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大气SO?污染下园林植物光谱与光合特性的响应及机制研究

一、引言

1.1研究背景

随着全球工业化和城市化进程的加速，大气污染已成为一个严峻的全球性环境问题。大气中的污染物种类繁多，其中二氧化硫（SO?）是一种分布广泛且危害较大的气态污染物。SO?主要来源于煤炭、石油等化石燃料的燃烧，以及有色金属冶炼、硫酸制造等工业生产过程。据相关资料显示，全世界SO?的人为排放量每年约1.5亿吨，其中矿物燃料燃烧产生的占70%以上，且90%以上的排放源集中在北半球的城市和工业区。

SO?对环境和生物有着多方面的危害。在环境方面，SO?在大气中经过一系列复杂的化学反应会氧化形成硫酸雾或硫酸盐气溶胶，这是酸雨的主要成因之一。酸雨会导致土壤酸化、水体酸化，破坏生态系统的平衡，损害森林植被、农作物以及建筑物和古迹等。对人体健康而言，SO?主要刺激呼吸道，可使气管和支气管的管腔缩小，气道阻力增大，引发咳嗽、气喘、呼吸困难等症状，长期暴露还可能导致慢性支气管炎、肺气肿等疾病，增加肺癌的患病率，同时对心血管系统也有不良影响。

园林植物作为城市生态系统的重要组成部分，不仅具有美化环境、调节气候、降低噪音等功能，还在一定程度上能够吸收和净化大气污染物。然而，大气中的SO?污染会对园林植物的生长和发育产生广泛的影响。当园林植物受到SO?污染时，可能会出现叶片失绿、出现伤斑、生长受阻等现象，严重时甚至导致植物死亡。这些变化不仅影响园林植物自身的观赏价值和生态功能，还可能进一步影响城市生态系统的稳定性和服务功能。因此，研究大气SO?污染对园林植物的影响具有重要的现实意义。

1.2研究目的与意义

本研究旨在深入探究大气SO?污染对园林植物光谱特征及光合特性的影响。通过对不同SO?污染程度区域的园林植物进行实地观测和实验分析，获取植物的光谱数据和光合参数，揭示SO?污染与园林植物光谱特征及光合特性之间的内在联系。

这一研究具有重要的理论与实践意义。在理论层面，有助于深化对植物与大气污染相互作用机制的理解，丰富植物生理学和环境生态学的理论体系，为进一步研究大气污染对生态系统的影响提供理论依据。从实践角度出发，研究成果能够为城市园林植物的选择和配置提供科学指导，帮助筛选出对SO?污染具有较强抗性和净化能力的园林植物品种，优化城市园林植物群落结构，提高城市园林的生态功能和抗污染能力。此外，对于城市生态环境保护、空气质量改善以及可持续发展战略的实施也具有积极的推动作用，为城市生态环境建设和管理提供有力的技术支持。

1.3国内外研究现状

国内外学者在大气SO?污染对园林植物的影响方面开展了大量研究。在光谱特征方面，国外研究较早利用高光谱技术分析植物受SO?污染后的光谱变化，发现植物叶片在可见光和近红外波段的反射率、吸收率等光谱参数会随着SO?污染程度的增加而发生改变，这些变化可作为监测植物受污染状况的光谱指标。国内研究也表明，不同园林植物在SO?污染下的光谱响应存在差异，一些植物的光谱特征变化能够敏感地反映SO?污染程度，且与植物的抗污染能力相关。

在光合特性研究上，国外学者通过实验发现SO?污染会抑制植物的光合速率，影响光合色素含量、气孔导度和光合酶活性等光合生理指标，进而影响植物的生长和发育。国内研究进一步探讨了不同浓度SO?对园林植物光合特性的影响机制，发现低浓度SO?可能在短期内对某些植物的光合有一定刺激作用，但高浓度长期作用则会产生明显的抑制效应。

然而，已有研究仍存在一些不足和空白。一方面，对于不同生态类型园林植物在复杂大气环境（多种污染物共存）下，SO?污染与其他污染物的复合作用对其光谱特征及光合特性的综合影响研究较少；另一方面，在利用光谱特征建立精确的园林植物受SO?污染程度定量评估模型方面还不够完善，缺乏广泛适用性和高精度的模型。此外，关于园林植物在长期SO?污染胁迫下，其光合特性的适应性变化机制以及对植物群落结构和生态系统功能的长期影响研究也有待加强。

二、研究方法

2.1实验设计

2.1.1实验区域选择

为了全面探究大气SO?污染对园林植物光谱特征及光合特性的影响，本研究选择了具有不同SO?污染程度的区域作为实验地点。依据相关环境监测数据，包括长期的空气质量监测站点数据、卫星遥感反演的SO?柱浓度数据等，确定了高污染区、中污染区和低污染区。

高污染区选取在某大型火力发电厂附近，该区域由于煤炭燃烧量大，排放的SO?较多，大气中SO?年均浓度达到0.1mg/m3以上，超过国家空气质量二级标准（0.06mg/m3）。其周边环境复杂，除SO?污染外，还存在一定程度的颗粒物、氮氧化物等其他污染物，且该区域植被受人类活动干扰频繁，绿化植物种类相对单一。

中污染区位于城市工业区边缘，工