全 文 ：热带亚热带植物学报 2005，l3(2)：117-122
Jou,nd ofTropical and Subtropical Botany
大气污染胁迫下9种植物幼苗叶片热值、
C／N和灰分含量比较
旷远文，温达志，周国逸 ，张德强，
(中国科学院华南植物园，广州 510650)
曹裕松
摘要：用氧弹热值仪测定了生长在硫和氟复合污染环境和相对洁净环境下的9种木本植物幼苗叶片热值。结果表
明，植物叶片的基础干重热值、灰分含量因种类不同而有差异，其中热值较高的(大于 l9．o0 kJ g·)植物有铁冬青(1lex
rotunda)、华润楠 (Machigus chinens~)和仪花 (Lysidice rhodostegia)，热值中等的(介于 I8．o0一I9．o0 kJ g )植物有复
羽叶栾树 (Koelreuteria bipinnata)、环榕(Ficus annulata)、乐昌含笑 (Michelia chapensis)、小叶榕 (Ficus microcarpa)和
红花油茶 (CameUiⅡ5emiserrata)，热值低的(低于 l8．o0 kJ g-1)种类有火焰木(sp~hodea campanulata)。大气污染导致
复羽叶栾树、华润楠和铁冬青幼苗叶片基础干重热值增加，仪花、含笑、小叶榕、火焰木和红花油茶幼苗叶片基础干重
热值下降，环榕基础干重热值则维持相对稳定。Pearson相关系数分析表明，9种植物幼苗叶片去灰分热值与叶片自身
C／N比、叶片灰分含量的相关性均不显著，但污染胁迫下植物幼苗叶片热值相对波动程度与其对污染物的抗性有关，
提示叶片热值可以作为植物幼苗对硫和氟复合污染的敏感性指标。
关键词：大气污染；木本植物；干重热值；去灰分热值；C／N
中图分类号：Q945．78 文献标识码：A 文章编号：l005—3395(2005)02一Ol17一O6
Comparison of Caloric Value，C／N Ratio and Ash Content in the
Leaves of Seedlings of Nine Species under Air Pollution Stress
KUANG Yuan—wen，WEN Da—zhi，ZHOU Guo—Yi ， ZHANG De—qiang，CAO Yu—song
(South China Botanical Garden，the Chinese Academy ofSciences，Guangzhou 510650，China)
Abstract：Seedlings ofnine tree species grown in pots were exposed to contamination enviroriment of sulphur and
fluoride at Nanzhuang town,a ceramic industry area in Fushan citY,Guangdong,and another part ofthe same plants
were pored at South China Botanical Garden as contro1．The dry matter of seedling leaves was used to measure the
gross caloric value by oxygen—bomb calorimeter．The ash content，ash—flee caloric value and the ratio of N and C
were also determined．The results showed that the caloric values in Ilex rotunda,Machilus chinensis and Lysidice
rhodostegia were relativelyhigh (above 19．O0 kJ g )，and the values in Koelreuteria bipinnata, Ficus annulata,
Michelia chapensis，Ficus microcarpa and Camelia semiserrata were lower(between 1 8．00-1 9．00 kJ g )than the
above three species，but hi曲er than the value of athodea campanulata，which is lower than 1 8．00 kJ g～．The air
