm时，pH 2.5处理后的马缨丹根部生物量显著低于pH 4.0和pH 6.4处理后的生物量（P＜0.05）。随着露水pH的升高，在不同露水量强度处理下，茎的生物量变化不一。但是，酸化程度高的露水对茎生物量有明显的影响，且达到显著水平。pH 2.5处理下的茎生物量显著低于pH 6.4处理。在0.1 mm和0.2 mm露水量强度处理下，酸露明显抑制了马缨丹叶生物量的增加。在0.3 mm的露水量强度处理下，pH 2.5对马缨丹生物量的作用与pH 4.0和pH 6.4处理差异显著（P＜0.05），但pH 4.0和pH 6.4间的差异不显著。

pH 2.5处理下，根、茎和叶在不同露水量强度处理下的生物量都呈现相同的规律，即0.3 mm＜0.1 mm＜0.2 mm。而pH 4.0和pH 6.4处理下，根、茎和叶在不同露水量强度处理下的生物量差异较小。

在露水量强度和pH相同条件下，马缨丹各部分的生物量呈现根＜茎＜叶的规律，且叶的生物量是根的3倍多。

酸露对马缨丹总生物量的影响结果表明，在露水量强度为0.1 mm时，马缨丹总生物量随pH增加而增加，且酸化露水与未酸化露水的生物量差异达到显著水平（P＜0.05）；在露水量强度分别为0.2 mm和0.3 mm时，虽然未呈现随pH升高生物量增加的趋势，但在最低pH条件下马缨丹生物量也显著小于未酸化露水的生物量（图2）。在露水量强度为0.3 mm和pH为4.0时，总生物量值与未酸化露水的生物量差异极小。从根茎叶和总生物量结果可知，当露水量强度较大时，一定酸度的露水有利于马缨丹生物量的增加。

2.2 酸露对马缨丹生物量分配的影响

酸露对马缨丹生物量分配的影响结果如图3所示。结果表明，马缨丹根、茎和叶各营养器官在不同酸度处理下，生物量分配的差异不显著（P＞0.05）。在露水量强度和pH相同的条件下，马缨丹各部分的生物量分配呈现根＜茎＜叶的规律，且叶的生物量分配是根的3倍多，这与未酸化露水对马缨丹生物量分配的影响规律类似。

2.3 酸露对马缨丹茎高的影响

酸露对马缨丹茎高的影响结果（图4）表明，在露水量强度相同条件下，酸露对马缨丹茎的高度具有明显抑制作用。露水量强度较小时，差异达到显著水平（P＜0.05），但露水量强度较大时差异不显著。在露水酸化且pH相同条件下，不同露水量对马缨丹茎高产生的作用差异不显著。

2.4 酸露对马缨丹叶面积的影响

酸露对马缨丹叶面积的影响结果（图5）表明，不同酸度水平和不同露水量强度对马缨丹的叶面积影响不一。当露水量强度为0.1 mm和0.3 mm时，最低pH处理所获得的叶面积与较高pH所获得的叶面积差异显著（P＜0.05）；露水量强度为0.2 mm时，最低pH处理所获得的叶面积与最高pH所获得的叶面积差异也接近显著水平。在相同pH不同露水量强度处理下，马缨丹叶面积无明显规律性。结果说明，当露水量强度较小时，酸露抑制了马缨丹叶面积的增长；当露水量强度较大时，一定程度的酸化对叶面积影响较小，只有酸化程度达到较强水平的露水才会导致叶面积显著减小。

图2 不同酸露量时马缨丹的总生物量Fig.2 Total biomass of Lantana camara in difference acid dew amounts

3 讨论

自1972年联合国人类环境会议将酸雨作为全球性环境问题提出之后，酸沉降一直是学术界广泛关注的热点。酸沉降被认为是亚洲、北美和欧洲森林衰退的一个重要原因（Shan，1998；Shan et al.， 2000）。研究表明，酸沉降会导致土壤酸化（李霁等，2005）、植物叶片和根系受损（周国逸等，1995；孔国辉等，2003；Hogan，1998）、植物营养元素流失（Hutchinson et al.，1999）、细胞膜结构和功能被破坏（Izuta et al.，2004）、植株的呼吸增加和蒸腾降低（单运蜂，1994；高吉喜，1997）等。我国许多学者就酸沉降对森林生态系统的影响进行了大量的论述和研究（刘菊秀，2003；王代长等，2003；刘可慧等，2005）。综合认为，酸沉降除了在初期阶段表现出一定的正效应外，对森林植物的各个方面都造成极大的伤害。

