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觀量子效率( a q ,且隨著濃度增加,抑制程度也加強(qiáng);同時(shí)顯著降低p s 實(shí)際 光能轉(zhuǎn)化效率( a f f m ) 和電子傳遞速率( e r r ) ,并使葉綠素?zé)晒夥枪饣瘜W(xué)猝滅 ( n p q ) 增高。結(jié)果表明,n 9 0 2 處理導(dǎo)致蠶豆葉片凈光合速率減少的原因可能主 要是由于h g c l 2 抑制了光合電子傳遞過(guò)程。 本研究將植物的滯塵能力和對(duì)塵污染脅迫的抗性強(qiáng)弱結(jié)合起來(lái),綜合選擇和 評(píng)價(jià)綠化植物,為高速公路建設(shè)后期綠化植物的篩選和配置提供了合理的依據(jù), 同時(shí)也為高速公路滯塵綠化樹(shù)種的選擇提供了新思路。 關(guān)鍵詞:灰塵,凈光合速率n ) ,氣孔導(dǎo)度( g s ) ,蒸騰速率( 1 d h a b s t r a c t h i g h w a y , a sf i n i m p o r t a n ti n d i c a t o ro fan a t i o n se c o n o m i cc a p a b i l i t i e sa n d d e v e l o p m e n tl e v e l s h a sd e v e l o p e dq u i c k l y 謝mt h er a p i dg l o b a le c o n o m i cp r o g r e s s i nt h es h o r ts p a no f t h el a s td e c a d e ,c h i n e s et o t a lm i l e a g eo f h i g h w a yh a sl e a p tu pt o t h es e c o n dp l a c ei nt h ew o r l d ,w h i c hh a ss i g n i f i c a n tm e a n i n gt oc h i n e s ee c o n o m i c p r o g r e s sa n dt h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d h o w e v e r , a sal a r g e e x p l o i t a t i o na n dc o n s t r u c t i o np r o j e c t , i t sn e g a t i v ei m p a c t so ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a r ee s p e c i a l l yp r o m i n e n t s oh o wt o p r o t e c tt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta r o u n d h i g h w a yh a sb e c o m eap r o b l e mw h i c hi si nd i r en e e do fs o l u t i o n a l a r g ea m o a n to fd u s tc o u l db eu n a v o i d a b l ep r o d u c e di nh i g h w a yc o n s n u c t i o n p r o c e s s e s ,s u c h a st h eb u i l d i n go fr o a d b e da n ds i d es l o p e s ,r o a dp a v i n g ,a n de r e t h e c o m p o n e n to ft h ed u s ti nc o n s t r u c t i o no fh i g h w a yi sv e r yc o m p l e x ,a n di tc a l lb e d i f f u s e dw i d e l y d u s t i n gc o u l dc a u s ed a m a g en o to n l yt ot h en o r m a lm e t a b o l i s m , m o r p h o l o g y , g r o w t ha n dd e v e l o p m e n to fv e g e t a b l e s ,b u te v e nt op l a n tc o m m u n i t i e s u pt on o w , t h e r ew e r el i t t l es t u d i e so nt h er e s p o n s e so f t h es t o m a t a lc o n d u c t a n c e ( g s ) , t h en e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ( p n ) a n dt h et r a n s p i r a t i o nr a t ef i r ) o f p l a n t s l e a v e st ol o n g t e r mt r e a t m e n to fd u s tc o v e r i n g m o r e o v e r , w h e nc h o o s i n gt h eg r e e n i n gp l a n t s ,i ti s a l w a y so n l yt a k e ni n t oa c c o u n tt h ep l a n t sd u s tc a t c h i n ga b i l i t y , b u ti g n o r e dt h e p h y s i o l o g i c a lc h a n g eu n d e rd u s tc o v e r i n gw o u l da d v e r s e l ya f f e c tt h ed u s tc a t c h i n g c a p a c i t yo f p l a n t 8l e a v e s h it h i sl e s e a r c h ,t h ed u s t i n gs t r e s si nh i g h w a yc o n s t r u c t i o nf i e l dw a ss t i m u l a t e d a n dt