pollution stress caused the increase of gross caloric values in Koelreuteria bipinnata,Machilus chinensis and Ilex
rotunda,but decrease ofthose in Lysidice rhodostegic~Michelia chinensis，Ficus microcarpc~ athodea campanulat
and Camelia semiserrata． However，the caloric values ofFicus annulata had only litle change betw een polluted
and
．
1ess polluted environments． The analysis of Pearson correlation coeficients showed that the ash—flee caloric
value in leaves of the seedlings of 9 species did not significantly corelate with the C／N ratio and the ash content
for coresponding species．However，the fluctuations of leaf caloric values in the same species under diferent
收稿 日期：2004．04．12 接受日期：2004．06．20
基金项 目：国家自然科学基金项 目(30370283)；广东省环保局科技开发项 目(2000．10)：中国科学院知识创新工程重要方向性项 目
(Kscx2．SW一120)资助
通讯作者 Coresponding author
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l18 热带亚热带植物学报 第 13卷
environments were related to the pollution tolerance of the species，suggesting that the caloric value in leaves Can
be considered as an index of species sensitivity to air pollution．
Key words：Air pollution；Woody species；Gross caloric value；Ash—flee caloric value；C／N ratio
植物光合作用固定的太阳能除被呼吸作用消
耗外，其余部分以有机物形式积累后为植物生长提
供生物潜能。该潜能可以热值来表示，即单位干物
质所含的能量(kJ g-1)。它比植物有机物能更直观反
映植物对太阳能的固定和转化效率，是评价植物太
阳能累积和化学能转化效率高低的重要指标㈦。
Long于2O世纪3O年代率先对植物热值进行了较
系统的研究[3]，此后很多学者开始借助热值指标来
研究生态系统的物质循环和能量转化规律 Ⅻ。我
国对植物热值的研究始于2O世纪 8O年代【9】，涉及
农作物如水稻[1J姗、大豆[1]、苜蓿属植物[12]和草本植
物[13]及森林木本植物，如人工针叶林[14]、桉树和相思
混交林[151、热带天然林【 6-19]及亚热带常绿阔叶林[201。
胁迫条件下植物叶片热值的研究近年来也有报道，
涉及的胁迫因子有盐份 、温度 等，但研究对象多
为红树植物。普通植物叶片在大气污染胁迫下热值
的变化，至今未见报道。
叶片作为绿色植物最主要的光合器官，是反映
植物生命活动变化规律最敏感的组织，其能量高低
反映出叶片有机物的贮存和合成水平。在诸多环境
胁迫中，大气污染是一类最常见、普遍受到重视的
胁迫因子。污染条件下植物叶受害的研究过去多侧
重在症状观察、形态结构、生长以及生理生化参数
的变化之上，很少探讨叶片热值在污染胁迫下的变
化及其生物学意义。我们分别对污染环境和相对清
洁环境下植物幼苗叶片热能进行研究，以期阐明污
染胁迫下不同植物叶片生物潜能的变化特点，尝试
性地探讨利用热值指示植物遭受污染受害的可行
三
日
害
至
磊
褥
捌
整
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6 7 8 9 lO 11
月份Month
性和有效性，希望为抗污染植物的筛选提供科学
