，， ，

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與旅游，河北 保定 071000)

酸雨一般是指pH值<5.6的大氣降水[1]。近年來，隨著環(huán)境污染問題的加重，我國(guó)的酸雨降雨量也比以往有顯著增加，且酸雨中的總離子含量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于歐洲、北美、日本等地區(qū)。當(dāng)前，酸雨對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重危害，已經(jīng)成為威脅世界環(huán)境的十大問題之一。我國(guó)酸雨的分布具有普遍性的特點(diǎn)，是典型的硫酸型酸雨[2]。

草坪草是生態(tài)系統(tǒng)中的重要組分，不僅具有良好的觀賞價(jià)值，而且有極高的生態(tài)價(jià)值。在具有典型溫帶氣候的北方地區(qū)，冷季型草坪草無(wú)疑是北方草坪草最好的選擇。然而近年來我國(guó)北方地區(qū)頻現(xiàn)酸性降雨，如青島、太原、石家莊等地降雨的年均pH值均低于5.6。酸雨對(duì)植物同時(shí)具有直接和間接的影響，酸雨淋溶直接作用于植物表面，損傷植株的葉片，從而破壞植株的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；與此同時(shí)，酸雨滲透地表，影響土壤pH值，從根部又進(jìn)一步加深了對(duì)植株的影響[2]；冷季型草坪草種類很多，不同的草種對(duì)酸雨脅迫的適應(yīng)能力不同；而植物種子的萌芽階段直接決定了植株能否成活，是植株成活以及適應(yīng)不良環(huán)境條件發(fā)揮作用的重要時(shí)期。本研究選擇冷季型草坪草種應(yīng)用最為廣泛的高羊茅(Festucaarundinacea)、多年生黑麥草(Loliumperenne)、匍匐翦股穎(Agrostispalustris)和草地早熟禾(PoapratensisL.)種子為試材，研究了不同酸度酸雨脅迫對(duì)其萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在為我國(guó)北方園林綠地地被植物合理的選擇、應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

高羊茅、多年生黑麥草、匍匐翦股穎和草地早熟禾種子，購(gòu)置于保定市永進(jìn)五金園林機(jī)械公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 酸雨的配置

將濃硫酸與濃硝酸按5∶1的比例配制成pH值1.0的酸溶液；再取適量酸溶液，分別稀釋成pH值2.0、3.0、4.0、5.0的模擬酸雨各500 mL。并用HANNA牌pH 211型微電腦式pH酸度計(jì)校準(zhǔn)。

1.2.2 發(fā)芽試驗(yàn)

將草坪草種子用1%的次氯酸鈉溶液浸種10 min消毒，然后用自來水反復(fù)沖洗，再用蒸餾水沖洗3～5次備用。在培養(yǎng)皿中平整的鋪2層濾紙，然后在每個(gè)皿中整齊擺放50粒種子，試驗(yàn)共設(shè)pH值為2.0、3.0、4.0、5.0、7.0等5個(gè)處理，每個(gè)草種每個(gè)處理3次重復(fù)。每天向培養(yǎng)皿中加入相應(yīng)酸溶液，保證濾紙全部潤(rùn)濕但沒有積液為標(biāo)準(zhǔn)，以保證酸雨濃度不變[3]。將培養(yǎng)皿放入25 °C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)發(fā)芽，每天進(jìn)行觀察并記錄種子萌發(fā)的情況，至發(fā)芽高峰期后連續(xù)3 d沒有種子萌發(fā)時(shí)調(diào)查結(jié)束。發(fā)芽以胚根為種粒長(zhǎng)的1/2為標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及計(jì)算

1.3.1 發(fā)芽率的計(jì)算

發(fā)芽率(%)=(n/N)×100%；

式中：n為第n天的發(fā)芽種子數(shù)；N為供試種子總數(shù)。

1.3.2 發(fā)芽指數(shù)的計(jì)算

發(fā)芽指數(shù)GI =∑(Gt/Dt)；

式中：Gt為第t天的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為對(duì)應(yīng)Gt的發(fā)芽天數(shù)(d)。

