全 文 ：第 33卷 第 6期 生 态 科 学 33(6): 1060−1066
2014 年 11 月 Ecological Science Nov. 2014

收稿日期: 2014-05-26; 修订日期: 2014-07-26
基金项目: 环保公益专项 (201309041); 中国环境科学研究院改革启动项目 (2013-YSGQ-06)
作者简介: 李静鹏(1988—), 男, 河南宝丰人, 博士研究生, 主要从事群落生态学研究, E-mail: lijingpeng@yeah.net
*通信作者: 郑志荣, 女, 博士, 助理研究员, 主要从事草地生态学, E-mail: zhengzhir08@163.com

李静鹏, 孙余丹, 陈薇, 等. CCM 在研究园林植物 NOX吸收能力中的应用[J]. 生态科学, 2014, 33(6): 1060−1066.
LI Jingpeng, SUN Yudan, CHEN Wei, et al. Application of CCM in the study of landscaping plant absorbency to NOX[J]. Ecological
Science, 2014, 33(6): 1060−1066.

CCM 在研究园林植物 NOX吸收能力中的应用
李静鹏 1, 孙余丹 2, 陈薇 1, 牛毅 1, 高韶勃 1, 郑志荣 1,3,*
1. 南开大学生命科学学院, 天津 300071
2. 湛江师范学院生命科学与技术学院, 湛江 524048
3. 中国环境科学研究院, 北京 100012

【摘要】 以湛江市 6 种园林植物常绿乔木小叶榕(Ficus concinna)和人面子(Dracontomelon duperreanum), 常绿灌木龙
船花 (Ixora chinensis)和朱槿 (Hibiscus rosa-sinensis)以及落叶乔木大花紫薇 (Lagerstroemia speciosa)和黄葛榕 (Ficus
virens)为研究对象, 探讨叶绿素仪(CCM)在研究植物 NOx 吸收能力中的应用。研究结果表明: 1)6 种植物的叶片 CCI
值与全氮含量均呈显著的正相关, 朱槿和人面子表现出最好的线性相关(R2 = 0.70, P < 0.001; R2 = 0.74, P < 0.001),
CCI 值可以用于叶片氮含量的预测。2) 植物可以响应不同浓度的 NOX 而表现出叶片氮含量的差异, 各树种的叶片 CCI
值均为污染区显著高于清洁区, 与叶片实测氮含量呈相同的变化趋势。3)CCI 值在植物生活型间并不存在显著差异, 宜
在物种水平上进行研究; CCI 值同时受叶面积、叶片含水率和叶比重(Leaf mass per area, LMA)等因素的影响。利用 CCI
值可以快速、无损地测定叶片在污染区和清洁区不同 NOX 浓度下叶片全氮的相对含量, 从而判断不同植物的 NOX 相
对吸收能力, 但这一方法的准确实施, 不仅需要更大的样本建立精准的模型, 也需要更加科学、合理的取样, 更为关键
的是污染区和清洁区的 CCI 差值应建立一个统一的转换尺度。