h er e l a t e dp h y s i o l o g i c a lp a r a m e t e r sa f t e rl o n gt e r mt r e a t m e n to fd u s tc o v e r i n g w e r ee x a m i n e di n2 0s o r t so f p l a n t sw h i c hw e r ec h o s e nf r o mn a t i v ep l a n t sa r o u n dt h e h i g h w a ya n dt h ec o l n l n o ng r e e n i n gp l a n t s i tw a sf o u n dt h a tt h en e tp h o t o s y n t h e t i c r a t e ( p n ) a n dt h et r a n s p i r a t i o nr a t e w e r gb o t hi n h i b i t e di nm o s tp l a n t s l e a v e s m e a n w h i l et h es t o r r m t a lc o n d u c t a n c e ( g s ) o f l e a v e sw a sr e d u c e d ,t o o t h ed e c r e a s ei n p n b yd u s t i n gi np l a n t ss u c hu sg i n k g ob i l o b a ,p i n u st h u n b e r g i ip a r l a t o r e , p i t t o s p o r u mt o b i r aa n dj a s m i n u mn u d i f l o r u mw a sm a i n l yd u et ot h ei n h i b i t i o no f 1 1 1 s t o m a t a s ;b u ti np l a n t s a s f o r s y t h i av i r i d i s s i m al i n d l , b e r b e r i st h u n b e r g i i c v a r t r o p u r p u r e aa n dj a s m i n u mm e s n y i ,t h ed e c r e a s ei np nw a sm a i n l yd u et ot h e i n h i b i t i o no fp h o t o s y n t h e f i ce a p a e i t yi nm e s o p h y l lc e l l s m o w o v e r , w ef o u n dt h e r e s i s t a n c ea b i l i t i e so ff r u t e xv e g e t a b l e st od u s tc o v e r i n gs t r e s sw e r eg e n e r a l l yh i g h e r t h a nt h a to fa r b o rv e g e t a b l e s ;p l a n t ss u c ha sf i r m i a n as i m p l e x , p l a t a n u so r i e n t a l i s a n dr h o d o d e n d r o ns i m s i i , w h i c hw e f en o to n l yg o o da td u s t i n g - c a t c h i n gb u ta l s o r e s i s t a n tt od u s t i n gs t r e s s ,c o u l db ea p p l i e d 鶴e f f e c t i v ed u s t - c a t c h i n gp l 髓t s b u t s e n s i t i v ep l a n t st od u s t i n gs t r e s s s u c ha sl i g u s t r u nl u c i d u ma i r , p l a t y c l a d u s o r i e n t a l i sa n dk o e l r e u t e r i ah i p i n n a t a s h o u l db ec h o s e na sg r e e n i n gp l a n t so n l yu n d e r c e r t a i nc o n d i t i o n s m o r e o v e r ,t h ei n h i b i t i o ne f f e c to np h o t 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t e si nl e a v e sm i g h tm a i n l yb ed u e t ot h ei n h i b i t i o no f p h o t o s y n t h e t i c e l e c t r o nt r a n s p o r t t h i ss t u d yp r o p o s e di n t e g r a t i v ee x a m i n a t i o na n de v a l u a t i o no fg r e e n i n gp l a n t s 0 1 1t h eb a s i so fc o m b i n a t i o nt h ed u s t i n g - c a t c h i n gc a p a c i t yw i t hr e s i s t a n c ea b i l i t yt o d u s t i n gs t r e s so f # a n t s o u rr e s u l t sp r o v i d e das c i e n t i f i cb a s i sf o rs e l e c t i o na n d c o l l o c a t i o no f g r e e n i n gp l a n t sa n dan e ww a yh e l p i n gt oc h o o s et h eg r e e n i n gp l a n tf o r d u s tc a t c h i n g k e yw o r d s :d u s t ;n e tp h o t o s y n t h e s i sr a t e ( p n ) ;s t o m a t a lc o n d u c t a n c e ( g s ) ; t r a n s p i r a t i o nr a t e l v 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明,所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研 究成果。