依据。
l材料和方法
1．1 试验地概况
选择中国科学院华南植物园为相对清洁环境，陶
瓷工业发达、企业分布密集的佛山市南海区南庄镇为
污染环境。两个试验点地理位置接近，都属亚热带季
风气候。南海区陶瓷工业释放出来的硫化物和氟化物
等污染成分己对当地植被产生了严重的危害圜。试验
点6一l1月的大气成分监测按照文献p4]的方法进行，
监测结果见图1。比较两地大气质量状况，发现南庄的
硫酸盐化速率在生长季节内 (6—9月)的平均值为
9．02 mg SO 100 cm。d一，是同期植物园的56倍，且远
超过国家二级标准(025 mgSO l00 cm。d。)的水平。
南庄大气中氟化物含量在生长季节内的平均值为
57．71 Ixg F 100 cm-2 。，是同期植物园的20倍，国家
排放二级标准的l9倍。可见，两个试验点大气污染
程度存在明显差异。
1．2植物材料
试验材料为复羽叶栾树(Koelreuteria bipinnata)、
华润楠 (Machilus chinensis)、环榕(Ficus annulata)、
仪 花 (Lysidice rhodostegia)、乐 昌 含 笑 (Michelia
chapensis)、小 叶 榕 (Ficus microcarpa)、火 焰 木
(spathodea campanulata)、铁冬青 (1lex rotunda)、
红花油茶 (Comelia semiserrata)9种珠江三角洲常
用的绿化植物实生苗。2002年春季从佛山林业科学
§
善
8 嚣
。
2
钯
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一
图 l植物园 (◆)和南庄 (▲)6-l1月大气质量监测结果
Figl l The sulphation rate ofatmospheric S(A)and the content ofatmospheric F(B)at
BotanicalGarden(◆)andNanzhuang(▲)from JunetoNovember2002
一 ～ ～
伯 ∞ ∞ 们 ∞ ∞ 0
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第2期 旷远文等：大气污染胁迫下9种植物幼苗叶片热值、C／N和灰分含量比较 1 19
研究所苗圃地选择 1 a生带土袋苗进行盆栽，3月
上旬将盆栽苗放置在 2个试验点上，同种植物苗
龄、地茎、苗高和冠幅基本一致，每个试验点上每种
植物布置4—5盆。试验期间所有树种水肥管理措施
一 致，定期进行生物学特性观测和生理学指标测
定。2002年6月(代表湿季)和 1 1月(代表干季)
分别在相应植物苗冠按不同层次和方位均匀采集
健康、成熟功能叶混合，用湿润洁净纸张擦净叶面
灰尘装入塑料袋带回实验室，在 105~C杀青 10．min
后，65℃烘干至恒重，粉碎，两次采样均匀混合装入
玻璃瓶中备用。
1．3 测定方法
干重热值 (Gross caloric value，GCV)的测定：
样品经 65℃烘 12 h后，称取 1．0000 g左右粉末用压
片机压成药片状，用美国PARR仪器公司生产的
1281型氧弹热值仪测定。每个样品重复3次，以测
定值不超过 0．200 kJ g 为标准，否则重新称样测
定，取3次平均值。每次测定时用仪器配备苯甲酸
进行标定，测定环境用空调控温于20℃左右。
植物灰分含量测定用干灰化法进行测量，即干
燥样品称重后用马福炉 600℃灰化 6 h，测定重量，
计算灰分含量，并求算样品去灰分热值 (Ash—flee
caloric value．AFCV) 】。
叶片C含量用重铬酸钾 ．硫酸氧化法 测量，
N含量用凯氏定氮法阴测量，计算各种类叶片C／N比。
2结果
2．1复合污染梯度下植物叶片的热值
我们 以植物园试验种类幼苗叶片热值作为该
物种的基础干重热值。从图2A、B可以看出，9种植
物的基础干重热值和去灰分热值在硫和氟复合污
染下的变化趋势几乎完全相同。根据植物叶片在植
物园和南庄的干重热值和去灰份热值，9种植物可
分成 3种类型：第 1种类型是植物幼苗叶片的基础
干重热值低于污染胁迫下的干重热值。这类植物有
复羽叶栾树、华润楠、铁冬青，污染条件下叶片干重
热值分别比基础干重热值高 1 1．0％、1．8％和 3．4％：
第 2种类型是植物叶片的基础干重热值高于污染
胁迫下叶片的干重热值，如仪花、乐昌含笑、小叶
榕、火焰木、红花油茶，南庄幼苗叶片基础干重热
值 分 别 比植 物 园 低 7，1％、1，5％、4，8％、2，5％和
