大氣SO2污染下園林植物光譜特征及光合特性研究.pdf

1、工業(yè)化和城市化的高速發(fā)展，導(dǎo)致了大氣SO2濃度不斷升高，嚴(yán)重影響了人類健康和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。利用植物葉片含硫量的光譜分辨率來(lái)反映植物受大氣SO2的污染狀況，對(duì)監(jiān)測(cè)與消減大氣SO2污染具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以重污染區(qū)武鋼焦化廠區(qū)（簡(jiǎn)稱武鋼）、一般污染區(qū)青山和平公園（簡(jiǎn)稱青山）和對(duì)照區(qū)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校園（簡(jiǎn)稱華農(nóng)）31種園林植物為研究對(duì)象，采樣分析了不同區(qū)域植物葉片的含硫量、含水量及葉綠素含量，并應(yīng)用HR-1024地物光譜儀和LI6400光合儀分

2、別測(cè)定了植物葉片高光譜反射率和光合特征值，探討了大氣SO2污染下園林植物光譜特征及光合特性，以便為篩選對(duì)SO2污染吸收強(qiáng)、抗性強(qiáng)的園林植物提供理論依據(jù)。主要的研究結(jié)果如下:
　　 (1)三個(gè)區(qū)域大氣中SO2含量的高低順序?yàn)槲滗摚厩嗌剑救A農(nóng)。其中，武鋼SO2污染氣體含量是華農(nóng)的4.5倍、青山的4.2倍。
　　 (2)不同污染區(qū)域相同的22種植物葉片平均含硫量為武鋼(9.292 mg/gDW)＞青山(8.126 mg/gDW

3、)＞華農(nóng)(6.279 mg/gDW)，可見污染越嚴(yán)重則葉片含硫量均值越大。相同區(qū)域不同植物種類的葉片含硫量也存在極顯著差異(p=0.002＜0.01)，葉片含硫量高的植物有夾竹桃Nerium indicum Mill、青桐Firmiana platanifolia、懸鈴木Platanus×acerifolia、云南黃馨Jasminum mesnyi、銀杏Ginkgo biloba、法國(guó)冬青Viburnum odoratissimum v

4、ar.Awabuki、山杜英Elaeocarpus sylvestris;含硫量中等的植物有枇杷Eriobotrya japonica、竹子Phyllostachys pubescens、桂花Osmanthusfragrans、紫葉李Prunus ceraifera、樟樹Cinnamomum camphora、海桐Pittosporumtobira、構(gòu)樹Broussonetia papyrifera、紅繼木Lorpetalum chin

5、ense var.rubrum、女貞Ligustrum lucidum;含硫量較低的植物有廣玉蘭Magnolia grandiflora、桑樹Morusalba、杜鵑Rhododendron simsii、石楠Photinia serrulata、吉祥草Reineckia carnea、紫薇Lagerstroemia indica。
　　 (3)以華農(nóng)植物葉片含硫量為基準(zhǔn)，不同污染區(qū)域相同植物吸硫量一般為武鋼大于青山;相同地區(qū)不

6、同植物種類吸硫量存在極顯著差異(p=0.001＜0.01)，且植物葉片吸硫量的分級(jí)與植物葉片含硫量分級(jí)基本一致。武鋼和青山吸硫量高的植物有紫葉李Prunus ceraifera、銀杏Ginkgo biloba、青桐Firmiana platanifolia，、法國(guó)冬青Viburnum odoratissimum.var.Awabuki、紅繼木Lorpetalum chinense var.rubrum、吉祥草Reineckia carn

7、ea、夾竹桃Nerium indicum Mill、枇杷Eriobotrya japonica、構(gòu)樹Broussonetia papyrifera、女貞Ligustrum lucidum、廣玉蘭Magnolia grandiflora、山杜英Elaeocarpus sylvestris、紫薇Lagerstroemia indica、桂花Osmanthus fragrans等14種，可以用于SO2污染嚴(yán)重區(qū)域的綠化。樟樹Cinnamomu