1.3.3 生長(zhǎng)量的測(cè)定

試驗(yàn)結(jié)束后，取整株植物，清洗干凈，吸干表面水分，用直尺分別測(cè)量根和芽的長(zhǎng)度。

1.3.4 葉綠素含量的測(cè)定

葉綠素含量的測(cè)定采用李合生[4]的方法，用丙酮浸提并進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算光合色素的含量。

Ca=12.72×D663-2.59×D645；

Cb=22.88×D645-4.67×D663；

Ccar=(1 000×D440-3.27×Ca-104×Cb)÷229；

葉綠體色素含量(mg/cm2)=Ca+Cb；

式中：Ca、Cb和Ccar分別為葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的濃度。

1.3.5 相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定

相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定采用李合生[4]的方法，并略做改動(dòng)。先用自來水沖洗葉片，除去表面污物后再用去離子水沖洗1～2次，用干凈紗布吸干表面水分，然后剪碎每份稱取0.10 g，放入加有30 mL去離子水的錐形瓶中，浸泡24 h；浸泡結(jié)束后測(cè)定溶液電導(dǎo)率，記為R1；然后將錐形瓶放入沸水浴中加熱20 min，放置室溫后再次測(cè)定溶液電導(dǎo)率，記為R2。

相對(duì)電導(dǎo)率(%)=(R1/R2)×100%。

1.4 模糊數(shù)學(xué)隸屬度分析

用模糊數(shù)學(xué)隸屬度公式進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換，具體公式方法為：發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、葉綠素a、葉綠素b、葉綠素、類胡蘿卜素、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)采用下面公式：相對(duì)值X=指標(biāo)的酸脅迫處理測(cè)定值/對(duì)照處理測(cè)定值。隸屬函數(shù)值Pij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)，相對(duì)電導(dǎo)率采用反隸屬函數(shù)的方法計(jì)算：Pij=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)，其中Xij為第i材料第j指標(biāo)的相對(duì)值；Xjmin為第j指標(biāo)的最小值；Xjmax為第j指標(biāo)的最大值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬酸雨對(duì)4種草坪草種子萌發(fā)的影響

2.1.1 對(duì)發(fā)芽率的影響

模擬酸雨對(duì)4種草坪草種子發(fā)芽率的影響見圖1。由圖1可知，隨著酸雨pH值的降低，不同草種發(fā)芽率受影響變化的具體趨勢(shì)不同。pH值為2.0時(shí)，4種草坪草種子受酸雨脅迫嚴(yán)重，發(fā)芽率均為0。高羊茅在酸雨pH值為3.0及以上時(shí)發(fā)芽率達(dá)89.33%以上，受酸雨脅迫影響不明顯；多年生黑麥草在酸雨處理下發(fā)芽率均低于對(duì)照組，pH值為5.0、4.0、3.0時(shí)較對(duì)照組分別降低8.67%、15.76%、18.51%，且pH值為4.0、3.0時(shí)與對(duì)照組具有顯著性差異(p<0.05)；匍匐翦股穎隨酸雨酸性的增強(qiáng)發(fā)芽率不斷下降，pH值為5.0、4.0、3.0時(shí)較對(duì)照組分別降低17.00%、20.39%、30.10%,并均與對(duì)照組具有顯著性差異(p<0.05)；草地早熟禾受酸雨影響明顯，隨酸雨酸性的增強(qiáng)，發(fā)芽率降低程度逐漸增大，pH值為5.0、4.0時(shí)，較對(duì)照組分別降低25.62%、39.26%，與對(duì)照組均具有顯著性差異(p<0.05)。