據(jù)我所知,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,論文中不包含其他 人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果,也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu) 的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 己在論文中明確的說(shuō)明并表示了謝意。 研究生簽名:日期 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,即:學(xué)校有權(quán) 保留送交論文的復(fù)印件,允許論文被查閱和借閱;學(xué)??梢怨颊撐牡娜?jī)?nèi)容, 可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 研究生簽名 ( 保密的論文在解密后遵守此規(guī)定) 導(dǎo)師簽名 鞘曰期j _ 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 章前言 隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,作為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要 標(biāo)志之一的高速公路,也得到了迅猛地發(fā)展。在短短的十年時(shí)間內(nèi),我國(guó)高速 公路總里程躍居世界第二位,對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)騰飛和人民生活水平的提高具有積極 的意義。然而公路建設(shè)引起的生態(tài)環(huán)境惡化問(wèn)題也隨之日益突出,成為一個(gè)不 可忽視的環(huán)境問(wèn)題。 1 1 高速公路建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響 高速公路建設(shè),作為一個(gè)龐大的開(kāi)發(fā)建設(shè)工程,會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的 負(fù)面影響。公路建設(shè)所引起的生態(tài)破壞已成為生態(tài)環(huán)境惡化的主要原因之一, 并且呈加重和發(fā)展趨勢(shì)。一般而言,公路建設(shè)期對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響主要由大規(guī) 模的土建工程所產(chǎn)生,這些影響有: ( 1 ) 破壞植被。在公路建設(shè)的前期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地表的清理將對(duì)植被產(chǎn)生徹底破 壞。另外,在建設(shè)過(guò)程中公路兩側(cè)及挖方段、填方段、取土場(chǎng)、棄土場(chǎng)、施工 便道預(yù)制場(chǎng)、拌合站等處的植被也會(huì)遭到破壞。 ( 2 ) 影響生物的生存環(huán)境。公路建設(shè)割斷了生物遷移和覓食的途徑,這對(duì) 某些生態(tài)保護(hù)區(qū)將產(chǎn)生一定的影響。此外,路面與周?chē)孛嫘再|(zhì)的極大差別也 改變了對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和反射作用,加上車(chē)輛散熱和道路上空的空氣粉塵、 c 0 2 含量增高,導(dǎo)致道路周?chē)囟ǖ男夂颦h(huán)境發(fā)生一定的改變,從而影響了 生物的生存環(huán)境。 ( 3 ) 改變地形地貌。公路建設(shè)對(duì)地形地貌會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響,微丘和 重丘地區(qū)尤其如此。 ( 4 ) 影響景觀。公路建設(shè)對(duì)景觀格局產(chǎn)生重要的影響:一是由于公路建設(shè) 對(duì)地表植被的大量破壞,使景觀要素發(fā)生變化,致使景觀斑塊的比例結(jié)構(gòu)發(fā)生 變化,朝著多優(yōu)勢(shì)度的方向發(fā)展;二是在景觀系統(tǒng)中出現(xiàn)新的景觀要素,增加 了景觀的碎裂度,出現(xiàn)新的景觀斑塊;三是作為大型構(gòu)筑物,公路在景觀相鄰 組分之間增加了一道屏障,可以對(duì)景觀產(chǎn)生較強(qiáng)烈的分裂效果。此外,大型挖 方填方路段由片石砌成的寸草不生的護(hù)坡破壞了山體的植被和自然曲線,對(duì)景 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 觀也有一定的影響。 ( 5 ) 水土流失。影響水土流失的因素主要有降雨條件、植被覆蓋率、土壤 性質(zhì)、坡度和坡長(zhǎng)等。公路建設(shè)對(duì)植被的大規(guī)模破壞、使抵抗流失力強(qiáng)的表層 土壤遭到破壞、及填挖所造成的人工微地形有較大的自然安息角,這些都為土 壤流失的發(fā)生提供了潛在的勢(shì)能。 ( 回其他影響。包括施工灰塵、施工噪聲、施工人員的生活污水、瀝青煙、 等也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響。尤其是施工建設(shè)所產(chǎn)生的大量塵污染,不但會(huì)對(duì) 施工人員和周邊居住人群的健康產(chǎn)生危害,同時(shí),也會(huì)影響周邊植物的正常代 謝和生長(zhǎng)發(fā)育。 綜上所述可見(jiàn),高速公路建設(shè)對(duì)施工區(qū)及周邊區(qū)域的原生植被破壞非常嚴(yán) 重。從生態(tài)環(huán)境的角度來(lái)看,大面積的土建工程會(huì)直接造成植被的破壞,植物 生物量的減少以及生物多樣性的下降,這些影響可隨旌工期的結(jié)束而得到緩解。 