酸露是酸沉降的一种类型。二十世纪八十年代，曾有学者对酸露进行过报道（Wisniewski，1982），但酸露一直未引起足够的重视。近年来有关城市露水的研究增加，但只涉及到大气环境污染条件下露水的成分分析，极少像酸雨研究一样，从生理生态效应角度去深入研究。

在酸露研究过程中，马缨丹出现叶片发黄、干枯脱落和根部部分腐烂的现象，这与酸雨对植物的伤害类似（Hogan，1998；Fenech，1998；周国逸等，1995；孔国辉等，2003）。酸露对马缨丹生物量、茎高和叶面积的影响结果也说明，在露水量强度较小时，酸露对马缨丹造成了极大的危害；当露水量强度较大时，一定程度的酸化对马缨丹生长影响较小，只有当酸化程度达到较强水平的露水才会导致其生长受到显著抑制。

酸露对马缨丹的伤害可能主要通过两条途径来实现。一方面，酸露长时间附着在马缨丹茎叶的表面，破坏茎叶的组织结构，使植株的代谢发生紊乱，从而引起其枝叶干枯，抑制生长。研究认为，酸雨会改变植物叶片表面蜡被层和角质层的理化特性，而这些结构的改变也降低了叶片的保护作用以及一些相关的调节作用，加速了叶片老化（Fenech，1998）。酸露对马缨丹叶片结构的改变以及由此引起的叶片黄化可能导致其光合速率下降，从而导致有机物合成减少。而酸沉降引起呼吸加快（单运蜂，1994），能量消耗过度，不利于植物生长。与酸雨类似，酸露还可能改变保卫细胞的膜透性，使K+外流增大，细胞膨压减少，气孔关闭（高吉喜，1997），从而导致蒸腾降低。

图3 不同酸露时马缨丹的生物量分配Fig.3 Biomass allocation of Lantana camara in difference acid dew amounts

图4 不同酸露量时马缨丹的茎高Fig.4 Stem height of Lantana camara in difference acid dew amounts

图5 不同酸露量时马缨丹的叶面积Fig.5 Leaf area of Lantana camara in difference acid dew amounts

另一方面，酸露进入土壤，直接伤害马缨丹的根部，同时引起土壤酸化，影响土壤养分平衡。这与酸雨对植物的影响类似（Khan et al.，2004；John et al.，1983；Singh et al.，2004）。周国逸等（1995）认为，森林植物的根系在酸雨作用下外部形态发生变化，这种变化可能影响到根系与土壤间水分和养分的交换。也有研究认为，土壤酸化引起的一种或多种营养元素缺乏是导致森林衰退和枯死的首要原因（郭玉文等，1997）。因此，与酸雨类似，酸露除了直接伤害马缨丹根系外，也可能导致土壤酸化，引起某种营养元素缺失，从而影响植物生长。

酸露对马缨丹的影响也不完全与酸雨对植物的影响类似。与酸雨相比，酸露具有酸雨所不具有的一些特征，如在植物叶片上的停留时间长、主要发生在夜间、发生频率大等。因此，酸露对植物的伤害机理有待进一步研究。

由本研究结果和国外的研究结果（Jiries，2001；Takenaka et al.，2003）可知，远离城市的森林其植物表面凝结的露水尚未酸化，暂不会对森林产生不良的影响。但随着城市污染加重及污染物转移和扩散加剧，在郊区森林中凝结的露水受到污染的可能性极大，如从化郊区的露水已经受到污染，呈现弱酸性。虽然酸露的量小，但是高频率和长时间的危害所累计的效应难以估计。为了减轻或杜绝酸露对植物的危害，各地区政府及其相关部门应不断完善环保法规，并严格执行；学术界和科技界应对露水的动态进行长期监测和研究，及时了解露水酸化的最新状况，提出防止露水酸化的措施和方法；社会公众应认真履行环保义务，减少污染物的排放。