圖1 模擬酸雨脅迫對(duì)4種草坪草種子發(fā)芽率的影響

2.1.2 對(duì)發(fā)芽指數(shù)的影響

模擬酸雨對(duì)4種草坪草種子發(fā)芽指數(shù)的影響見圖2。由圖2可知，隨著酸雨pH值的降低，不同草種發(fā)芽指數(shù)受影響的具體趨勢(shì)不同。在pH值為2.0的模擬酸雨處理下，4種草坪草種子的發(fā)芽指數(shù)均為0。高羊茅在pH值為3.0、4.0、5.0時(shí)發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照組均無(wú)顯著差異，受酸雨影響不明顯；多年生黑麥草在pH值為5.0、4.0、3.0時(shí)較對(duì)照組分別降低14.42%、17.73%、21.28%，并均與對(duì)照組具有顯著性差異(p<0.05)；匍匐翦股穎在pH值5.0時(shí)受酸雨脅迫影響不明顯，在pH值4.0、3.0時(shí)較對(duì)照組降低33.21%、38.36%，并與對(duì)照組具有顯著性差異(p<0.05)；草地早熟禾隨酸雨pH值的降低，發(fā)芽指數(shù)降低，在pH值5.0、4.0酸雨的處理下較對(duì)照組分別降低29.89%、47.13%，至pH值3.0時(shí)，完全受其脅迫發(fā)芽指數(shù)降低為0。

表1 模擬酸雨脅迫對(duì)4種草坪草色素含量的影響

注：ck(對(duì)照)pH =7.0。同行不同小寫字母表示在0.05水平下差異顯著。

圖2 模擬酸雨脅迫對(duì)4種草坪草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

2.2 模擬酸雨對(duì)4種草坪草葉片光合色素含量的影響

模擬酸雨對(duì)4種草坪草中葉片色素含量的影響見表1。由表1可知，不同草坪草葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素與類胡蘿卜素的含量隨酸雨pH值變化的具體趨勢(shì)不同；經(jīng)酸雨處理的高羊茅葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素與類胡蘿卜素含量均低于對(duì)照組，并在pH值為4.0、5.0時(shí)與對(duì)照具有顯著性差異(p<0.05)；多年生黑麥草在pH值為3.0時(shí)葉綠素a、葉綠素b、葉綠素、類胡蘿卜素的含量分別高于對(duì)照組8.46%、29.17%、12.85%、16.67%，其余強(qiáng)度酸雨處理下，均低于對(duì)照組；匍匐翦股穎變化趨勢(shì)不明顯，但在pH值為3.0時(shí)，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素、類胡蘿卜素的含量分別高于對(duì)照組21.76%、7.14%、18.18%、-0.88%；草地早熟禾在pH值為4.0、5.0時(shí)，色素含量在數(shù)值上較對(duì)照組呈降低趨勢(shì)。

2.3 模擬酸雨對(duì)葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

模擬酸雨對(duì)4種草坪草葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響見圖3。由圖3可知，高羊茅在pH值為3.0以上時(shí)相對(duì)電導(dǎo)率較對(duì)照組無(wú)顯著變化；多年生黑麥草經(jīng)酸雨處理后葉片的相對(duì)電導(dǎo)率均高于對(duì)照組，pH值為5.0、4.0、3.0時(shí)較對(duì)照分別升高了15.96%、14.98%、5.99%，并均與對(duì)照組具有顯著性差異(p<0.05)；匍匐翦股穎在pH值為5.0、4.0、3.0時(shí)相對(duì)電導(dǎo)率較對(duì)照組分別升高13.23%、2.66%、24.52%，并具有顯著性差異(p<0.05)，表明酸雨脅迫對(duì)其葉片也產(chǎn)生了不同程度的破壞作用；草地早熟禾在pH值為5.0、4.0時(shí)較對(duì)照組分別升高5.60%、13.48%，并在pH值為4.0時(shí)與對(duì)照組具有顯著性差異(p<0.05)。

圖3 模擬酸雨脅迫對(duì)4種草坪草葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

2.4 模擬酸雨對(duì)根和芽生長(zhǎng)量的影響

模擬酸雨對(duì)4種草坪草根長(zhǎng)的影響見圖4；由圖4可知，高羊茅在pH值為5.0、4.0、3.0時(shí)根長(zhǎng)較對(duì)照組分別降低10.64%、10.24%、8.37%；多年生黑麥草在pH值為5.0、4.0時(shí)根長(zhǎng)較對(duì)照組變化不顯著，但在pH值3.0時(shí)，根長(zhǎng)受抑制明顯下降，較對(duì)照組降低了29.44%，并具有顯著性差異(p<0.05)，表明高強(qiáng)度酸雨可能對(duì)其產(chǎn)生了傷害；匍匐翦股穎隨酸雨pH值的降低，根長(zhǎng)受抑制程度逐漸增加，pH值為5.0、4.0、3.0時(shí)較對(duì)照組分別降低6.67%、25.57%、34.43%，并在pH值為4.0、3.0時(shí)與對(duì)照組具有顯著性差異(p<0.05)；草地早熟禾在pH值為5.0、4.0時(shí)根長(zhǎng)較對(duì)照組分別降低23.74%、36.21%，并與對(duì)照組具有顯著性差異(p<0.05)，pH值為3.0時(shí)完全受抑制，不再生根。

