全 文 ：第28卷第6期
2009年12月
生态科学
EcologicalScience
28(6)：562—567
Dec．2009
大气污染对城市植被的生态胁迫效应综述
崔胜辉+，于裕贤，宋晓东，李方一
中国科学院城市环境研究所，城市环境与健康重点实验室，厦门361021
【摘要】 快速的城市化进程使得城市大气污染日趋严重，造成了城市植被的退化及其生态服务功能的下降。大气中的
03、紫外ⅣV-B)辐射、重金属、So：等污染物及其复合污染从分子、细胞、个体、种群、群落和生态系统各个水平上都
对城市植被造成了胁迫效应。本文从微观实验法和宏观高光谱遥感法两方面对已有的研究方法进行了分析和总结后，提
出了以下几个今后需要关注的研究领域：开展野外和长期胁迫实验、植物受胁迫机理及多种因子复合胁迫研究等；同时
指出应重视建筑物在城市大气污染生态胁迫中的重要作用，并在今后加强城市行道树相关方面的研究。
关键词：大气污染；城市植被；生态胁迫；综述
doi：lO．3969／j．issn。1008．8873．2009．06．015中图分类号：Q14，S76，X22文献标识码：A文章编号：1008-8873(2009)06—562-06
Re、riewOnairpollutioninducedecologicalStressefkcts0nurbanVegetation
CLⅡSheng-hui+，YUY ．xi觚，SONGXiao-dong，LIFang-yi
KeyLab可Urb矾E刖im聃lent口ndH dlm，l凇timle巧UrbnnE聊的nme憾Ch协eseAcdd m)耐jsci曲ces．Xi口men36102l|
C自加口
Abstract：Withnler叩idcvelopmentofurbaIlization，urb觚airpollution，whichexacerbatesdegmdationof岫aIlVegetation
孤1d10ssofecolo百calsenrices，becomesmoreserious．PoIlut卸tsinair蛐chas03，UV-Bmdiation，heavymet ls，S02andtheir
compoundpollutionsinduceecologicals廿cssonurbanvegetationindi仃erentlevelsofmolecule，cellule，individ吼l，popuIation，
community锄decosystem．Inthispapertlleautllors柚alyze锄dsumm撕zetllresults锄dmethodsfpreviolIsresearches
rel矾edtoecologicals仃esseffectsofairpoll埘ononurb柚vegetation．Att11es锄etime，someimportantrcsearcharc鹤，which
shouldbepaidmoreattentionointhe如tIlrc，arcproposedincludiIlgfield锄dlong-tenns圩essexp甜mentS，combineds仃ess
e仃ccts，∞tionmech龃ismforairs仃ess0npl狮ts狮dimportantroleofbuildingsonccologicals仃essof“b弛airpoll砸on，∞dso
on．Finally，theau borSpointout11atrelated咒searchonurbans仃I：et仃eesshouldbestrengtllenedp枷culady．
Keyword：airpolIution；uI．banvegetation；ecologicals仃ess；reView
收稿日期：2009．06．22收稿，2009．12．20接受
基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目：城市生态系统过程、胁迫效应和生态整合方法研究(1泣Cx2．Yw422)
作者简介：崔胜辉(1973—)，男，福建宁德人，副研究员，博士，主要从事城市生态环境规划和管理研究。E．mail：shcui@i嘴．ac．cn