3．8％；第3种类型是叶片的干重热值在两种环境
下变化不大，如环榕在植物园为 18．50 kJ g-·，南庄
为 18．43 kJ g～，相差不到 0．4％。根据植物叶片两种
环境下干重热值的相对差异，可以将这 9种植物对
硫和氟复合污染物的响应分为3类：对硫和氟复合
污染不敏感的植物 (相对差异小于 1％)，如环榕；
对污染中度敏感的植物(相对差异在 1％一5％)，如
华润楠、乐昌含笑、火焰木、小叶榕和红花油茶；高
度敏感植物 (相对差异大于 5％)，如复羽叶栾树、
仪花。9种植物叶片的去灰分热值的变化趋势也
基本一致，不同生长环境下的相对差异基本相同，
仅乐昌含笑和火焰木的差异缩小了(分别由1．5％变
为0．24％，2．5％变为0．25％)，而铁冬青的却扩大 (由
3-4％变为6％)。
21 A
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～ [】I[】l [】I⋯[|l⋯[】I一
图 2 植物园 (口)和南庄 (·)9种植物幼苗叶片的
基础干重热值 (A)和去灰份热值 (B)
Fig．2 Leafgross caloric values(A)and ash—free caloric values(B)in
the leaves ofthe seedlings of 9 species grown in
Botanical Garden(口)and Nanzhuang(·)
I_复羽叶栾树 Koelreuteria bipinnata；2．华润楠Machilus chinensis；
3．环榕 Ficus annulata；4．仪花 Lysidice rhodostegia；5．乐昌含笑 Michelia
chapensis；6-，J、叶榕 Ficus microcarpa；7．火焰木 spathodea campanulata；
8．铁冬青 llex rotunda；9．红花油茶 Camelia semiserrata．图3同。The
sameas Fig．3．
2．2相同环境下不同植物叶片的热值
在植物园，9种植物幼苗叶片的干重热值
大小为：仪花 (19．87 kJ g )>华润楠 (19．70 kJ g- )>
铁冬青 (19．00 kJ g )>小叶榕 (18．78 kJ ·)>红花
油 茶 (18．69 kJ g-i)>乐 昌含笑 (1856 kJ g-i)>环榕
(18．50 kJ g )>复羽叶栾 树 (18．00 kJg-i)>火焰木
(17．93 kJg-i)。大于 19．00 kJ g-·的有仪花、华润楠和
铁冬青3种，介于 18．00—19．00 kJ g- 的有小叶榕、红
花油茶、乐昌含笑、环榕和复羽叶栾树 5种，小于
18．00 kJ g 的仅火焰木 1种；而在南庄，叶片干重热
值的大小顺序为：复羽叶栾树(20．14 kJ g-i)>华润楠
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120 热带亚热带植物学报 第 13卷
(2094kJg·)>铁冬青 (19．67kJg )>仪花(18．56kJg )
>环榕 (18．43 kJ )>乐昌含笑(18．28 l(Jg )>小叶
榕 (17．91 l(J g-i)>火焰木 (17．5O kJ )。复羽叶栾
树、华润楠和铁冬青幼苗叶片的热值较高，仪花、乐
昌含笑和环榕幼苗叶片热值属于中等水平，而小叶
榕和火焰木幼苗叶片热值则较低。相同环境下植物
叶片的去灰份热值大小与基础干重热值基本相同。
表明大气污染对植物幼苗叶片生理功能的影响反
映到植物叶片对太阳能的固定效率上，也即植物叶
片的光合作用、呼吸作用等一系列生理活动都不同
程度地受到了污染物的影响。
2．3不同生长环境下植物叶片的灰分含量
图3可以看出，植物叶片灰分含量因物种而
异，不同环境下同一植物叶片灰分含量存在差异。
除环榕和红花油茶外，对照点其余 7种植物叶片的
灰分含量均低于污染条件下的。
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图 3植物园 (口)和南庄 (·)9种植物的叶片灰分含量
Fig 3 ~ afash contem of9 species at Bo~nical
G~den(口)andNanzhuang(·)
洁净条件下不同植物叶片灰分含量的大小顺
序为：环榕(49％)>小叶榕(47％)>乐昌含笑(4．3％)>
火焰木 (4．2％)>红花油茶 (3．9％)>仪花 (3．6％)>