圖4 模擬酸雨脅迫對(duì)4種草坪草根長(zhǎng)的影響

模擬酸雨對(duì)4種草坪草芽長(zhǎng)的影響見圖5；由圖5可知：高羊茅在pH值為3.0時(shí)較對(duì)照組顯著降低9.92%，其余條件處理下，與對(duì)照組無(wú)顯著性差異；多年生黑麥草芽長(zhǎng)在pH值為3.0、4.0、5.0模擬酸雨的處理下與對(duì)照組均無(wú)顯著性差異；匍匐翦股穎芽長(zhǎng)受酸雨影響也較小，pH值為3.0時(shí)較對(duì)照組降低5.91%，其余處理下，與對(duì)照組差異不顯著；草地早熟禾隨酸雨酸性的增強(qiáng)芽長(zhǎng)略有降低，在pH值為3.0時(shí)種子不發(fā)芽。

圖5 模擬酸雨脅迫對(duì)4種草坪草芽長(zhǎng)的影響

2.5 綜合評(píng)定

草坪草對(duì)酸雨抗性的大小由多個(gè)不同的指標(biāo)綜合決定，各個(gè)單一的指標(biāo)不能一致的反映草坪草對(duì)酸雨抗性的大小，參考單一指標(biāo)得出的結(jié)果不具有說服力，因此不同草坪草對(duì)酸雨脅迫的抗性大小應(yīng)該用多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)定，從而使評(píng)價(jià)結(jié)果更具客觀性和真實(shí)性。所以本研究采用模糊數(shù)學(xué)隸屬度分析法綜合評(píng)價(jià)4種草坪草在模擬酸雨脅迫下抗性的大小，綜合發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、葉綠素a、葉綠素b、葉綠素、類胡蘿卜素、相對(duì)電導(dǎo)率、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)9個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值得到隸屬函數(shù)的平均值(表2)，由表2可知，4種草坪草種耐酸性強(qiáng)弱順序?yàn)椋焊哐蛎?多年生黑麥草>匍匐翦股穎>草地早熟禾。由此可知，4種草坪草種中，高羊茅抗酸性最強(qiáng)，多年生黑麥草、匍匐翦股穎居中，草地早熟禾最差。

表2 4種草坪草種子抗酸雨脅迫能力得分

3 討 論

3.1 模擬酸雨脅迫對(duì)不同草坪草種子萌發(fā)的影響不同

pH值為2.0的酸雨完全抑制了4種草坪草種子的萌發(fā)，表現(xiàn)為發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均為零；其余酸雨處理下(pH值為3.0、4.0、5.0)高羊茅的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照相比均無(wú)明顯變化，種子萌發(fā)受酸雨影響不明顯，這與田如男等[5]的研究結(jié)果一致；多年生黑麥草的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)經(jīng)酸雨處理后均低于對(duì)照組，并在pH值為5.0時(shí)與對(duì)照組具有顯著性差異，這與黃婷等[6]的研究結(jié)果有異；匍匐翦股穎發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)隨pH值的降低而降低；草地早熟禾的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)隨酸雨pH值的降低而降低，至pH值為3.0時(shí)，發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)為零，所受影響最明顯。

3.2 模擬酸雨脅迫對(duì)不同草坪草葉片內(nèi)色素含量的影響不同

大氣中的酸性沉降物通常先通過氣孔進(jìn)入草坪草，損害植株葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步影響草坪草葉片的其它各項(xiàng)指標(biāo)。不同pH值的酸雨脅迫使4種草坪草植物葉綠素a、葉綠素b、葉綠素和類胡蘿卜素含量的變化趨勢(shì)不同，高羊茅的4種色素含量均隨pH值的降低而減少，這與齊澤民[7]對(duì)杜仲的酸雨模擬試驗(yàn)結(jié)論相同；多年生黑麥草與匍匐翦股穎在酸雨pH值為4.0、5.0時(shí)色素含量均低于對(duì)照組，但在pH值為3.0時(shí)色素含量均高于對(duì)照組；草地早熟禾在酸雨處理下色素含量均低于對(duì)照組，這與大多數(shù)前人的研究結(jié)果相一致，表明酸雨對(duì)草地早熟禾的葉片具有破壞作用，產(chǎn)生了不利影響。