·通讯作者
万方数据
6期 崔胜辉梅，等：大气污染对城市植被的生态胁迫效应综述 563
l 弓l言(fntroduction)
目前，大气污染己成为全球许多国家和地区，尤
其是城市所面临的主要环境问题之一【l】。，城市植被在
城市复合系统中发挥着重要的生态服务功能，但同时
也遭受着大气污染的严重影响。研究城市环境与城市
植被问的相互关系，特别是大气污染对城市植被的生
态胁迫效应目前已显得非常重要。本文从论述主要大
气污染因子对城市植被生态胁迫胁迫效应出发，在对
已有的研究成果及方法进行了分析和总结的基础之
上，提出了今后应重点研究的方向和内容。
2城市植被
一般认为，城市植被是城市里覆盖着的生活植
物，它包括城市里的公园、校园、寺庙、广场、球场、
医院、街道、农田以及空闲地等场所所拥有的森林、
灌丛、绿篱、花坛、草地、树木、作物等所有植物的
总和。城市植被属于以人工种植为主的一种特殊的植
物类群弘J。
由于城市化过程中人为活动的强烈作用，城市植
被具有完全不同于自然植被的特征，可以概括为以下
五个主要方面：(1)生境的特化；(2)区系成分的简化；
(3)格局的园林化；(4)结构分化而单一化；(5)演替偏
途化。
3 大气污染对城市植被的生态胁迫效应(The
ecOIOgicaIstresSe何．ectsOnurbanVegetatiOn
inducedbyairpo¨ution)
植物是大气污染物一个重要的汇【3】，因此城市植
被的各项生理过程及其生长格局极易受到城市中严
重的大气污染的影响【4】’从而呈现出不同程度的受害
症状，甚至枯萎或死亡。
目前，大气污染对植物生态胁迫效应的研究多侧
重于从分子、细胞以及植株个体等多个水平上对胁迫
作用下植物可见受害症状及一些基本光合生理生化
参数情况等进行描述，且相关的研究热点主要集中在
03、紫外(uv_B)辐射、重金属、s02等污染因子对植
被的胁迫效应方面15曲J。
3．1 03胁迫
近年来，03对植物胁迫效应的研究主要针对森
林、幼树和农作物，着重从植物的可见伤害、生长和
形态结构、光合作用、物质代谢、抗氧化系统等方面
进行研纠7I。相关研究结果表明，强氧化性的03通
过气孔扩散进入植物叶片后可导致叶片中细胞膜部
分破裂；高浓度03环境中，植物通常会表现出叶片
老化加速、光合速率下降、叶片气孔导度降低等症状，
植物地上和地下部分的生长均会受到不同程度的抑
制，干物质的生产和分配等功能也会受损【8。91。
早期有研究显示，强烈的O，胁迫会使植物对
03的耐性增强，植物在O，中的暴露程度与其所受到
的影响之间的相关关系已普遍有所降低【101；但也有
研究指出，植物对03的敏感性是植物自身的一种遗
传性状，敏感植物的可见伤害及其在空间上的生长
变化仍能够很好地指示不同区域范围内03的污染浓
度[111。 ．
此外，近地03通常会与其它环境因子(如强光、
UV-B辐射、高温等)共同作用于植物体的各项生理生
化过程这种共同作用可能是拮抗或协同作用，进而
影响植物对其它环境胁迫因子的反应【l厶旧j。
3．2紫外(uⅥ辐射胁迫
UV．B辐射的增加会对植物产生诸多方面的影
响【14】，而城市的热岛效应更会加剧这类影响【l引。
研究表明，UV．B辐射会抑制植物根系发育，直
接导致植物吸收水分矿质的减少，进而影响到地上部
分的生理功能【16】；uv—B辐射的增加可造成植物生物
量、叶面积以及光合系统II量子产率(中PsⅡ)的减少，
比叶质量(SpecificLeafMass，SLM)和叶片色素含量的
增加，单位叶面积光合速率与荧光参数砜则不会
有显著的变化【17】。此外，UV辐射还会影响植物体内
不同光合产物的形成，且由于植物内类囊体膜对UV
辐射特别敏感，故而可在一定程度上对细胞内DNA
分子造成伤害【18】。但同时也有研究指出，许多植物都
可以通过调节吸收uV—B辐射的次级代谢产物的量进
而适应高通量的UV-B辐射【l引。
目前，由UV．B辐射引起的植物基因重新表达方
面的信息还非常有限。已有研究尝试对植物在不同强
度uv—B辐射下的生长状况进行模拟研究，通过分析
几种已知的与植物抗性机理相关的基因在表达上的
差异，进而识别出可能与抗紫外辐射相关的基因【2⋯。
3．3重金属胁迫
严重的大气重金属污染可能对植物体产生强烈