然而施工建設(shè)產(chǎn)生的塵污染、廊道效應(yīng)以及小環(huán)境氣候的改變等對(duì)原生植被所 造成的潛在和長(zhǎng)期影響在施工結(jié)束后依然存在。尤其是施工建設(shè)中產(chǎn)生的塵顆 粒,其生成量大、組分復(fù)雜且涉及面廣,對(duì)植物的正常生理代謝、形態(tài)和生長(zhǎng) 發(fā)育以及植物群落都會(huì)產(chǎn)生不可估量的傷害,具有隱蔽性、潛在性和長(zhǎng)期性, 是容易被忽視而又必須格外重視的。 1 2 高速公路灰塵的來(lái)源、組成和危害 塵是危害大氣環(huán)境質(zhì)量的主要因素之【l 】。塵污染不僅破壞環(huán)境空氣質(zhì)量, 影響人體的健康,同時(shí)也會(huì)對(duì)植被造成不可估量的傷害。隨著經(jīng)濟(jì)和建設(shè)快速 的發(fā)展,塵污染已經(jīng)成為人們新的關(guān)注焦點(diǎn)。 1 2 1 高速公路施工期和營(yíng)運(yùn)期灰塵的來(lái)源與組成 1 2 1 1 施工期灰塵的來(lái)源與組成 公路施工建設(shè)前期是對(duì)自然生態(tài)破壞最嚴(yán)重的時(shí)期,同時(shí)也是灰塵量產(chǎn)生 最多、最密集的時(shí)期,此時(shí)工程量最大,主要是路基和邊坡的建造。到了建設(shè) 中、后期主要是路面的鋪設(shè)、邊坡的綠化以及附屬設(shè)施的完善。 公路施工建設(shè)期灰塵的主要來(lái)源包括以下幾個(gè)方面: ( 1 ) 開(kāi)挖山體、清理地表、挖方填土、炸山取石等浩大工程產(chǎn)生的大量細(xì) 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 微顆?!? 】; ( 2 ) 工地表面干燥松散、易起塵物料( 石灰、水泥等) 運(yùn)輸及堆放管理的不嚴(yán) 密、不完善,經(jīng)風(fēng)吹起或車(chē)輛身后的真空吸力產(chǎn)生的灰塵顆粒 2 1 ,如圖1 1 所見(jiàn), 來(lái)自材料運(yùn)輸時(shí)造成的拋灑及車(chē)輛身后真空吸力所造成的塵污染是十分嚴(yán)重 的。 圖1 1 公路施工工地運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的灰塵 f i g 1 1d u s tf r o mt h ec o n s t r u c t i o no f h i g h w a yb yt r a n s p o r t a t i o n 施工工地灰塵屬于開(kāi)放性塵,產(chǎn)塵點(diǎn)多而不固定,且涉及面大、產(chǎn)塵量高 2 1 。 陜西某地區(qū)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明施工現(xiàn)場(chǎng)t s p 量為1 1 0 3m g m 3 ,即使在距施工 現(xiàn)場(chǎng)2 0 0m 遠(yuǎn)處,t s p 值也達(dá)到了0 5 6m g m 3 ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) g b 3 0 9 5 8 2 的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值( 日均值為0 3m g m 3 ) 網(wǎng)。 灰塵的主要成分是細(xì)微的土壤顆粒和植物葉莖等碎屑:此外還含有一定成 分的石灰、水泥和瀝青等物料顆粒,以及汽車(chē)輪胎所產(chǎn)生的橡膠顆粒 3 1 。 1 2 1 2 營(yíng)運(yùn)期灰塵的來(lái)源與組成 公路建成通車(chē)后,車(chē)輛運(yùn)行帶起的塵成為了灰塵的主要來(lái)源。雖然此階段 灰塵的來(lái)源較單一,但其理化性質(zhì)和成分更復(fù)雜,危害性更強(qiáng)。其主要的化學(xué) 成份可分成可溶性成份( 大多數(shù)無(wú)機(jī)離子) 、有機(jī)成份、微量元素、碳元素等四 大類(lèi)1 4 】。其中微量元素,特別是重金屬元素,如汽車(chē)尾氣排放的鉛、汞、鎘等, 大量吸著在灰塵顆粒物表面,對(duì)環(huán)境的危害不容忽視【5 】o 3 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 2 塵污染的環(huán)境危害 1 2 2 1 塵污染對(duì)環(huán)境的影響 灰塵不是一種單一的污染物,而是由不同粒徑、大小、來(lái)源和化學(xué)組成的 顆粒形成的混合物,其成分復(fù)雜且無(wú)處不在,對(duì)自然及人工環(huán)境都會(huì)造成很大 影響。首先,幾乎所有地表上的物體表面都附著有灰塵,這些灰塵對(duì)建筑物、 構(gòu)筑物及相關(guān)材料會(huì)造成一定的腐蝕,對(duì)植物也有損害作用,對(duì)城市風(fēng)貌影響 很大;其次灰塵會(huì)遮蔽陽(yáng)光,使氣溫降低,或形成冷凝核心,導(dǎo)致云霧和雨水 增多;另外空氣粉塵含量過(guò)高可加劇局部環(huán)境“熱島效應(yīng)”,從而帶來(lái)一系列環(huán)境 問(wèn)題l 。 。 1 2 2 2 塵污染對(duì)人體健康的危害 大氣污染已成為影響人類(lèi)健康的主要環(huán)境危害之一。在目前公認(rèn)的各種大 氣污染物中,灰塵,特別是細(xì)顆粒塵,已被公認(rèn)為是對(duì)人體健康危害最大且代 表性最強(qiáng)的大氣污染物,現(xiàn)已初步證實(shí)大氣塵濃度的短期變化與死亡率、呼吸 系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)發(fā)病率等健康效應(yīng)密切相關(guān)【7 】。 灰塵中以p m i o ( 空氣動(dòng)力學(xué)直徑 1 0 岫) 和p m 2 5 ( 空氣動(dòng)力學(xué)直徑受5 岫) 對(duì)人體和環(huán)境的危害最大。它們?cè)诃h(huán)境空氣中持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng),被人吸入后,會(huì) 累積在呼吸系統(tǒng)中,引發(fā)哮喘病、心臟病、肺病等眾多疾病 r - - i o 】。 