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罗马直立生菜生长发育及营养指标对臭氧浓度升高和持续熏蒸的响应

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生态学报 2024年第14期44卷 6276-6287页

作者：刘颖宋蕊王效科高艺芹冯美琪翟欣月万五星河北师范大学生命科学学院石家庄050024 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085

环境臭氧(O_(3))已成为影响植物生长发育的重要生态因子。为探究地面O_(3)污染对蔬菜形态学特征及营养指标的影响,选罗马直立生菜(Lactuca sativa ***)为实验材料,采用开顶式气室开展熏蒸实验。实验设置4个O_(3)熏蒸浓度(NF:未过滤的环... 详细信息

环境臭氧(O_(3))已成为影响植物生长发育的重要生态因子。为探究地面O_(3)污染对蔬菜形态学特征及营养指标的影响,选罗马直立生菜(Lactuca sativa ***)为实验材料,采用开顶式气室开展熏蒸实验。实验设置4个O_(3)熏蒸浓度(NF:未过滤的环境空气;NF40:环境空气+40 nmol/mol;NF80:环境空气+80 nmol/mol;NF120:环境空气+120 nmol/mol),每个处理设置3个重复组,分析评价O_(3)污染对植物造成的可见伤害、生产量、叶片解剖学特征以及食用部位营养指标的影响。研究表明:(1)O_(3)熏蒸对生菜叶片产生不可逆的可见伤害,叶片出现浅黄色斑点和棕色斑点,且随着熏蒸时间延长,叶片出现黄化,大面积的坏死斑块,衰老加速。(2)高浓度O_(3)胁迫显著降低了生长阶段的株高(P<0.05)。与NF组相比,NF40、NF80、NF120组分别使生物量下降5.90%、14.99%、39.21%。(3)随着O_(3)熏蒸浓度升高,气孔密度增加,气孔开度减小。叶片厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度与O_(3)暴露剂量AOT40呈显著负相关关系(P<0.05)。(4)高浓度O_(3)暴露使蔬菜中Ca、Na、Fe、Zn、Mg等元素含量显著降低,脂肪和蛋白质含量增加,生菜的营养指标发生改变。研究表明,罗马直立生菜对环境O_(3)污染敏感,其生长发育及营养指标在O_(3)胁迫条件下发生明显变化。目前,关于O_(3)污染对蔬菜形态学特征影响的研究较少,研究系统探讨蔬菜的叶片厚度、栅栏组织、海绵组织、气孔密度及开度等形态学指标在臭氧污染条件下的变化。蔬菜的品质是关系到“三农”问题的重要方面,研究探讨了臭氧污染对蔬菜的产量及营养指标的影响,可为O_(3)污染条件下蔬菜的生产提供科学参考。

关键词：臭氧罗马直立生菜可见伤害叶解剖结构营养指标

河北省城市空气臭氧污染及其对植物伤害的区域差异

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生态环境学报 2021年第11期30卷 2185-2194页

作者：万五星张帅李洁孙旭管祖光于小红杨永宏王效科河北师范大学生命科学学院河北石家庄050016 中国科学院生态环境研究中心/城市与区域生态国家重点实验室北京100085 泛测(北京)环境科技有限公司北京100085 河北雾灵山国家级自然保护区管理局河北承德067300 河北小五台山国家级自然保护区管理局河北张家口075700

近年来中国城市空气臭氧(O_(3))浓度不断上升,严重影响了空气质量。地面O_(3)具有高生物毒性,不但影响人体健康,而且会对植物造成伤害,直接威胁粮食安全和生态安全。文章对国控点大气O_(3)监测数据进行了分析,并采用国际通用的O_(3)导... 详细信息