万方数据
的乃至不可逆的毒害作用【21’231。植物对重金属的吸收
位点及其在细胞中的结合位点、重金属的离子特性及
有效性等一系列因素决定了植物受重金属胁迫影响
的强弱【241；而这种胁迫效应也不仅仅表现在植物体
的某一方面，而是从分子到生理代谢、细胞结构，及
最终对植株外部生长形态等各方面的综合影响【251。
目前，关于重金属污染胁迫下植物地上和地下部
分的形态变异以及植物超微结构的情况等都已有不少
报道【2睨71。研究表明，大多数的重金属均会抑制植物
根系生长，影响叶绿素合成，植物光合作用系统和抗
氧化系统等也会受影响，造成生物量减少，植物衰老
加速【硝之州；重金属还可能破坏植物细胞膜，使其选择
透性机能受损，透性增大，致使细胞内一些可溶性物
质外渗，同时对其他矿质元素(如Zn”、Ca2+等)的吸收
能力降低；而构成植物细胞类囊体膜的蛋白质、脂类
以及光合作用过程中必不可少的其它成分也会因重金
属的影响而流失【30】。但也有研究表明，植物在重金属
胁迫下，体内与抗病相关的一些蛋白酶会增多，以此
来防御这种不良胁迫p¨。
尽管在重金属胁迫方面的研究已经得到了充分
的重视，但由于技术等种种因素的限制，目前的研究
还多集中在单一重金属对植被的胁迫方面，多种重金
属元素以及重金属与其它因子共同胁迫方面的研究
还非常欠缺，今后应该引起更多的关注。此外，除大
气重金属污染外，土壤重金属污染目前也已经非常严
重，但较乡村而言，城市由于其完善的废弃物收集系
统，可能使得某些重金属对城市植被的整体胁迫效应
并不如自然植被显著。
3．4 S02胁迫
S02对植物胁迫效应的研究一般多通过野外调
查、田间试验以及人工熏气等试验手段进行。研究表
明，s02可通过植物气孔(或皮孔)进入细胞间隙，再
进入叶肉细胞，在细胞中溶于水后形成亚硫酸，过量
的亚硫酸及其盐类会对植物产生毒害作用【32】；S02
进入叶片后会使细胞内pH值降低，细胞膜透性增加，
叶片营养元素(如Mf+、K+、Na2+等)外渗流失，叶绿
素的形成受阻，含量减少，光合作用受抑制，气孔导
度增加，呼吸作用增强等【33_34】。
另外，通过分子和基因水平上的研究发现，低浓
度的S02胁迫下，植物体内的一些中间代谢产物可以
诱导与适应逆境相关的基因表达，进而提高酶的活
性，增强植物体对外界胁迫的防护能力【35】；而高浓
度的s02胁迫则会对植物细胞造成损伤，甚至还可能
诱发染色体畸变等㈨。
3．5其它复合因子胁迫
目前，城市大气环境较以往已发生了巨大的变
化，污染物种类日益增多，各种污染物之间相互作用，
例如，城市中近地臭氧和大气气溶胶浓度的增加会在
一定程度上削弱到达地面的UV—B辐射强度。处于这
种特化生境中的城市植被，其所受到的生态胁迫通常
是多种污染物的复合胁迫，这种复合影响一般不同于
单一污染物的胁迫影响，各种污染成分之间可能会起
到相加、相乘或是拮抗的作用，而城市环境胁迫因子
在组成等方面的高度复杂性更使得城市植被受到的
复合胁迫效应与自然植被存在很大的差异。目前有关
复合污染影响的相关研究依然非常欠缺，很多问题尚
待解决。
自上世纪90年代以来，关于植物对粉尘、S02
和NO。，Uv-B辐射与酸雨、重金属等复合污染的响
应已开展了一些研究。结果表明，S02和N02复合污
染对植物产生的生态胁迫效应与03污染有相似之
处，S02在复合污染中起主要作用，但是，抗S02的
树种并不一定就能抵抗N02或两者的复合污染【3丌，
二者的复合影响大致表现为协同作用【3引。S02和N02
复合污染会使植物根的生长量和植物体内P、K浓度
减少，N浓度则会升高【3圳，植物气孔扩大，蒸腾作用．
增强，水分含量下降等【401。从群落和种群水平上来
看，粉尘、S02和NO。等复合污染会导致植被种群结
构、林分生物量、叶养分含量等明显退化或降低【411。
另外，Uv-B辐射与酸雨的复合作用会导致植被各种
生理生态指标下降幅度明显大于其中某一单因子产
生的作用，而下降幅度亦受Uv．B辐射强度和酸雨
pH的影响【42|。UV-B辐射与重金属的共同胁迫作用
下，植物体叶绿素和光合作用系统会出现明显的退
化，而由于重金属会削弱DNA修复酶的作用机制，
因此更加剧了UV．B辐射对DNA造成的损伤，在对
植物的一些生理过程的影响上二者表现出较强的协