1 3 塵污染影響植物的原因 眾多研究表明,塵污染對(duì)植物的新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)產(chǎn)生許多不良的影 響,其主要原因可能是: ( 1 ) 遮蔽作用。葉片表面的大部分灰塵都會(huì)被雨水沖洗掉,小顆粒灰塵會(huì) 粘在葉片的蠟質(zhì)外殼一表皮層上,在一定程度上阻礙了葉片對(duì)光合作用所需光 能的吸收( 見(jiàn)圖1 2 ) 。研究表明,覆蓋在葉表上的灰塵會(huì)遮蔽掉6 0 的光強(qiáng),導(dǎo) 致葉片光合作用下降約2 0 左右i l ”。 ( 2 ) 氣孔阻塞作用?;覊m中細(xì)小的顆粒物會(huì)阻塞氣孔,抑制氣孔開(kāi)放,影 響葉片與外界的氣體交換,阻礙光合作用底物( c 0 2 ) 進(jìn)入葉片內(nèi)部。 4 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖1 2 公路施工現(xiàn)場(chǎng)被灰塵覆蓋的葉片 f i g 1 2d u s ti sd e p o s i t e do nt h es u r f a c e so f p l a n tl e a v e s ( 3 ) 提高葉表溫度。由于灰塵的覆蓋,使氣孔導(dǎo)度減小,葉片的蒸騰速率 受到抑制,導(dǎo)致葉片溫度增高,進(jìn)一步影響植物葉片光合作用的正常進(jìn)行。 ( 4 ) 促進(jìn)附生植物的生長(zhǎng)。大多數(shù)灰塵中富含氮和磷,在葉、莖上的累積 會(huì)為一些微小植物的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)條件,在一定程度上促進(jìn)了地衣、地錢(qián)和苔 蘚等的生長(zhǎng)( 見(jiàn)圖1 3 ) 。附生植物通常能夠吸收照射在葉片上5 0 的光照,對(duì)宿 主葉片的遮蔽作用非常明顯。 圖1 3 葉附生植物 f i g 1 3e p i p h y l l si sg r o w no l lt h es u r f a c e so f p l a n tl e a v e s ( 5 ) 灰塵中含有的多種污染成分,如水泥、石灰等堿性物質(zhì),能夠直接傷害 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 植物的葉片組織;而含c a 的灰塵與水作用,易在植株的葉片、枝條以及花朵上 形成一層外殼,阻礙了光合作用所需要的光線的吸收與c 0 2 的進(jìn)入1 1 l 1 3 ;再如, 含有可溶性毒物或是較多可溶性鹽分的灰塵,與水作用后從氣孔浸入葉組織, 傷害細(xì)胞,影響細(xì)胞內(nèi)正常的代謝過(guò)程,或發(fā)生類(lèi)似“腐蝕的情況,使植株形成 壞死斑點(diǎn),降低光合作用面積,直接或間接地抑制植物的氣體交換1 1 4 j ”。 此外,灰塵中還含有一定成分的重金屬元素1 1 6 j ,如鉛、鎘、汞等,它們被 葉片吸收和富集后也會(huì)直接抑制葉片的氣體交換,嚴(yán)重的還會(huì)破壞葉肉細(xì)胞。 例如汞元素,當(dāng)處于低濃度時(shí),可以在一定程度上刺激植物的生長(zhǎng),但隨著汞 富集達(dá)到一定濃度時(shí)就會(huì)反過(guò)來(lái)減緩植物生長(zhǎng)、破壞細(xì)胞膜完整性【l ”、阻礙礦 物質(zhì)的吸收1 1 8 , 1 9 1 、嚴(yán)重的抑制光合作用和蒸騰作用1 2 0 ,2 h 。 ( 6 ) 損壞葉表的表皮蠟狀物,灰塵還會(huì)直接磨損植物的表面,損壞葉表的 表皮蠟狀物l 恐 2 3 】,抑制植物葉片的正常生理和代謝過(guò)程。 1 4 塵污染對(duì)植物生理代謝的影響 1 4 1 塵污染對(duì)植物光合作用的影響 隨著葉表灰塵量的增加和蒙塵時(shí)間的延長(zhǎng),灰塵對(duì)植物葉片的光合作用影 響程度也越加顯著。陳雄文研究了北京地區(qū)2 2 種常見(jiàn)綠化植物在短時(shí)間( 2 h ) 的沙 塵處理后葉片生理指標(biāo)的變化,結(jié)果表明植物葉片的光合作用普遍受到抑制, 其中s 種植物的凈光合速率降低超過(guò)3 5 1 2 4 1 。 1 4 1 1 塵污染對(duì)植物氣孔開(kāi)放的影響 氣孔是氣體物質(zhì)進(jìn)出植物的門(mén)戶(hù),它們主要分布在葉片的表面,其孔徑大 小在不同植物種類(lèi)以及不同生理狀態(tài)下有很大變化,一般高等植物氣孔直徑大 多為3 3 0 $ x m 。因此,它們也可以容納細(xì)小的灰塵,如p m l o 、p m 2 5 等。另外, 氣孔對(duì)氣體的變化【2 5 】、光的強(qiáng)弱嗍等外來(lái)刺激也有很強(qiáng)的敏感性。我們的實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn),在灰塵連續(xù)處理4 0 天后,大多數(shù)種類(lèi)植物的氣孔導(dǎo)度明顯下降,抑制程 度接近5 0 。這與灰塵的物理和化學(xué)性質(zhì)都有直接的聯(lián)系。 首先,細(xì)小的塵顆粒會(huì)阻塞氣孔。n a i d o o 和c h i r k o o t 用電子掃描顯微鏡 ( s e m ) 觀察覆蓋灰塵( 顆粒直徑為5 1 2g a n ) 的海欖雌葉片0 v i c e n n i am a r i n a ) ,發(fā) 現(xiàn)大多數(shù)氣孔被塵顆粒阻塞而關(guān)閉 2 7 1 。h i r a n o 等的研究結(jié)果表明,即使清洗掉 6 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 黃瓜葉片表面覆蓋的灰塵后,光照下葉片的氣孔開(kāi)放還是受到抑制。這是由于 滯留在氣孔內(nèi)部的塵顆粒與細(xì)胞表面結(jié)合較緊密,以及氣孔受物理刺激后收縮 限制了塵顆粒的排出網(wǎng)。 其次,葉表灰塵的遮蔽作用減少了葉片對(duì)紅光的吸收。光能的性質(zhì)和強(qiáng)弱 能夠直接或間接的影響氣孔開(kāi)閉【2 9 】,葉片吸收光能的減少可以造成光合作用下 降,短時(shí)間內(nèi)胞問(wèn)c 0 2 由于不能得到利用而濃度升高 3 0 l ,進(jìn)而促使葉片氣孔發(fā) 生反饋性的關(guān)閉。紅光是促進(jìn)葉片氣孔開(kāi)放的主要因素,葉表灰塵的積累限制 了葉片能夠吸收到的紅光口1 1 ,抑制了氣孔的開(kāi)放3 2 1 。 