近年来中国城市空气臭氧(O_(3))浓度不断上升,严重影响了空气质量。地面O_(3)具有高生物毒性,不但影响人体健康,而且会对植物造成伤害,直接威胁粮食安全和生态安全。文章对国控点大气O_(3)监测数据进行了分析,并采用国际通用的O_(3)导致植物伤害的诊断标准,系统调查了河北省承德市、张家口市、保定市、石家庄市、邢台市、邯郸市等6个城市的植物叶片可见O_(3)伤害症状,分析评价了区域O_(3)污染及其造成的植物伤害症状。研究发现,在河北省6个城市的26个国家空气质量监测网络站点中,2019年植物生长季4—8月O_(3)暴露剂量(AOT40)介于29.50—56.30μmol∙mol^(−1)·h之间,超过欧洲基于林木规定的临界值(5μmol∙mol^(−1)·h)的5.9—11.26倍,并总体呈现出中南部城市高于北部城市的特征。在监测站点周边城市植被调查到的224种植物中,76种植物观察到了不同程度的O_(3)伤害症状。植物伤害症状主要包括植物叶片上表面叶脉间浅色斑点、浅色或深色斑块、褪绿和黄化。出现O_(3)伤害症状的植物种数及占调查物种的比例均与空气质量监测点的AOT40值存在显著正相关关系(P伤害症状易于辨认,可作为河北省城市O_(3)污染监测指示植物。研究结论可为河北省空气O_(3)污染监测与防控以及植物对O_(3)的敏感性评价提供可靠依据。

关键词：河北省环境臭氧受害植物可见伤害区域差异

京津冀地区植物臭氧伤害调查及大豆对臭氧响应实验研究

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京津冀地区植物臭氧伤害调查及大豆对臭氧响应实验研究

作者：张帅河北师范大学

学位级别：硕士

近些年来,环境臭氧(O)已成为中国空气质量优化的一大障碍。在中国大部分经济快速发展的地区,大气O浓度已达到相当高的水平。本研究通过对中国环境监测网络的空气质量自动监测站点(国控点)的O数据进行分析,评价京津冀地区环境O的时空分... 详细信息

近些年来,环境臭氧(O)已成为中国空气质量优化的一大障碍。在中国大部分经济快速发展的地区,大气O浓度已达到相当高的水平。本研究通过对中国环境监测网络的空气质量自动监测站点(国控点)的O数据进行分析,评价京津冀地区环境O的时空分布特征。依据野外O伤害鉴定手册及“森林健康专家咨询系统”提供的O导致植物叶片可见伤害特征的标准,选取51个国控点周边的植被开展O伤害调查,鉴定受害植物种类并记录叶片伤害症状。同时对典型受害植物及调查点土壤取样,对典型受害植物臭椿Ailanthus altissima、白蜡Fraxinus chinensis、栾树Koelreuteria paniculata、油松Pinus tabuliformis的相关生理指标及土壤的基础理化因子和重金属离子进行实验研究。对受O伤害的植物物种数及受伤害物种占调查总物种数的比例与京津冀地区的O暴露剂量和土壤环境因子进行相关性分析;为探讨O污染对植物生长发育的影响,本研究以大豆Glycine max为对象开展OTC熏蒸实验,研究了不同O浓度下间歇熏蒸处理对大豆叶绿素含量、光合作用、叶片可见伤害症状及各器官生物量的影响。研究所取得的结果如下:(1)京津冀地区环境O污染严重,AOT40、SUM06及W126等指标均显著高于欧美等国家提出的植物伤害标准。京津冀地区空气O污染总体呈现出南部城市高于北部城市的特征。2018-2019年京津冀地区6月份O污染最为严重。2019年,衡水市、秦皇岛市、天津市、石家庄市、邯郸市等城市O污染加重,其余城市空气O污染相较于2018年整体减轻。京津冀地区AOT40、W126的最高超标倍数在2019年分别高达8.76倍、9.33倍,相较于2018年超标倍数(9.34倍、9.77倍)有所下降。京津冀13个城市2019年4-8月O日最大8 h滑动平均值超过二级标准的总天数为698.63 d,比2018年减少50.26 d。2018、2019年京津冀地区1月、2月、12月未出现O超标。(2)研究发现,在京津冀地区环境O浓度、土壤全氮含量较高的条件下,受害物种数及受伤害物种占调查总物种数的比例均较高,O浓度、全氮含量与受伤害植物物种数及受伤害物种占调查总物种数的比例存在正相关关系。土壤含水量的增加在一定程度上会促进植物受伤害的情况。受害植物物种数及受伤害物种占调查总物种数的比例与速效氮、速效磷、速效钾和全钾含量等土壤环境指标存在一定的负相关关系,但相关性不显著。土壤重金属Cr、Zn、As含量与受伤害植物物种数之间存在正相关关系;Cu、Pb含量与受伤害植物物种数存在负相关关系;受伤害植物物种数随着Cd、Ni含量的升高无明显变化。土壤重金属Cr、Zn含量与受伤害物种占调查总物种数的比例存在正相关关系;Cu、Pb、Cd含量与受伤害物种占调查总物种数的比例存在负相关关系;受伤害植物物种数及受伤害物种占调查总物种数的比例,随着Ni、As含量的升高无明显变化。受伤害植物物种数及受伤害物种占调查总物种数的比例与重金属含量之间相关性均不显著。(3)在京津冀城市公园共调查到344种植物,发现有87种植物出现了O可见伤害症状,占调查物种总数的25.29%,其中乔木植物最多。叶片上表面呈现出叶脉之间均匀散布白色斑点、浅黄色斑点、黄色斑点、棕色及褐色斑点特征的受伤害植物物种主要包括:白蜡、臭椿、大叶黄杨Buxus megistophylla、构树Broussonetia papyrifera、水杉Metasequoia Miki、七叶树Aesculus chinensis、刚竹Phyllostachys sulphurea、蒙古栎Quercus mongolica、木槿Hibiscus syriacus、毛白杨Populus tomentosa、梧桐Firmiana platanifolia、国槐Styphnolobium japonicum等。叶脉间出现大面积的条状和不规则浅色斑块、红色斑块、棕色斑块、褐色斑块的受伤害物种主要包括:泡桐Paulowinia fortunei、七叶树、紫薇Lagerstroemia indica、萝藦Metaplexis japonica、火炬树Rhus typhina、金钟花Forsythia viridissima、锦带花Weigela florida、核桃Juglans regia、鸡树条荚蒾Viburnum opulus *** ***、桃树Amygdalus persica、五叶地锦Parthenocissus quinquefolia、红瑞木Swida alba等。茼麻Abutilon theophrasti、色木槭Acer pictum、木槿、鹅掌楸Liriodendron chinense等植