华润楠(3．3％)>复羽叶栾树(32％)>铁冬青(2粥 )；
在污染区为：小叶榕(1Q6％)>火焰木(6．8％)>复羽叶
栾树(5．8％)>乐昌含笑 (5．6％)>铁冬青(5．1％)>环
榕 (4．9％)>仪花 (4．8％)>华润楠 (4．2％)>红花油
茶 (4．1％)。两种环境下叶片灰分含量相差较大的
是小叶榕、火焰木、铁冬青和复羽叶栾树，显著性检
验表明这种差异达到0．05的显著水平，即生长环境
的不同是造成这种差异的主要原因。相差较小的是
乐昌含笑、仪花和华润楠，环榕和红花油茶基本没
有差异
2．4热值与 c／N、N含量和灰分含量的相关性
对照点9种植物叶片的C／N值都明显高于在
污染环境下的 (表1)，表明在污染条件下，植物叶
片固定C的能力(或效率)要小于洁净条件下的。但
是当植物叶片的C 值最大时，叶片的去灰分热值
并不表现出最高值，说明植物的去灰分热值并不随
着C／N的增大而升高。通过比较不同污染环境下植
物去灰分热值与叶片C 比、灰分含量和N含量的
Pearson相关性，发现在植物园，去灰分热值与 C／N
和灰分含量的Person相关系数分别为一0．33(显著
值为0．385)和 一0．049(显著值为0．105)，在南庄的
相关系数为一0．25(显著值为0．503)和 一0．583(显
著值为0．503)。可见去灰分热值与这些因子有轻微
的相关性，但都没有达到显著相关水平。
3讨论
已有的研究认为植物叶片热值的变化能反映
植物组织生命活动、生长状况的差异以及各种环境
因子对植物生长的影响，是评价植物生长状况的一
个有效指标[1]，而且，从本质上讲，热值是被测样品
有机化合物组成及其含量的综合反映[21。因此植物
热值是评价植物化学能累积效率高低的重要指标。
本研究中9种植物幼苗叶片热值与任海等【l9】对
表 1 9种植物幼苗叶片热值、a『N和灰分含量
Table l Ash—free caloric values(AFCv)，C／N ratio al1d ash cootenE in seedling leaves ofnine species
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第2期 旷远文等：大气污染胁迫下9种植物幼苗叶片热值、C／N和灰分含量比较 121
南亚热带鼎湖山37种主要植物叶片热值一致。在
不同生长环境下叶片热值表现出3种类型，这除了
和植物 自身生物学特性有关外，还与植物的抗污染
能力密切相关。不同环境下植物叶片热值相对波动
大小与其对该类污染物的抗性有关。温达志等 的
研究结果表明，复羽叶栾树和仪花对氟和硫大气复
合污染物比较敏感。叶片热值出现大幅度的上升或
下降，这是因为该类植物在逆境下为了避免水分丧
失的同时又降低光合作用，必须消耗大量的能量，
或为增强对污染的抵抗力而在叶片累积能量丰富
的化合物。植物叶片热值在不同环境下出现波动是
叶片对氟和硫复合污染生境作出的防御性反应。环
榕叶片热值在两种环境下几乎不变，这与其对氟和
硫复合污染具有较高的抵抗力密切相关，在污染环
境下，其光合作用、呼吸作用、水分利用效率基本没
有发生较大的波动 。对污染物中度敏感的植物，如
红花油茶、铁冬青、华润楠、火焰木、小叶榕 ，其叶
片热值的波动介于高敏感和低敏感物种之间。已有
研究证实植物叶片热值与叶片光合作用、呼吸作用
等生理活动有关[17J8]，环境污染已导致单位面积叶
片所合成的高能有机化合物出现变化，因此，叶片
热值可作为植物对氟和硫复合污染的敏感性指标
加以利用。
经显著性检验发现，本研究中常绿树种幼苗的
叶片热值均高于落叶树种 (复羽叶栾树和火焰木)，
与Bliss[4]对不同生态类型植物叶片热值的研究结果
一 致。
在比较不同生境中植物器官的能量时，去掉灰
分才能准确测得单位物质所含的能量，因为灰分在
热值测定中不起作用 。去灰份热值能够排除植物
中夹带的土壤对植物热值的影响，比干重热值能更
好地反映植物的能量属性 。植物灰分含量的高低
与植物吸收元素量有关，林益明等『31]研究表明竹类
植物叶灰分含量对植物叶片热值有一定的影响。本
研究表明，除环榕和红花油茶外，其余 7种物种叶
片灰分含量都是在污染环境下高，可能是硫化物和
氟化物从叶片气孔大量进入叶片组织中，从而造成
了叶片灰分含量的增大。对植物叶片进行元素分析
发现，南庄点植物幼苗叶片中硫和氟的含量大大超
过植物园幼苗叶片中的含量 ，也证实了这一点。
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