另外,灰塵中的硝酸鹽和硫酸鹽等酸性成分、c a o 和m g o 等堿性成分,都 會(huì)不同程度地侵蝕和損壞葉片的表面,抑制氣孔的打開(kāi):含有水泥、石灰等的 灰塵,更易在植株表面形成一層外殼,限制了邊界層的氣體交換,影響了氣孔 的開(kāi)放p 3 - 3 ”。 i 4 1 2 塵污染對(duì)植物光能吸收和傳遞的影響 n a i d o o 和c h i r k o o t 研究了長(zhǎng)期灰塵覆蓋對(duì)海欖雌似v i c e n n i am a r i n a ) 葉片p s i i 的影響,發(fā)現(xiàn)葉片p si i 的量子產(chǎn)量下降約2 1 、e 1 r 速率降低5 8 左右,同 時(shí)葉片光合速率也大幅度降低 2 7 1 。v a i lh e e r d e n 等對(duì)蘭花( zp r i s m a t o c a r p u m ) 葉片 的葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn),含石灰的塵長(zhǎng)期處理會(huì)影響葉片的p s 正常功能, 與在距離石灰場(chǎng)6 0 0 i n 處生長(zhǎng)的植株相比,距離石灰場(chǎng)5 0m 處生長(zhǎng)的,受到大量 含石灰的灰塵覆蓋的植株的f v f m 下降約2 4 ,這與灰塵的酸堿性質(zhì)以及化學(xué) 成分有很大關(guān)系m 】。 首先,灰塵的主要成分是氧化物。大量的c a o 和m g o 等與空氣中以及葉表 上的水結(jié)合后生成c a ( o h h 和m g ( o h ) 2 等堿性物質(zhì),雖然其中含有合成葉綠素所 需的鎂等無(wú)機(jī)離子,但在堿性條件下,其溶解度較低,不能很好地被吸收。研 究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)塵污染處理的植物葉片中鎂的含量不僅未提高,反而出現(xiàn)下降的 趨勢(shì),這表明灰塵處理造成的堿性條件抑制了植物對(duì)外來(lái)以及本身m 礦的吸收 和運(yùn)輸。因?yàn)檫@些成分的存在,使被灰塵覆蓋的植物葉片一般表現(xiàn)出葉綠素含 量減少,而直接影響了葉片捕獲光能的能力。 其次,灰塵中含有的主要金屬元素為鋁和鈣等。鋁是植物體內(nèi)的微量元素, 但大量的鋁沉積致使植物表現(xiàn)出鋁中毒現(xiàn)象,其原因主要是因?yàn)殇X離子帶有多 個(gè)正電荷,能與蛋白質(zhì)等活性所需的配體金屬元素競(jìng)爭(zhēng)蛋白質(zhì)上的結(jié)合位點(diǎn)而 7 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 造成蛋白質(zhì)活性的降低或喪失。葉綠素合成需要多個(gè)催化酶,其中一些催化酶 的活性可以被鋁離子所抑制。此外,大量鈣離子的吸附還會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生程序 化凋亡。 1 4 1 3 塵污染對(duì)植物色素含量、代謝的影響 植物的新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育是環(huán)境中光照、氣體、水和土壤等各種因素綜 合作用的結(jié)果,其中,植物的色素含量對(duì)大氣污染變化具有很強(qiáng)的敏感性,經(jīng) 常被用來(lái)作為指示大氣污染物對(duì)植物生理狀態(tài)影響和改變的指標(biāo)【3 6 , 3 7 1 。 許多研究表明,塵污染能夠降低葉片的總?cè)~綠素含量【3 0 1 。m a n d r e 和 t u u l m e t s 研究發(fā)現(xiàn),含水泥的灰塵能夠顯著改變挪威云杉針葉色素的季節(jié)性變 化規(guī)律【3 9 】,與未受到污染的對(duì)照地區(qū)相比,距離水泥場(chǎng)0 5k m 處的一年齡云杉 的葉綠素a ( c h 】a ) 含量顯著下降,葉綠素b ( c h lb ) 的含量則變化很小,c h la c h lb 比值下降了約2 5 。g o w i n 和g o r a l 在研究灰塵污染下花旗松針葉( d o u g l a s f i rn e e d l e s ) 的生化指標(biāo)時(shí),也發(fā)現(xiàn)了c h la c h lb 比值對(duì)灰塵污染的敏感性【3 6 1 。 p r u s t y 等研究了路邊6 種常見(jiàn)植物葉片在自然暴露于馬路灰塵下2 4 小時(shí)后 色素含量的變化,發(fā)現(xiàn)幾乎所有植物的葉綠素含量都有明顯下降即】。通常情況 下,植物中葉綠素含量降低時(shí),類(lèi)胡蘿卜索的含量升高。但是p r u s t y 等觀察到 植物的類(lèi)胡蘿 素的含量也顯著降低,這表明灰塵影響了葉片組織內(nèi)所有色素 代謝的動(dòng)力學(xué)變化【加j 。 塵不是一種單一的污染物,而是由不同粒徑、大小、來(lái)源和化學(xué)組成的顆 粒形成的混合物【4 1 1 ,其中含有很多酸性、堿性和有毒性物質(zhì),能夠通過(guò)多種途 徑進(jìn)入植物體 4 2 , 4 3 1 ,對(duì)植物的新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響和危害。 灰塵處理降低色素含量的主要原因可能是由于灰塵顆粒上附著的堿性物 質(zhì),遇水溶解,導(dǎo)致細(xì)胞液形成堿性環(huán)境1 4 4 1 ,造成葉片內(nèi)部m 9 2 + 3 s 3 9 ,4 5 】、 f e t 3 8 ) 蝴以及m n 2 + 3 s 3 9 1 含量下降,進(jìn)而抑制葉綠素前期的生化合成【3 8 捌。 另外,灰塵中痕量元素和重金屬元素,包括鉛、汞等也會(huì)對(duì)植物的葉綠素 造成傷害 4 1 1 。例如灰塵中的鉛被植物吸收富集后,在體內(nèi)達(dá)到一定程度時(shí),就 會(huì)破壞葉片中的葉綠素,抑制葉綠素的合成。研究發(fā)現(xiàn),葉片被8 0 0m g l 的p b 2 + 溶液處理四小時(shí)后,其葉綠素含量約減少了5 0 ,兩天后減少約為7 0 ,嚴(yán)重 影響葉片的光合作用h t 。 灰塵中還含有一些可溶性毒物和較多的可溶性鹽分,與水作用后從氣孔浸 8 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 入葉組織,傷害細(xì)胞,從而影響細(xì)胞內(nèi)正常的代謝過(guò)程,或發(fā)生類(lèi)似“腐蝕”的情 況,使植株形成壞死斑點(diǎn),降低光合作用面積,直接或間接地抑制植物的氣體 交換1 1 4 , 1 5 。 