酸强度和作用方式对石栎生长与光合作用的影响*

李 斌 陈敏斯 刘美华 俞 飞 伊力塔#

(1.浙江农林大学林业与生物技术学院，浙江 杭州 311300；2.北京林业大学林学院，北京 100083)

随着经济的快速发展，以燃煤为主的燃料消耗大幅增加，导致我国酸雨形势十分严峻，其中浙江是受到酸雨严重侵害的省份之一，特别是浙北的临安[1]，2013—2017年酸雨频率均在72.1%以上[2]，给当地山区的亚热带森林带来了巨大危害。

大量研究表明，酸雨可能会降低植物光合作用能力，阻碍植物正常生长[3-4],[5]232,[6]2489。酸雨主要通过直接作用(伤害植物地上部分)、间接作用(进入土壤后通过改变土壤性质作用于植物地下部分)以及综合作用(包括直接作用和间接作用)影响植物[7]2183。但是朱韦京等[5]235、唐玲等[6]2489、于晓鹏等[8]研究发现，短期的合适强度酸雨可以促进部分植物的生长。

石栎(Lithocarpusglabra)对微酸条件具有良好的适应性[9-10]。本研究探究了酸强度和作用方式对石栎的生长、光合作用过程的影响，为亚热带酸雨区森林恢复备选树种。

1 材料与方法

1.1 实验设计

在浙江农林大学东湖校区平山试验基地温室(119°44′E，30°16′N)取当地土壤作为栽培土，选取长势基本一致的两年生石栎幼苗于2016年5月盆栽于塑料花盆中。缓苗两个月后，随机分成6组，每组10盆，每盆1株，于2016年7月进行酸喷淋，每周喷淋3次，每次300 mL。实验期间适时补水，不施肥，及时去除杂草。

浓H2SO4、浓HNO3体积比8∶1配制成母液，用水稀释成pH分别为2.5(处理组)、5.6(对照组)的酸。不同pH下各设置3种作用方式：幼苗的地下部分用塑料膜遮盖防止酸进入，仅对植物的地上部分进行酸喷淋，待植株地上部分无液滴时，除去塑料膜，土壤中补充与酸等量的蒸馏水，是为直接作用处理(T1)；将酸喷淋到土壤中，然后用塑料膜遮盖植株生长的土壤，给其地上部分补充与酸等量的蒸馏水，待植株地上部分无液滴时，除去塑料膜，是为间接作用处理(T2)；将酸喷淋到土壤中，然后用塑料膜遮盖植株生长的土壤，再给其地上部分喷酸，待植株地上部分无液滴时，除去塑料膜，是为综合作用处理(T3)。

1.2 指标测定

2016年9月实验结束，并测定各项指标。

1.2.1 生物量与营养元素

破开塑料花盆，尽量保持根系完整，用清水冲洗植株上的灰尘、虫卵、泥土等杂质，然后把植株分成叶、茎、根3部分，70 ℃下烘干至恒重，称量叶、茎、根的干重。

将植物磨碎、过100目尼龙筛后用浓H2SO4、H2O2消煮，并通过凯氏定氮法[11]、钼锑抗比色法[12]、火焰光度法[13]分别测定植物体内全氮、全磷、全钾含量。

1.2.2 光合作用相关参数

利用便携式叶绿素含量测定仪(SPAD-502)测定植株的相对叶绿素含量(SPAD)[7]2185；用便携式叶绿素荧光仪(PAM-2100)测定叶绿素荧光参数，计算得到PSⅡ原初光能转化效率(Fv/Fm)、光合量子产额(Y)和光化学猝灭系数(qP)；用便携式光合作用测定系统(Li-6400)测定光合有效辐射为2 000 μmol/(m2·s)(已达到光饱和点)下的气孔导度(Gs，mol/(m2s))、蒸腾速率(Tr，mmol/(m2s))、净光合速率(Pn，μmol/(m2s))、胞间CO2(Ci，mmol/(m2·mol))[7]2185。

2 结果与分析

2.1 生物量积累

植物生长量能直观反映其生长状况。从图1可以看出，实验组的3种处理与对照组相比均增加了石栎幼苗的整株生物量，其中T2处理可以使整株生物量增加95.5%，达到显著差异水平；并且T2处理对石栎幼苗叶、茎、根生物量积累都有促进作用，分别增加165.7%、83.7%、52.1%；实验组的T1和T3处理对石栎叶、茎、根及整株生物量略有抑制，但与对照组无显著差异。由此推测，石栎对强酸有很好的适应性，强酸通过土壤作用甚至可以促进石栎生物量的积累。