关键词：CCM-200; LMA; 园林植物; 湛江市; 氮氧化物
doi:10.14108/j.cnki.1008-8873.2014.06.004 中图分类号：S758.8 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2014)06-1060-07
Application of CCM in the study of landscaping plant absorbency to NOX
LI Jingpeng1, SUN Yudan2, CHEN Wei1, NIU Yi1, GAO Shaobo1, ZHENG Zhirong1,3,*
1. College of Life Science, Nankai University, Tianjin 300071, China
2. College of Life Sciences, Zhanjiang Normal University, Zhanjiang 524048, China
3. Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China
Abstract: Six common tree species including two evergreen trees (Ficus concinna and Dracontomelon duperreanum), two
evergreen shrubs (Ixora chinensis and Hibiscus rosa-sinensis), and two deciduous trees (Lagerstroemia speciosa and Ficus
virens), were selected to explore the application of chlorophyll concentration meter (CCM) in the study of plant absorbency
to NOX. The results showed that: 1) there was a significantly positive correlation between CCI values and total nitrogen
content in all the experimental plants, among which Hibiscus rosa-sinensis and Dracontomelon duperreanum showed the best
linear correlation (R2 = 0.70, P < 0.001; R2 = 0.74, P < 0.001), indicating CCI values can be used to predict leaf nitrogen content.
2) Different tree species showed distinct leaf nitrogen content under the different concentrations of NOX, which was
consistent with the results that CCI values of tree species in polluted area were significantly higher than those in less polluted
area. 3) Although there were no significant differences in CCI values among different life forms, CCI values were affected by
leaf area, leaf water content and leaf mass per area (LMA). The above results demonstrated that CCI values can be used to
6 期 李静鹏, 等. CCM 在研究园林植物 NOX吸收能力中的应用 1061
determine the relative leaf total nitrogen content of different tree species in the polluted area and less polluted area. Also this
method is helpful to judge plants’ NOX absorbency without damaging leaves; however, we still need to establish more precise
model and select more scientific sampling method to implement this approach. More importantly, a unified conversion scale
should be set up for different CCI values of different tree species in polluted area and less polluted area.
Key words: CCM-200; leaf mass per area; landscaping plant; Zhanjiang; oxynitride
1 前言
叶绿素仪的应用为快捷、无损地测定植物叶
片的叶绿素含量提供了极大的便利[1–2], 在此基础
上 , 许多研究也通过构建模型等方法 , 基于叶绿
素仪测定值对植物叶片的氮含量进行预测[3–7], 进
而准确判断植物的氮营养水平[8–11]。这一手段常用
于玉米[12–14]、小麦[3, 15–16]、棉花[17]等大田作物和经
济林[18–21]的叶片氮含量预测, 但在城市园林植物中
还没得到应用。
NOx 作为主要温室气体之一, 随着城市化和工
业化进程的加快, 其污染问题已经严重影响到社会
的发展[22–24]。城市植物可以由气孔吸收一定浓度范
围的 NOx, 在体内进行降解、排出或储存, 起到净化
空气的作用[22–27], 不同城市植物的氮氧化物吸收能
力一般通过分析清洁区和污染区的叶片氮含量来进
行评估[24], 因此, 如果能够快速、无损的对叶片氮含
量进行预测, 将会对园林实践中高氮氧化物吸收能
力的树种鉴定和选择有极大的帮助。基于此, 本文运
用叶绿素仪 CCM (Chlorophyll concentration meter)
对6种常见的园林植物常绿乔木小叶榕(Ficus concinna)
和人面子(Dracontomelon duperreanum), 常绿灌木龙船
花(Ixora chinensis)和朱槿(Hibiscus rosa-sinensis)以
及落叶乔木大花紫薇(Lagerstroemia speciosa)和黄
葛榕(Ficus virens)进行测定, 分析(1)叶绿素含量指
数(CCI, chlorophyll content index)与叶片氮含量是否
具有较强相关性, 从而可用于园林植物的叶片氮营
养状态的预测; (2)污染区和清洁区的 CCI 值是否有
显著差异; (3)不同种和不同生活型的园林植物是否
有不同的氮氧化物吸收能力, CCI 值是否可以反应
叶片氮含量的差异。
本文拟解决两个问题: 1)如果叶片氮含量可以
响应空气中氮氧化物的浓度, CCI 值可以用于叶片
相对氮含量的评估, 那么污染区的叶片 CCI 值是否
应显著高于清洁区？2)CCI 值与许多大田作物功能
叶的氮含量有强的相关性, 可以用于判断作物氮营
养状况, 那么 CCI 值是否和园林植物的叶氮含量
也应有较好的相关性, 对叶片氮营养状态起到指示
作用？
2 材料与方法
2.1 研究材料与采样点
选取边缘热带城市园林中常见的常绿乔木小叶
榕(Ficus concinna)和人面子(Dracontomelon duperreanum),
常绿灌木龙船花 (Ixora chinensis)和朱槿 (Hibiscus
rosa-sinensis)以及落叶乔木大花紫薇(Lagerstroemia
speciosa)和黄葛榕(Ficus virens)为研究对象, 叶片特
征见表 1。