1 4 2 塵污染對(duì)植物呼吸作用的影響 灰塵影響植物呼吸作用方面的研究很少有報(bào)道。陳雄文研究t 2 2 種常見(jiàn)綠化 植物在短時(shí)間的沙塵處理后葉片呼吸作用的變化,發(fā)現(xiàn)有1 2 種植物的呼吸速率 提高?;覊m促進(jìn)植物呼吸作用的原因可能是由于葉表溫度升高p 8 】,葉表阻止 氣體擴(kuò)散的能力降低或者是葉片受到機(jī)械傷害而造成的。 1 4 3 塵污染對(duì)植物蒸騰作用的影響 大量研究結(jié)果表明,灰塵能夠降低植物葉片的蒸騰作用;但也有些研究觀 察到灰塵能促進(jìn)植物葉片的蒸騰作用【囂,4 9 】,并認(rèn)為葉片溫度升高會(huì)提高胞間水蒸 氣的壓力,使得細(xì)胞間隙和外界的水蒸氣壓力產(chǎn)生差異,進(jìn)而促進(jìn)植物葉片的 蒸騰速率;還有些研究結(jié)果表明灰塵污染對(duì)燕麥、白車(chē)軸草、紅葉甜菜和毒麥 等植物葉片的蒸騰作用沒(méi)有影響0 0 。 1 4 4 塵污染對(duì)植物葉片溫度的影響 在自然條件下,植物的葉片實(shí)際上能夠?qū)⑺械慕t外太陽(yáng)光反射掉。然 而,覆蓋在葉片表面上大量灰塵可以增加對(duì)這些波長(zhǎng)光的吸收,導(dǎo)致葉片溫度 上升3 左右。同時(shí),由于灰塵阻塞氣孔引起葉片蒸騰作用下降也會(huì)導(dǎo)致葉表 溫度上升j 。另外,由于灰塵能夠降低植物的水利用效率,如塵顆粒能夠阻擋 氣孔夜間的徹底關(guān)閉,導(dǎo)致夜間的蒸騰作用加強(qiáng),散失掉大量水分 2 8 , 5 ”。以上 原因都會(huì)使灰塵覆蓋下的葉片溫度升高。 灰塵覆蓋引起的葉片溫度升高,會(huì)導(dǎo)致一些酶活性降低,影響葉片代謝的 正常進(jìn)行。h i r a n o 等人發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境空氣溫度低于2 5 c 時(shí),受灰塵覆蓋葉片的 凈光合速率要比對(duì)照高;當(dāng)外界溫度高于3 0 c 時(shí),其凈光合速率則低于對(duì)照, 并認(rèn)為灰塵的遮蔽作用提高了葉片的溫度,導(dǎo)致葉片的凈光合作用速率在低溫 下升高,在高溫下降低【2 8 】。 9 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 5 塵污染對(duì)植物形態(tài)和生長(zhǎng)發(fā)育的影響 1 5 1 塵污染對(duì)植物形態(tài)的影響 塵污染對(duì)植物形態(tài)方面的影響主要包括: ( 1 ) 萎黃( c h l o r o s i s ) 。塵污染導(dǎo)致植物葉片正常的綠色消失,葉片發(fā)白綠色、 黃色甚至是白色p “,加速葉片的老化,引起提早落葉等現(xiàn)象。 ( 2 ) 壞疽( n e c r o s i s ) 。輕微的灰塵污染脅迫,首先導(dǎo)致葉片黃化,進(jìn)而引起 葉片細(xì)胞、組織或整個(gè)植株的死亡【5 2 】。 ( 3 ) 偏上性c e p i n a s t y ) 。偏上性是由于植株的上層部分生長(zhǎng)過(guò)快、葉片的面 積和質(zhì)量增加,超出了葉柄的承重能力,而導(dǎo)致葉片向下彎曲【5 2 】。一些陽(yáng)生植 物,長(zhǎng)期受到灰塵的覆蓋導(dǎo)致光能吸收的減少,為了能獲得更充足的光能,植 物葉片的面積會(huì)增大;另一方面,由于營(yíng)養(yǎng)的匱乏會(huì)導(dǎo)致植物長(zhǎng)勢(shì)變?nèi)?,使葉 柄變細(xì),產(chǎn)生偏上性,嚴(yán)重的還會(huì)發(fā)生葉片從葉柄處斷開(kāi)脫落。 ( 4 ) 葉片變?nèi)彳洝iL(zhǎng)期被灰塵覆蓋會(huì)導(dǎo)致植物同化產(chǎn)物積累的減少,使植 物營(yíng)養(yǎng)不良,從而影響了植物葉片的生長(zhǎng),導(dǎo)致葉片發(fā)育不良,葉片厚度變小, 使得葉片整體變得柔弱。 ( 5 ) 葉片卷曲。葉片表面灰塵的積累,為一些生物或附生植物提供了生存 條件,它們的生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致葉片向內(nèi)卷曲。 ( 6 ) 表皮層蠟質(zhì)破壞和質(zhì)壁分離。含水泥、石灰等的灰塵,發(fā)生水合作用 后可以釋放氫氧化鈣,同時(shí)堿性灰塵中通常含有高水平的m g of 矧,都使得葉 片表面呈現(xiàn)堿環(huán)境( 有時(shí)p h 可達(dá)到1 2 ) ,而破壞葉片外表皮層的脂質(zhì)和蠟質(zhì), 并穿透葉表皮,使葉片內(nèi)部的蛋白質(zhì)發(fā)生變性一最終導(dǎo)致葉片的質(zhì)壁分離l 。 1 5 2 塵污染對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響 很多植物對(duì)空氣污染物都很敏感,這些污染物能夠破壞葉片組織和葉肉細(xì) 胞,導(dǎo)致物質(zhì)合成減少,營(yíng)養(yǎng)積累不足,從而抑制了植物的正常生長(zhǎng)【5 4 1 。研究 表明,長(zhǎng)期受灰塵覆蓋的植物,其正常生長(zhǎng)、開(kāi)花結(jié)果等都普遍受到了一定程 度的抑制,尤其是對(duì)脅迫敏感的物種更為明顯1 4 1 , 5 5 1 。 灰塵會(huì)抑制植物葉片的光合作用等代謝過(guò)程,導(dǎo)致植物葉片的營(yíng)養(yǎng)積累減 少,從而影響植物的正常生長(zhǎng)。如在美國(guó)南部莫哈韋沙漠中典型的灌木叢,在 1 0 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 沒(méi)有鋪柏油或石磚的道路上積聚的過(guò)量灰塵,會(huì)導(dǎo)致植物落葉,新芽死亡以及 降低其初級(jí)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量j 。 有自然落葉和新葉生長(zhǎng)速度快等特點(diǎn)的落葉植物能較好的緩解灰塵覆蓋帶 來(lái)的不良影響;但對(duì)于常綠植物來(lái)說(shuō),長(zhǎng)期的灰塵覆蓋會(huì)導(dǎo)致葉片葉綠素含量 減少,葉片光合速率下降,加速植物組織、器官的衰老,致使植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的消 耗大于合成,營(yíng)養(yǎng)積累逐漸減少,導(dǎo)致植物生長(zhǎng)勢(shì)弱;同時(shí),還會(huì)嚴(yán)重影響和 威脅到植物葉芽的生長(zhǎng)。 