注：不同字母表示处理间差异显著(p<0.05)，下同。图1 酸处理对石栎幼苗生物量的影响Fig.1 Effect of acid treatments on biomass of Lithocarpus glabra seedlings

2.2 营养元素

图2为3种处理方式下实验组与对照组的全氮含量比较。由图2可见，实验组T2处理的全氮含量较对照组显著提高，而T1和T3处理的全氮含量有所下降，但无显著差异。

图2 酸处理对石栎幼苗全氮的影响Fig.2 Effect of acid treatments on total nitrogen of Lithocarpus glabra seedlings

图3为3种处理方式下实验组与对照组的全磷含量比较。由图3可见，实验组T3处理的全磷含量较对照组显著提高，而T1和T2处理无显著差异。

图3 酸处理对石栎幼苗全磷的影响Fig.3 Effect of acid treatments on total phosphorus of Lithocarpus glabra seedlings

图4为3种处理方式下实验组与对照组的全钾含量比较。由图4可见，实验组3种处理的全钾含量与对照组相比，均未达到显著。

综合全氮、全磷、全钾3种营养元素的分析可以得出，石栎对强酸有很好的适应性，强酸不会对石栎营养元素的积累产生显著影响，甚至强酸通过土壤作用可以促进石栎某些部位对特定营养元素的吸收，这也与2.1节生物量的积累相统一。

图4 酸处理对石栎幼苗全钾的影响Fig.4 Effect of acid treatments on total potassium of Lithocarpus glabra seedlings

2.3 光合作用

由图5可知，实验组与对照组相比，SPAD、Fv/Fm、Y和qP4个指标T1和T3处理下均无显著性差异，但T2处理下都显著升高。

由图6同样可以发现，实验组与对照组相比，Gs、Pn两个指标T1和T3处理下均无显著性差异，但T2处理下都显著升高。Tr反而是T2处理下差异不显著，可能是因为蒸腾作用对光合作用的影响相对较弱。Ci在实验组T1处理显著低于对照组，而T2处理显著高于对照组，T3处理无显著差异。

光合作用参数进一步证明，石栎对强酸有很好的适应性，强酸基本不会对石栎光合作用产生显著影响，甚至强酸通过土壤作用可以促进石栎的光合作用，但是强酸直接作用于石栎地上部分可能会对石栎光合作用有一定抑制作用。同时喷淋地上和地下部分，促进和抑制作用可以相互抵消。

3 讨 论

石栎叶片具有较厚的蜡质层、角质层和排列紧密的灰白色绒毛，这使得酸雨在叶片表面的停留时间短，可以减少酸雨对其叶片的伤害[14]。而酸雨中的氮元素进入土壤后可能有施肥效应，加上土壤具有缓冲和稀释作用，对于我国亚热带地区普遍缺氮的土壤无疑是补充了氮源[15]。袁远爽等[16]也指出，酸雨胁迫时植物可通过减少叶面积的方式来降低酸雨淋溶造成的伤害。由于一般酸雨中不含磷元素和钾元素，因此实验组和对照组间的全磷和全钾含量基本都是差异不显著。实验组T2处理对石栎幼苗光合作用的促进可能也与补充土壤中的氮元素有关。此外，酸雨也可能对植物幼苗叶绿素含量有直接影响[17-18]。酸雨如果把石栎幼苗叶片表面的蜡质层和角质层破坏掉，酸雨就会从气孔进入植株体内，从而破坏植株的生理生化功能和代谢过程。

图5 酸处理对石栎幼苗SPAD、Fv/Fm、Y和qP的影响Fig.5 Effect of acid treatments on SPAD,Fv/Fm,Y and qP of Lithocarpus glabra seedlings

图6 酸处理对石栎幼苗Gs、Tr、Pn和Ci的影响Fig.6 Effect of acid treatments on Gs，Tr，Pn and Ci of Lithocarpus glabra seedlings

4 结 论

含H2SO4和HNO3的强酸(pH=2.5)喷淋到土壤中对石栎幼苗生物量积累、氮元素吸收和光合作用均有显著促进作用；而喷淋到植株地上部分可能对石栎幼苗生物量积累、营养元素吸收和光合作用有抑制作用，但基本无显著差异；同时喷淋土壤和地上部分，促进和抑制作用可以互相抵消，对石栎幼苗生物量积累、营养元素吸收和光合作用基本无显著影响。因此，石栎对pH=2.5的强酸有很好的适应性，短期强酸雨不会对其产生显著影响，可以作为我国亚热带酸雨区森林恢复的备选树种。