表 1 研究的 6 种园林植物
Tab. 1 General characteristics of 6 garden tree species
树种 生活型 科 属 叶片特征
小叶榕 Ficus concinna 常绿乔木 桑科 榕属 叶狭椭圆形, 革质, 两面光滑无毛。
人面子
Dracontomelon duperreanum 常绿乔木 漆树科 人面子属 奇数羽状复叶, 小叶互生, 近革质。
龙船花 Ixora chinensis 常绿灌木 茜草科 龙船花属 叶对生, 薄革质或革质, 披针形。
朱槿 Hibiscus rosa-sinensis 常绿灌木 锦葵科 木槿属 叶阔卵形或狭卵形, 边缘具粗齿。
大花紫薇 Lagerstroemia speciosa 落叶乔木 千屈 菜科 紫薇属 叶革质, 矩圆状或卵状椭圆形。
黄葛树 Ficus virens 落叶乔木 桑科 榕属 叶薄革质或皮纸质, 卵状披针形至椭圆状卵形。
1062 生 态 科 学 33 卷
研究于广东省西南部的湛江市开展, 湛江市中
心位于东经 110°04′, 北纬 21°12′, 地处中国大陆的
最南端, 东濒南海, 西临北部湾, 与海南隔海相望,
属亚热带海洋性季风气候, 年平均气温约 23.2 , ℃
年平均降水量在 1417 mm—1802 mm 之间, 草木长
青, 终年无霜雪。采样设置清洁区和污染区两个梯
度, 清洁区采样植物主要在湛江市三岭山森林公园
选取, 污染区的取样植物为湛江市赤坎区、霞山区
和麻章区等主要公路的行道树。
2.2 取样方法与 CCI 值测定
于 2013 年 10 月上旬在污染区和清洁区对每种
植物各取 20株, 相邻两株植物之间相距 100 m以上,
每种植物的胸径保持近乎一致。在每株植物的东南
西北四个方向各采集一片成熟健康叶片, 用滤纸擦
拭干净后, 持 CCM-200 在每片叶子的叶脉中部两侧
各测定两次, 记录 CCI 值后对每片叶子进行编号,
放入封口袋带回实验室。
常用的叶绿素仪有 SPAD-502(Minolot, 日本)和
CCM-200(Opti-Sciences, 美国)两种类型, 后者较前
者测量面积更大(分别为 71mm2 和 6 mm2), 通过叶
片在两个波长(红光和近红外光)的不同吸光率来计
算测定值[28]; 又由于叶绿素与叶片氮含量有较高的
相关性, 大量研究也表明叶绿素仪的测定值与叶片
氮含量有较好的相关性(表 2), 因此本文选用 CCM-
200 测定 CCI 值来度量叶片氮的相对含量。
2.3 叶片性状与叶片氮含量的测定
对每片成熟叶片进行鲜重 (Fresh weight, FW)
测定, 继而用 Epson Perfection V700 Photo 扫描仪
进行扫描, 经由软件 WinFolia 7.0 计算叶面积

表 2 叶绿素仪测定值(CCI)与叶全氮含量的部分回归模型
Tab. 2 Regression models of CCI values and leaf total
nitrogen content
研究对象 回归方程 相关系数 R2 样本数
亚洲梨
(Pyrus serotina) [21] TN(%)= 0.0309 CCI +1.2232 0.78 20
野茶树
(Camllia sinensis) [29] TN(%)= 0.0108 CCI + 1.8973 0.98 5
糖枫树
(Acer saccharum) [28] TN(%)= 0.0440 CCI + 1.4030 0.64 98
烤烟
(Nicotiana tabacum) [30] TN(%)= 0.0265 CCI + 0.9601 0.76 140
奥古斯丁草
(Stenotaphrum
secondatum) [31]
CCI = – 2.53 + 0.63 N (k·kg–1) 0.71 > 60
(Leaf area, LA)、叶长、叶平均宽等指标, 然后将叶
片放入烘箱 105 ℃杀青, 在 75 ℃下烘干至恒重, 测
量其干重 (Dry weight, DW)。随机选取两环境梯度
下每种植物的烘干叶片 10—20 片, 粉碎后用半微量
凯氏定氮法测叶片的全氮含量[3]。叶片含水量(Leaf
water content, LWC)和叶比重(leaf mass per area,
LMA)依照以下公式计算:
LWC (%) = [ FW (g) – DW (g) ] / FW (g) ×100% (1)
LMA (mg·cm–2)= DW (mg) / LA (cm2) (2)
每个树种的 NOx 吸收能力由污染区和清洁区叶
片氮的差值表示, 相对吸收能力(Relatively Absorptive
Ability, RAA)依照以下公式计算:
RAA (%) = [污染区 CCI 值–清洁区 CCI 值] /清洁区
CCI 值 (g) ×100% (3)
2.4 数据分析
统计叶片的CCI值, 运用独立样本 t检验比较各
树种在污染区与清洁区的差异; 进行单因素方差分
析, 用 Duncan 法比较不同树种间的差异; 分析叶片
实测氮含量与 CCI 值的相关性, 探讨叶片各性状对
CCI值的影响; 数据分析均由软件 SASTISTICA 8.0
进行, 显著性水平为 P < 0.05, 数据保留两位小数。
3 结果与分析
3.1 成熟叶片在清洁区和污染区的 CCI 值
如图 1 所示, 6 树种的 CCI 值均为污染区显著大
于清洁区(P < 0.05), 表明植物叶片对污染区的高氮
氧化物浓度有明显的响应, 表现为 CCI 值的增加;
同时, 实测的叶片氮含量统计结果也表现出同样的
规律, 即污染区的叶片全氮含量高于清洁区。CCI
值和叶片氮含量一致的变化趋势可以相互印证, 表
明了 CCI 值用于判断叶片氮含量的可行性, 也可以
初步证实本文的第一个问题, 即植物叶片可以响应
外界的氮氧化物浓度而表现出叶片氮含量的变化,
污染区的 CCI 值明显高于清洁区, CCI 值也许可以
用于判断植物叶片的相对氮含量。
6 种植物叶片的 CCI 值和全氮含量存在不同程
度上的差异(图 1, 表 3), 除朱槿和龙船花两种常绿
灌木在污染区的 CCI 值没有显著差异外, 其余生活
型的植物在两种环境下均有差异存在; 常绿乔木两
种植物的 CCI 值较大, 其中小叶榕的 CCI 值在两环
境下均为最大, 但同为桑科榕属的黄葛榕却表现为
6 期 李静鹏, 等. CCM 在研究园林植物 NOX吸收能力中的应用 1063