8、m camphora、桑樹Morus alba、云南黃馨asminum mesnyi、石楠Photinia serrulata、竹子Phyllostachys pubescens在青山具有一定的吸收能力，但在武鋼，超過(guò)其閾值吸硫量較低，適用于污染較輕的地區(qū)的修復(fù)。
　　 (4)研究發(fā)現(xiàn)武鋼土壤含硫量(0.677mg/gDW)＞青山（0.282mg/gDW）＞華農(nóng)(0.215mg/gDW)，表明大氣中硫的含量越高，土壤沉積的硫也越

9、多;且葉片含硫量與生長(zhǎng)地段土壤的全硫含量相關(guān)性顯著(p=0.003＜0.01)，但污染區(qū)植物中的含硫量為土壤中的含硫量7-30倍，表明植物富集的硫元素可能主要來(lái)自于大氣中硫，部分從土壤中吸收。
　　 (5)不同植物光譜曲線在形態(tài)上基本相似，反射率差異位于綠峰、紅谷及近紅外水分敏感波段，其他波段反射率差異不明顯;相同植物隨著污染的加重出現(xiàn)紅邊藍(lán)移、綠峰紅移以及紅、藍(lán)邊振幅變小的趨勢(shì)。
　　 (6)在葉片含硫量分別與原始光譜

10、、倒數(shù)光譜、導(dǎo)數(shù)光譜的相關(guān)性分析中，導(dǎo)數(shù)光譜的相關(guān)性明顯優(yōu)于原始光譜、倒數(shù)光譜，能增大葉片中硫含量信息。高光譜特征位置、面積參量以及植被指數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)密集、海量性的高光譜遙感不是很敏感，反演方程精度不高。對(duì)比22種園林植物與14種喬木、8種灌草高光譜反演方程發(fā)現(xiàn)，喬、灌分開反演的精度比統(tǒng)一反演要高。
　　 (7)根據(jù)光譜變換、光譜特征參數(shù)敏感波段篩選葉片含硫量反演最佳模型。其中，以藍(lán)邊內(nèi)最大的一階微分值(Db)為自變量所構(gòu)建的指數(shù)模

11、型Y=14.717*e-4.927x為22種典型園林植物反演最優(yōu)模型，預(yù)測(cè)R2=0.255。以綠峰反射率與紅谷反射率的比值（Rg/Ro）為自變量所構(gòu)建的指數(shù)模型Y=34.54*e-0.809x為喬木反演最優(yōu)模型，預(yù)測(cè)R2=0.434。以導(dǎo)數(shù)光譜856nm構(gòu)建的指數(shù)模型Y=9.743* e-14.39x為灌草反演最優(yōu)模型，預(yù)測(cè)R2=0.546。
　　 (8)在大氣SO2污染下園林植物沒(méi)有出現(xiàn)特別明顯的傷害癥狀，但光合指標(biāo)已發(fā)生變化

12、，凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、水分利用率（WUE）均比未污染區(qū)有所降低，而葉面水汽壓虧缺(VpdL)與未污染區(qū)相比呈上升趨勢(shì);以6個(gè)光合指標(biāo)、葉片含水量、葉綠素相對(duì)含量SPAD和葉片含硫量變化率為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)18種園林植物對(duì)SO2的抗性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)表明，抗大氣SO2強(qiáng)的植物有夾竹桃Nerium indicum Mill、枇杷Eriobotrya japonica、銀杏Ginkgo bi

13、loba、懸鈴木Platanus acerifolia、海桐Pittosporum tobira、廣玉蘭Magnolia grandiflora;抗性中等的植物有山杜英Elaeocarpus sylvestris、女貞Ligustrum lucidum、法國(guó)冬青 Viburnum odoratissimum var.awabuki、樟樹Cinnamomum camphora、欒樹Koelreuteria paniculata、桂花Osm