4 结论

城市露水受到不同程度的污染，酸化露水对植物的生长产生较大的影响。虽然城市露水凝结量通常较少，但其长时间附着在植物表面对植物的伤害极大，严重污染后酸化的露水也将显著抑制植物的生长。酸化露水对植物的作用效应可能受到露水酸度和露水量强度的双重影响，酸度和露水量强度两者对植物的影响贡献大小尚不清楚。本研究采用薄膜袋覆盖法模拟露水的产生，考虑了各处理中的露水发生频率、凝结量、酸度、风的影响、附着时间等因素，作为控制实验而简化了露水形成的过程，虽解决了实验操作上的困难，但也忽略了露水凝结过程中的综合影响因素，如露水凝结过程、持续时间、气温、风速、植物蒸发散等单因素和综合交互作用，因为露水形成与这些要素均有关联（Kidron，2000；Ye et al.，2007；叶有华等，2011）。蒸发散过程形成的植物吐水也可能对叶表面的酸度有影响，气温和风速均可能改变露水凝结量及其在叶表面的附着时间，进而导致露水与植物之间的相互作用发生改变，综合因素的影响则更加复杂。目前的研究仅针对马缨丹进行了控制实验，有关城市露水对植物的作用效应尚需进一步深入研究，酸露对植物的伤害机理也有待进一步探索。

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Ecological Effect of Urban Acid Dew on the Landscape Plant Lantana camara

YE Youhua1,2, ZHOU Kai3, PENG Shaolin2*
1.State Environmental Protection Key Laboratory of Drinking Water Source Management and Technology//Shenzhen Academy of Environmental Science, Shenzhen 518001, China; 2.State Key Laboratory of Biocontrol//Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China; 3.School of Horticulture and Landscape Architecture, Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003, China

The research on the ecological effects of urban acid dew on plants is extremely important.In order to carry out this research, Guangzhou Baiyunshan Experimental Greenhouse was selected as a simulation experiment site to form a simulation dew chamber.Lantana camara, a common southern garden plant, was chosen as the research object.The three dew drops of 0.1 mm, 0.2 mm and 0.3 mm were simulated, and the pH values of pH 2.5, pH 4.0 and pH 6.4 were calculated.Many experimental results were obtained, including: (1) The biomass of root increased with the increasing pH value; the biomass of root at the condition of pH 2.5 was significantly lower than that of pH 4.0 and pH 6.4; when the pH value is 2.5, the biomass of root in 0.3 mm is lower than that in 0.1 mm and 0.2 mm, and the biggest value occurred in 0.2 mm; Similar rules were found in stem and leaf biomass when the Lantana camara was dealt with the pH 2.5; on the condition of the same dew amounts and pH, similar rules in biomass and biomass allocation were found, that was root＜stem＜leaf, and the biomass of leaf were 3 times more than that of root; when the dew amounts were comparative bigger, a certain degree of acidity dew would be helpful for the biomass increasing.(2) On the condition of the same dew amounts, the stem height of Lantana camara was inhibited; when the dew amounts were small, significant differences were found.(3) When the dew amount is 0.1 mm and 0.3 mm, remarkable leaf area differences were found between the lowest and higher pH treatment.When a small dew amount treatment, acid dew suppressed the leaf area increase of Lantana camara.On a condition of a large of dew amount, less affection on leaf area were found when exposed to a certain degree of acidification, only the strongest dew acidification will lead to a significant decrease of leaf area.Results indicated that the acid dew in city had a greater impact on the growth of Lantana camara.Maybe there is a great harm to plants when urban dew long adhered to plant surfaces.Therefore, the acid dew caused by the serious pollution may significantly inhibit the growth of plants, and the role of urban acid dew on plants may be subject to double impact of acidity and amount.

acid dew; Lantana camara; biomass; leaf area; stem height

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.10.001

Q948; X173

A

1674-5906（2016）10-1591-08

叶有华, 周凯, 彭少麟.2016.城市酸露对马缨丹的生态效应研究[J].生态环境学报, 25(10): 1591-1598.

YE Youhua, ZHOU Kai, PENG Shaolin.2016.Ecological effect of urban acid dew on the landscape plant Lantana camara [J].Ecology and Environmental Sciences, 25(10): 1591-1598.

国家重点研发计划项目（2016YFC0502800）；国家自然科学基金项目（30670385）；广东省特聘教授（珠江学者）基金项目；深圳市环境科技计划项目（0708-144106ZXY030；SZZZ2015-C0007；LD2015GP-SZC055）

叶有华（1979年生），男，高级工程师，博士，主要从事城市生态与可持续发展研究。E-mail: yeyouhua1113@126.com *通信作者。E-mail: lsspsl@mail.sysu.edu.cn

2015-12-30