注: 同一植物柱上不同字母表示差异显著(P < 0. 05)。
图 1 两环境条件下各数种的叶片 CCI 值与 N 含量
Fig. 1 CCI value and leaf N content of trees in two different
environment conditions
最小的 CCI 值, 且同为落叶乔木的大花紫薇也显著
大于黄葛榕, 这一结果表明 CCI 值的不同也许与植
物的叶片结构有关, 而与各自的生活型不同。
3.2 叶片 CCI 值与氮含量
两种常绿乔木的叶片 CCI 值与氮含量呈显著的
线性相关, 相关分析表明, 相对于小叶榕(R2 = 0.53;
P = 0.018), 人面子的 CCI 值与叶片氮含量有更好的
相关性(R2 = 0.74; P < 0.001), 可以更好的预测叶片
氮含量(图 2, A)。常绿灌木朱槿有更高的叶片氮含量,
其叶片 CCI 值与氮含量的相关性(R2 = 0.70; P <
0.001)也明显高于龙船花(R2 = 0.45; P = 0.002), 可

表 3 叶片 CCI 值在不同树种间的差异
Tab. 3 Differences of CCI values in tree species
常绿乔木 常绿灌木 落叶乔木 环境
梯度 小叶榕 人面子 朱槿 龙船花 黄葛榕 大花紫薇
F(5, 474) P
污染区 42.14±2.43 a 37.23±1.11 b 23.36±0.92 c 21.63±1.04 c 13.14±0.44 d 26.92±0.72 c 52.68 < 0.001
清洁区 32.71±1.73 a 20.71±0.56 b 21.36±1.08 b 15.51±0.5 c 11.03±0.45 d 22.33±1.08 b 69.34 < 0.001
RAA/% 28.83 79.77 9.36 39.46 19.13 20.56
注：同一环境不同小写字母表示植物间差异显著(P < 0. 05), 下同。

