全球近地表臭氧濃度升高已成不爭事實，臭氧已成為近年來我國許多城市夏季取代PM2.5的空氣首要污染物。沈陽市作為我國東北重工業(yè)生產(chǎn)基地，盡管近年來城市森林及環(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題依然嚴峻，復雜的城市環(huán)境導致植物的生長往往受到多重環(huán)境因子的影響或脅迫。中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所城市生態(tài)研究組，圍繞城市森林植物，長期開展高濃度臭氧及重金屬污染對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樹木園城市野外實驗平臺，通過開頂箱模擬實驗，開展了我國北方城市常見行道樹種銀中楊（也是我國綠化及防護林建設的重要速生樹種）對高濃度臭氧及重金屬鎘復合作用的生理響應研究。結果表明，土壤重金屬高鎘污染增加了植物對臭氧的敏感性，加劇了臭氧對植物的氧化脅迫并誘導出更為嚴重的可見傷害（圖1）；臭氧熏蒸反過來也顯著促進了植物對土壤重金屬鎘的吸收和積累（圖2）；兩種非生物脅迫對楊樹根、總生物量及根冠比的影響均存在顯著的交互疊加效應。這些研究結果為我國應對區(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)修復等方面提供科學參考。
同時，為減緩臭氧污染對樹木的不利影響，研究組還通過植物葉面噴施EDU抗臭氧試劑（一種含氮的脲類化合物），研究其對銀中楊抗性生理及BVOC排放的影響（圖3）。結果顯示，EDU （600 mg/L）預處理能顯著增加SOD酶活，可有效減緩臭氧對銀中楊生長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促進植物BVOC的產(chǎn)生提高抗植物臭氧能力（圖4），但也可能會增加臭氧產(chǎn)生的風險，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，對于EDU這種抗臭氧化學試劑的應用利弊尚需要進行大量研究。
相關成果分別以 “Soil high Cd exacerbates the adverse impact of elevated O3 on Populus alba 'Berolinensis' L” 為題發(fā)表在環(huán)境科學領域的老牌專業(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。以上研究獲國家自然科學基金的支持。
圖1.土壤鎘添加加劇了臭氧對銀中楊葉片的傷害
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實驗設計示例
圖4. EDU對臭氧處理下植物VOC排放速率的影響