同相加胁迫效应一川。
此外，还有一类研究针对不同功能区(如工业区、
交通枢纽区、清洁对照区等)植被的生理生态过程展
开，进而揭示不同大气环境背景下植物的生理生态状
况【4¨51，但这些研究过程中只考虑不同研究地点大气
污染状况的整体差异，而并不区分具体作用的胁迫因
子及各类因子对总体胁迫效应的贡献程度。由于作用
万方数据
6期 崔胜辉梅，等：大气污染对城市植被的生态胁迫效应综述 565
表l植被胁迫的研究方法比较
Tablel ThecomparisoⅡofve2etations仃ess弛驼archmetho山
方法分类 研究手段 优点 缺点
M矾lodsclassificationResearchmeans Adv粕tages Disadvatltages
因子复杂多样，这类研究很难从机理上对植被所受的
大气污染胁迫进行解释。
总体来说，大气污染对植被生态胁迫效应的研究
已经开展了非常多，涉及的内容也非常广，但研究的
热点还相对比较集中。除上面介绍的主要污染胁迫研
究外，目前关于大气中的有机污染物(如多环芳烃
等)、总悬浮颗粒物(TSP)、细粒子(PMl0’PM2．5
和PMl．o)等污染物质对植被的生态胁迫效应也都开
展了一些研究【4¨引，整体的研究思路与其它胁迫研究
并无太大差别，但相关的研究仍然比较欠缺，是今后
需要继续探索的领域。
4植被胁迫研究方法(Vegetationstress陀searCh
methods)
目前，关于植被胁迫的研究主要从微观和宏观两
个层面展开，研究方法都比较单一。微观层面上的研
究主要围绕小区域内的植株个体展开，重点关注植被
受胁迫症状及其受胁迫机理等，主要的研究方法是实
验指标的测定、分析和解释；宏观层面上的研究则是
在大区域尺度上展开，目前主要采用的是高光谱遥感
信息获取及其相关的分析技术等。两种研究方法的比
万方数据
!丝 生查型堂星121竺曼!!璺!墨垒!翌!皇 兰!鲞
较见表l。 一个研究方向，从而为更好地改善和优化道路及周边
不难发现，以上两类研究方法在研究手段、方法 环境，进一步提高城市居民生活质量提供理论指导。
指标等方面都各有不同，也各具优缺点，最终能够达
到的研究目标也不尽相同。微观实验法包括了室内、 参考文献(Refe陀nces)
半野外、野外三种条件下对受试植株个体展开的研究，
【11温达志，陆耀东，旷远文，等．2003．39种木本植物对大气
通过典型个体反映种群所受生态胁迫的一般情况，研 污染的生理生态反应与敏感性【J】．热带亚热带植物学报，
究对象具体明确，方便深入到分子和基因水平展开研 11(4)：34l-347．
究，在把握胁迫机理方面具有较强的优势，同时也能 【2l鬟孥‘1997·城市生态环境学【M】·北京：科学出版丰土’
够为植物品种改良及选育等提供一定的理论指导，具 f31sirIgllN，Y妇usM，sriv嬲taval(，P，讲．1995．Monit嘶ngof
体的研究手段相对比较灵活多样；高光谱遥感法可以 autoe)【11aIlstpollutionbyroadsideplants叽勘协1D盯肌eH衄，
学要墅空童!了丝竺享验婆亨登烹堡面曾万曼：堂够零川等：：焉譬名i：：：：曷：’淼?▲甚篡Ⅱ∞酊a；卜p州m；衄
加准确完善地获取大区域内植被群落的生长信息，在
”1
byplantS，ajconsequeIlcesforgrowtll赢阮聍凼j0E∞f恻
了解和监测植被现状方面表现出较大的优势，但对于 ＆E阳，“砌珂，l(1)：15．18．
胁迫机理的解释仍需要结合个体的微观实验来展开。 15ls蚰dersGE，skarbyL，AshmoreMR鲥口fI1995·
两种研究方法相互补充，相互完善，在植被生态胁迫凳茹高曼i一嚣1暑竺盘鉴。窆釜竺咄u‘芝三
研究中有着广阔的应用前景，现实研究中如何应用这 Deposition．science明dPolicy：AcidReigll95，Gothenburg，
些方法则取决于研究所要达到的具体目标。 swed锄：ⅪuwerAcadeIllicPubl．189-200．
【6】KoIlIloY，Mats啪llmH，Ish“T，Pf口，．2004．EstabliSlling
