全球近地表臭氧濃度升高已成不爭(zhēng)事實(shí)，臭氧已成為近年來(lái)我國(guó)許多城市夏季取代PM2.5的空氣首要污染物。沈陽(yáng)市作為我國(guó)東北重工業(yè)生產(chǎn)基地，盡管近年來(lái)城市森林及環(huán)境質(zhì)量得到了較大改善，但城市臭氧及土壤重金屬污染問(wèn)題依然嚴(yán)峻，復(fù)雜的城市環(huán)境導(dǎo)致植物的生長(zhǎng)往往受到多重環(huán)境因子的影響或脅迫。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所城市生態(tài)研究組，圍繞城市森林植物，長(zhǎng)期開(kāi)展高濃度臭氧及重金屬污染對(duì)園林植物的影響及抗性篩選研究工作。
該研究組利用中科院沈陽(yáng)樹(shù)木園城市野外實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)開(kāi)頂箱模擬實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展了我國(guó)北方城市常見(jiàn)行道樹(shù)種銀中楊（也是我國(guó)綠化及防護(hù)林建設(shè)的重要速生樹(shù)種）對(duì)高濃度臭氧及重金屬鎘復(fù)合作用的生理響應(yīng)研究。結(jié)果表明，土壤重金屬高鎘污染增加了植物對(duì)臭氧的敏感性，加劇了臭氧對(duì)植物的氧化脅迫并誘導(dǎo)出更為嚴(yán)重的可見(jiàn)傷害（圖1）；臭氧熏蒸反過(guò)來(lái)也顯著促進(jìn)了植物對(duì)土壤重金屬鎘的吸收和積累（圖2）；兩種非生物脅迫對(duì)楊樹(shù)根、總生物量及根冠比的影響均存在顯著的交互疊加效應(yīng)。這些研究結(jié)果為我國(guó)應(yīng)對(duì)區(qū)域臭氧及土壤重金屬污染的植物引種、城市綠化及土壤生態(tài)修復(fù)等方面提供科學(xué)參考。
同時(shí)，為減緩臭氧污染對(duì)樹(shù)木的不利影響，研究組還通過(guò)植物葉面噴施EDU抗臭氧試劑（一種含氮的脲類化合物），研究其對(duì)銀中楊抗性生理及BVOC排放的影響（圖3）。結(jié)果顯示，EDU （600 mg/L）預(yù)處理能顯著增加SOD酶活，可有效減緩臭氧對(duì)銀中楊生長(zhǎng)及光合作用的不利影響，首次研究并發(fā)現(xiàn)EDU這種試劑還能夠通過(guò)促進(jìn)植物BVOC的產(chǎn)生提高抗植物臭氧能力（圖4），但也可能會(huì)增加臭氧產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在其它臭氧前體物如氮氧化合物濃度較高的地區(qū)，因此，對(duì)于EDU這種抗臭氧化學(xué)試劑的應(yīng)用利弊尚需要進(jìn)行大量研究。
相關(guān)成果分別以 “Soil high Cd exacerbates the adverse impact of elevated O3 on Populus alba 'Berolinensis' L” 為題發(fā)表在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的老牌專業(yè)期刊 Ecotoxicology and Environmental Safety （IF=3.974）上（Doi: 10.1016/j.ecoenv.2019.02.057）和 “Ethylenediurea (EDU) pretreatment alleviated the adverse effects of elevated O3 on Populus alba 'Berolinensis' in an urban area” 為題發(fā)表在Journal of Environmental Sciences （IF=3.120）上（Doi: 10.1016/j.jes.2019.04.018）。沈陽(yáng)生態(tài)所徐勝副研究員為第一作者，何興元研究員為通訊作者。以上研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。
圖1.土壤鎘添加加劇了臭氧對(duì)銀中楊葉片的傷害
圖2.臭氧加劇了土壤鎘在植物體內(nèi)的積累
圖3.葉面噴施EDU實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示例
圖4. EDU對(duì)臭氧處理下植物VOC排放速率的影響