一年生植物對(duì)灰塵脅迫反應(yīng)更加明顯,灰塵的覆蓋使一年生植物的光合作 用下降,導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)積累不足,生長(zhǎng)勢(shì)弱。這會(huì)使孕育種子所需的營(yíng)養(yǎng)不足,導(dǎo) 致一年生植物孕育出的種子數(shù)量和質(zhì)量下降,而影響了來(lái)年植物的生長(zhǎng)數(shù)量, 使其逐年減少。 另外,灰塵中的可溶性毒物和較多的可溶性鹽分,與水作用后從氣孔浸入 葉組織,傷害幼芽和嫩葉,導(dǎo)致其發(fā)芽率低,使植物生長(zhǎng)勢(shì)弱,甚至引起死亡1 4 2 ,4 卦。 在植物授粉過(guò)程中,對(duì)灰塵脅迫也非常敏感,灰塵能夠阻礙花粉傳遞到花 的接受部位,導(dǎo)致結(jié)果率低,易結(jié)出小果或畸形果。在許多果實(shí)生長(zhǎng)初期,果 實(shí)表面對(duì)各種刺激和傷害異常敏感,此時(shí)灰塵的覆蓋會(huì)導(dǎo)致果實(shí)表面出現(xiàn)黃褐 色的斑點(diǎn),延遲果實(shí)的成熟,降低果實(shí)中糖份的含量并影響果實(shí)的成色,這些 影響嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致果樹(shù)易落果,而使其產(chǎn)量下降,嚴(yán)重影響了果實(shí)的質(zhì)量和 產(chǎn)量【佩。 1 6 塵污染對(duì)植物群落的影響 灰塵對(duì)植物群落的直接影響 大多數(shù)有關(guān)灰塵對(duì)植被影響的研究都集中于植物個(gè)體的生理變化上,而且 在自然環(huán)境中很難建立對(duì)照生境,因此這些實(shí)驗(yàn)大多在實(shí)驗(yàn)室或可控制的環(huán)境 中開(kāi)展研究【5 5 1 ,有關(guān)灰塵對(duì)植物的種群、群落乃至生態(tài)系統(tǒng)影響的研究很少。 植物群落對(duì)灰塵的響應(yīng)開(kāi)始于種群水平的改變;而種群水平的改變又始于 敏感性個(gè)體的改變【5 7 1 。生物種群中個(gè)體間敏感性的差異直接與植物群落的結(jié)構(gòu) 和功能相關(guān)。植物種群中個(gè)體間的差異,包括基因,生長(zhǎng)階段,營(yíng)養(yǎng)水平和個(gè) 體賴(lài)以存在的小環(huán)境都會(huì)決定個(gè)體的命運(yùn)p ”。長(zhǎng)期、大量的灰塵污染不可避免 的使群落中個(gè)體生長(zhǎng)和發(fā)育所需的能量轉(zhuǎn)移到抵抗污染和維持生存上去,致使 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 生物多樣性下降,生產(chǎn)力削弱,系統(tǒng)恢復(fù)和重建能力降低 5 9 - 南“。 除此之外,群落內(nèi)植物抵抗各種疾病的能力下降,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)減弱, 外來(lái)種侵入以及大量的低矮和存活期短的植物種類(lèi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)【6 l ,刪,最終導(dǎo)致群落 的結(jié)構(gòu)、特性發(fā)生改變。群落組成的改變是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境條件變化最重要的 可見(jiàn)性響應(yīng)【6 3 1 。這方面的熱點(diǎn)大多集中在以附生植物地衣和泥炭蘚等對(duì)灰塵敏 感的植物為優(yōu)勢(shì)種群的植物群落改變的研究1 ( , 4 1 。大量研究表明,森林群落長(zhǎng)期 受到灰塵污染會(huì)導(dǎo)致群落中一些對(duì)污染敏感的物種消失,樹(shù)冠的改變以及群落 中優(yōu)勢(shì)種和大量種種類(lèi)的改變 6 5 , 6 6 。b r a n d t 和r h o a d e s 研究發(fā)現(xiàn),位于石灰石 場(chǎng)附近的植物群落的結(jié)構(gòu)和組成在2 0 至1 j 3 0 年間發(fā)生了很大變化。對(duì)照地區(qū)的優(yōu) 勢(shì)種和大量種是栗子橡( q u e r c u sp r i n u s ) 、紅槲櫟( q r u b r a ) 、和北美紅楓似c e r r u b r u m ) 薅在受石灰石影響的地區(qū),其優(yōu)勢(shì)種卻是美洲自櫟( q a l b a ) 、紅槲櫟( q r u b r a ) 、和北美鵝掌楸化i r i o d e n d r o nt u l i p i f e r a ) 。同時(shí),老樹(shù)都表現(xiàn)出葉片壞疽和 樹(shù)皮剝落的現(xiàn)象1 1 2 , 1 3 1 。 灰塵對(duì)植物群落的問(wèn)接影確 大量研究表明,灰塵對(duì)植物群落產(chǎn)生的間接影響比直接影響更為顯著,主 要是由灰塵介導(dǎo)的光輻射和小氣候的變化引起的;另外灰塵造成的植物賴(lài)以生 長(zhǎng)土壤中的n 、s 等營(yíng)養(yǎng)成分和微生物組成發(fā)生改變,而成為對(duì)植物群落產(chǎn)生間 接影響的重要原因【“6 7 刪。 例如,植物的光合作用受到n 水平的精細(xì)調(diào)控 7 0 1 。富含n 的灰塵沉降到土壤 中會(huì)改變土壤中n 元素的水平,減輕自然條件下植物n 缺乏的壓力,促進(jìn)多種植 物的生長(zhǎng),從而改變植物的種類(lèi)組成和生態(tài)系統(tǒng)的多樣性【7 ”。同時(shí),n 供應(yīng)的改 變還會(huì)影響到生態(tài)系統(tǒng)中其他營(yíng)養(yǎng)的平衡 7 2 1 ,破壞植物間的競(jìng)爭(zhēng)平衡關(guān)系,從 而改變植物群落的組成 6 8 , 7 3 , 7 4 】。 1 7 植物對(duì)灰塵的吸附和滯留作

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