cri“calIevelsofairpollutantsf研protectingEastAsian
5 研究展望(ResearChp ospects) vegetation．Achallenge【R】．6thlmenlationalsymposi啪on
PlantResponsest0AirPonutionandGlobalChanges，
尽管大气污染对城市植被生态胁迫效应的研究 Tsukuba，J船AN：Pl龃tResponsesoAirPolluti蚰觚d
曼经．!I苎i多耋差妻璺茭挚，．但宴王毽蛮釜竺等紫譬17l蒙莲?1骰凳：2篙嚣。等．2009．高浓度03对树木生理生
制，目前还存在很多欠缺，今后应着重从以下几个方 一基的影晶叽生基摹报，‘29(1)：368-377．
一一。
面展开研究： 18】G舢tzDA，Gu皿s，vuHB．2006．03i呷actsonpl锄‘
(1)有关大气污染对城市植被生态胁迫效应的研 deVelopment：ame a。amlysisofroot／shootallocationaJld
究主娄针对单一污染因子的胁迫效应，且多停留在植19l；：裂?；怨．销f萎鎏粪梨昌嚣焉瓣易茎；器量
被受胁迫的可见症状和生理生态变化上，今后应更加 的影响叽生态环境，12(4)：482-486．
注重复合因子胁迫及分子水平的胁迫机理等方面的 【lolFuhrerJ，B1lngenerP．1998．E航ctsofairpoIlutalltson
研究，在对现状及机理把握的基础上进而通过一定的 竺篙∑：芸翟：茹啬≮：翟裟皇咒竺竺
手段改善和提高现实环境中植被对不良胁迫的抗性。 355．360．
(2)野外及长期观测实验不足。常采用的控制模Illl?aolettiE，FemraAM，cal弩yud∑，口，-2005：·Deciduolls
替奎竺多．反映堂#高浓度污染因子对孳被的短期急娄盎l盎．爱焉胛：裟艺溅如等：篙罱：嚣姜凳．嬲狮
性伤害，与现实的低浓度长期污染胁迫有所脱节。目 112l许宏：荔豪成，陈圣宾，等．2007．葙物南’臭氧污染胁迫效
前，高光谱遥感技术在大区域植被现实胁迫监测中展 应研究进展【J】．植物生态学报，3l(6)：1205一1213．
现出极大的优势，但将其应用于大多成条带状或散点 【13】BllssottiF·2008·F蚰ctionall。af仃ai拓，plan‘communities
状分布的城市植被还存在很多困难，是今后需要重点 翟。?警裟：之：：：磊】之是：艺三：Z：芝昌?富：l|：}
加强的领域之一。 2727．2739．
(3)城市中密集的建筑物不但带来热岛效应，更加【14lMack锄esssAH．2000·Plantresponsestoul们Violet·B
剧了城市大气污染，而它们对太阳光的强反射、折射黑篡：二：：翟．戮；=：，，爱篆悉掌3黑：乏裂#肿
和遮光作用等也会影响大气中各种物质的构成及城市 11s1searlesPs，c：l晶e11MM。winterk．1995．ncRespo∞e0f
植被的各项生理过程，城市行道树相对其它城市植被 5 1ropicalDico够ledonspeciesto solarul仃aviolet-B
耋竺要妻墨奈苎鋈娄曹竺态胁兰票挈誊鬯，．譬粤前导。。6。餐蒺差：n罢盘l瑟瑟Z驾：篙塞1染篙：；；芗篙蓊Ⅵ
方面的研究尚未充分地展开，应成为今后重点关注的 ”1磊蓊爵矗荔苦耋诿希晃蕃作用的荔晶面”疆汤至塞事
万方数据
6期 崔胜辉梅，等：大气污染对城市植被的生态胁迫效应综述 567
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万方数据
大气污染对城市植被的生态胁迫效应综述
作者： 崔胜辉， 于裕贤， 宋晓东， 李方一， CUI Sheng-hui， YU Yu-xian， SONG Xiao-dong
， LI Fang-yi
作者单位： 中国科学院城市环境研究所,城市环境与健康重点实验室,厦门,361021
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2009,28(6)

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