关键词：京津冀地区环境臭氧环境因子敏感植物可见伤害生理响应大豆

臭氧浓度升高及暴露时间延长对樱桃萝卜生长及生理的影响

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应用与环境生物学报 2023年第6期29卷 1364-1372页

作者：冯美琪耿春梅王效科高艺芹张丹红殷宝辉张楠宋蕊刘颖万五星河北师范大学生命科学学院石家庄050024 中国科学院生态环境研究中心北京100085 中国环境科学研究院北京100012

近地层臭氧(O_(3))浓度升高对植物的不良影响随着暴露时间的延长如何变化?国内外研究还很少.选取樱桃萝卜(Raphanus sativus ***)为对象,采用开顶式气室(OTC),设置4个O_(3)熏蒸浓度(NF:环境O_(3)浓度;NF40:NF+40 nmol/mol;NF80:NF+80 nm... 详细信息

近地层臭氧(O_(3))浓度升高对植物的不良影响随着暴露时间的延长如何变化?国内外研究还很少.选取樱桃萝卜(Raphanus sativus ***)为对象,采用开顶式气室(OTC),设置4个O_(3)熏蒸浓度(NF:环境O_(3)浓度;NF40:NF+40 nmol/mol;NF80:NF+80 nmol/mol;NF120:NF+120 nmol/mol),通过建立O_(3)暴露剂量AOT40与各指标的剂量响应关系模型,研究O_(3)浓度升高和暴露时间延长对樱桃萝卜生长发育和生理生化指标的响应及变化规律.结果表明:(1)随着暴露时间的延长,高浓度O_(3)熏蒸下叶片褪绿和黄化程度加重.O_(3)浓度升高,受害叶片占比增大,叶面积减小.(2)O_(3)浓度升高,樱桃萝卜叶片内叶绿素(Chl)、类胡萝卜素(Car)及可溶性蛋白(SP)含量显著降低(P<0.01),丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、还原型抗坏血酸(ASC)、还原型谷胱甘肽(GSH)含量和总抗氧化能力(T-AOC)显著升高(P<0.001).随着暴露时间的延长,樱桃萝卜叶片内Chl、Car、MDA、SS、SP、ASC和GSH含量对O_(3)污染的敏感性会出现减弱,而T-AOC敏感性会出现增强,表明随着O_(3)胁迫时间的延长,植物会产生适应性.(3)樱桃萝卜肉质根体积和肉质根、茎、叶、细根生物量随着O_(3)暴露剂量AOT40的增大显著下降(P<0.05).NF40、NF80和NF120处理组肉质根生物量与NF相比分别降低了18.06%、46.29%、67.11%.樱桃萝卜肉质根、细根和茎生物量对O_(3)胁迫的敏感性都在后期达到最大值,叶生物量敏感性先减弱后增强.表明随着O_(3)暴露时间延长,O_(3)对植物生物量的影响会加剧.(4)O_(3)浓度升高,樱桃萝卜肉质根中Ca、Mg含量下降,而K、Fe含量增加.综上所述,长时间高O_(3)熏蒸降低了樱桃萝卜的光合作用,提高了抗氧化能力,最终导致生物量降低,影响了肉质根的营养品质.同时植株产生了适应;研究可为认识植物对O_(3)胁迫的长期响应和适应机制及科学估算O_(3)对植物的危害程度提供重要参考.