3.3 模擬酸雨脅迫對(duì)同種草坪草種子的不同部位影響不同

高羊茅在酸雨處理下根長(zhǎng)均低于對(duì)照組，且在酸雨pH值為5.0時(shí)便顯著低于對(duì)照組，這與田如男[5]等的研究結(jié)果一致；芽長(zhǎng)在pH值為3.0時(shí)顯著低于對(duì)照組，其余條件下與對(duì)照組無(wú)顯著性差異，表明高強(qiáng)度的酸雨對(duì)高羊茅芽長(zhǎng)有一定的抑制作用，高羊茅根對(duì)酸雨的敏感程度大于芽；多年生黑麥草在pH值為3.0時(shí)根長(zhǎng)顯著低于對(duì)照，pH值為5.0、4.0時(shí)較對(duì)照組無(wú)顯著變化，但芽長(zhǎng)在3種不同強(qiáng)度的模擬酸雨處理下較對(duì)照組均無(wú)顯著性變化，表明高強(qiáng)度的酸雨對(duì)多年生黑麥草根的生長(zhǎng)具有抑制作用，但對(duì)芽的影響不明顯，根與芽所受影響不同步；匍匐翦股穎在pH值為5.0時(shí)根芽長(zhǎng)均無(wú)明顯變化，pH值為4.0、3.0時(shí)根長(zhǎng)顯著低于對(duì)照組，芽長(zhǎng)也有降低，表明匍匐翦股穎根芽對(duì)酸雨有一定的抵抗作用，但隨酸雨酸性的增強(qiáng)，根芽都受損；草地早熟禾根長(zhǎng)在酸雨處理下均低于對(duì)照組，芽長(zhǎng)變化不明顯，pH值為3.0時(shí)種子不萌發(fā)，根比芽對(duì)酸雨敏感；

3.4 模擬酸雨脅迫對(duì)不同草坪草葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響不同

酸雨較普通降雨硫酸根和硝酸根離子濃度有所增加，氫離子的活性被提高，因此加速了氫離子與細(xì)胞中陽(yáng)離子的交換作用；另外，在酸雨作用的影響下，草坪草植株葉片的角質(zhì)層和表層細(xì)胞都會(huì)受到傷害，導(dǎo)致細(xì)胞通透性增加。這兩方面的共同作用導(dǎo)致了植物養(yǎng)分離子的大量淋失。植物組織在受到逆境的脅迫時(shí)，其透性增大，導(dǎo)致電導(dǎo)率增加，因此電導(dǎo)率的變化是檢測(cè)植物受傷害程度大小的另一個(gè)指標(biāo)[5]。高羊茅葉片在pH值為3.0以上的酸雨脅迫下相對(duì)電導(dǎo)率值無(wú)明顯升高趨勢(shì)，表明高羊茅葉片對(duì)酸雨有良好的抗性；多年生黑麥草、匍匐翦股穎在酸雨影響下電導(dǎo)率均高于對(duì)照組，表明不同強(qiáng)度的酸雨對(duì)其葉片都產(chǎn)生了一定的破壞作用。草地早熟禾葉片相對(duì)電導(dǎo)率較對(duì)照組升高程度較小，表明其葉片受酸雨影響較小，葉片對(duì)酸雨侵害的抵抗力較強(qiáng)。

綜合分析表明，不同酸度的酸雨對(duì)4種草坪草種子與幼苗的影響不完全相同，不同指標(biāo)受影響程度不完全相同[8]；根據(jù)模糊數(shù)學(xué)隸屬度分析法得出4種草坪草抗酸性順序?yàn)椋焊哐蛎?多年生黑麥草>匍匐翦股穎>草地早熟禾。