图 2 各树种 CCI 值与全氮含量的关系
Fig. 2 The correlation of CCI and leaf total nitrogen
以有效预测叶片氮含量 70 % 的方差变异(图 2, B)。
落叶乔木中大花紫薇的叶片CCI值明显大于黄葛榕,
但与氮含量的相关性却较后者弱(R2 = 0.49, P = 0.017;
R2 = 0.63, P = 0.006), 黄葛榕的CCI值可以更好的预
1064 生 态 科 学 33 卷
测叶片全氮含量(图 2, C)。
6 种植物的 CCI 值均与叶片氮含量有显著相关,
最小 R2 为 0.45, 表明 CCI 值可以有效的预测叶片氮
含量; 但每一植物的 CCI 值和叶片氮含量的相关程
度并不一致, 因此需要更多的样本来构建更为精准
的模型, 才能使叶片氮含量的预测更为准确。另外,
每一生活型两种植物的 CCI 值和叶片氮含量均呈现
不同程度的相关性, 也再一次表明生活型并不能影
响 CCI 值和叶片氮含量的相关程度强弱。
3.3 影响 CCI 值的叶片性状
6 种植物的各叶片性状也呈现不同的差异, 由 F
值可知植物叶片的 C:N、叶比重、含水率、平均宽、
叶面积和叶长等指标的样本间变异依次增大; 大花
紫薇有最大的叶面积[(131.69±2.36) cm2]和叶长与平
均宽, 黄葛榕和人面子其次, 龙船花和小叶榕的叶
长、平均宽与叶面积相对较小; 叶片含水率范围为
(63.09% ± 0.56% )— (77.66% ± 0.27%), 叶比重范围为
(5.39 ± 0.12)—(9.66±0.14) mg·cm–2, 其中朱槿有最大
的叶片含水率和最小的叶比重, 黄葛榕的叶片含水
率最小, 龙船花的叶比重最大, 其余树种的各叶片
性状并未出现明显的变化规律。C:N 却表现为龙船
花远大于其余树种(41.23±1.41), 黄葛榕较小(17.76±
0.59), 其他 4 种植物的 C:N 没有显著差异, 均接近
于 25; C/N 值可以影响植物光合作用和调控植物生
长, C/N 值过高将导致叶片早衰及光合能力下降[32],
并使植物残体的腐解速率下降[33], 而微生物吸收利
用 1 份氮需要消耗利用 25 份有机碳, 因此, 如果伴
随叶片衰老 N 元素发生转移, 龙船花的凋落物也许
较难分解, 而黄葛榕成熟叶片 N 的富集可使凋落的
叶片快速进入分解循环阶段。
各树种的 CCI 值与 N 含量呈显著相关, CCI 值
直接受叶片氮含量的影响, 但其他因子也影响着
CCI 值(图 3), 朱槿的 CCI 值与叶面积、叶片含水率
和叶比重没有显著的相关关系, 但这三个因子均影

图 3 叶面积、含水率和叶比重对 CCI 值的影响
Fig. 3 The effect of leaf area, water content and LMA on CCI value
6 期 李静鹏, 等. CCM 在研究园林植物 NOX吸收能力中的应用 1065
响大花紫薇(R = 0.25, P = 0.002; R= –0.49, P < 0.001;
R= 0.50, P < 0.001)和黄葛榕(R = 0.18, P = 0.029; R =
–0.36, P < 0.001; R = 0.16, P < 0.05)的 CCI 值; 小叶榕
的 CCI 值也受叶片含水率和叶比重的影响(R= –0.61,
P < 0.001; R= 0.55, P < 0.001); 人面子的 CCI值与叶
面积呈显著正相关(R=0.37, P < 0.001), 而龙船花则
呈弱的负相关(R= –0.10, P < 0.001), 两者均与叶片
含水率和叶比重没有明显的相关关系(P > 0.05)。
4 结论
4.1 6 种园林植物的叶片 CCI 值与全氮含量均
呈显著的正相关, 朱槿的 R2 达 0.70, 人面子的 R2 更
高达 0.74, 表明CCI值可以用于叶片氮含量的预测;
但各树种 CCI 值与全氮含量的相关程度并不一致,
因此需要更大的样本建立更加精准的模型, 才能更
为准确的预测植物叶片的氮含量。
4.2 各取样植物的叶片CCI值均为污染区显著
大于清洁区, 与叶片全氮含量呈相同的表现趋势,
表明植物可以响应两种环境下不同浓度的NOX而表
现为叶片氮含量的变化, 同时 CCI 值可以有效的预
测叶片氮含量, 因此利用 CCI 值可以快速、无损地
测定叶片在污染区和清洁区不同NOX浓度下叶片全
氮的相对含量, 从而判断不同植物的 NOX 相对吸收
能力。欲使这一方法更具可行性, 污染区和清洁区
的 CCI 差值应该有一个统一的转换尺度, 以便不同
植物间 NOX 吸收能力的比较, 这也正是未来需要重
点研究的方向。
4.3 利用 CCI 值研究不同树种的 NOX 吸收能
力, 这一方法固然没有传统的熏气方法更为精准,
但由于更加方便和简捷, 并且不要求太多的实验操
作, 因而在城市园林实践中更具可行性和可操作
性。CCI 值也在不同程度上受叶面积和叶片含水率
等因素的影响, 因而在实际操作中更加科学、合理
的取样, 是影响结果准确性的关键步骤之一; 但可
以确定的是, CCI 值在植物生活型间并不存在显著
差异, CCI 值的测定应该在物种水平上研究。
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