关键词： O_(3) 樱桃萝卜可见伤害生理指标生物量

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模拟酸雨对两种园林植物叶性状的影响

模拟酸雨对两种园林植物叶性状的影响

作者：黄峻霖华南农业大学

学位级别：硕士

酸雨是目前全球关注的十大生态环境问题之一,不仅给森林植物和农田作物造成了影响,也给园林植物造成影响。观赏性是园林植物的最重要特性,而酸雨影响园林植物叶性状而产生的可见伤害对园林植物观赏性构成了重要的影响,关注酸雨对观赏性... 详细信息

酸雨是目前全球关注的十大生态环境问题之一,不仅给森林植物和农田作物造成了影响,也给园林植物造成影响。观赏性是园林植物的最重要特性,而酸雨影响园林植物叶性状而产生的可见伤害对园林植物观赏性构成了重要的影响,关注酸雨对观赏性的影响非常重要。广州是酸雨严重地区,对园林植物产生较大影响。龙船花(Ixora chinensis)与簕杜鹃(Bougainvillea glabra)是广州城市绿化中最常用的观赏灌木品种,但酸雨对两种园林植物的影响却未见报道。论文以两种园林植物作为实验对象,采用模拟酸雨的方法开展实验,研究模拟酸雨对两种园林植物叶性状的可见伤害,以此反映酸雨在实际环境中对植物的影响。再根据实验结果结合文献,以酸雨造成的可见伤害与其它成因造成的做横向比较,建立一套判别酸雨造成可见伤害的视觉识别标准。以期为园林养护人员提供一种快速、简便、高效的酸雨伤害的视觉识别方法,同时希望能提高园林养护人员对酸雨影响的关注意识。实验用酸度为2.0、3.0、4.0、5.6四种,用硫酸与硝酸按1:1的混合型模拟酸雨处理11次,研究模拟酸雨对两种园林植物叶性状造成的可见伤害影响。根据模拟实验研究的结果,总结出判别酸雨造成植物可见伤害的视觉识别标准。得出以下结论:(1)龙船花与簕杜鹃的可见伤害阈值均为pH 2.0-pH 3.0之间。龙船花和簕杜鹃是可以抗pH 3.0以上酸雨的植物品种。在低于pH 3.0的模拟酸雨影响下,两种园林植物的可见伤害程度与处理频次成正比。pH 2.0模拟酸雨处理下的叶片平均受害率约75%。可见伤害越多,对观赏性影响越大。在pH 3.0以下的模拟酸雨造成伤害面积越大,叶片叶绿素含量越低。(2)模拟酸雨对两种园林植物叶性状产生可见伤害的特征为:不同品种伤斑颜色不同,但形状与位置特征相近。不同叶倾角叶片受害程度不同,叶倾角越大,叶片可见伤害越轻。不同叶龄叶片受害不同,叶受害次序为:嫩叶先,老叶后;叶受害程度为:嫩叶重,老叶轻。不同叶位分布叶片受害不同,叶受害次序为:上部叶先,中部叶次之,下部叶最后;叶片受害程度为:上部叶最重,中部叶次之,下部叶最轻。(3)判别酸雨造成植物可见伤害的视觉识别标准分为4个方面9个指标,以此判别标准进行可见伤害的成因识别可行有效。本研究可补充酸雨对两种园林植物叶性状的影响的资料。模拟酸雨造成两种园林植物叶性状的可见伤害特征可帮助园林养护人员现场辨识酸雨造成的可见伤害。本研究的视觉识别标准可向养护人员推广使用。

关键词：模拟酸雨园林植物叶性状可见伤害视觉识别