由于农业施肥、化石燃料燃烧和土地利用转换等人类活动，酸雨污染日益严重，已成为全球最严重的环境问题之一，对世界各地都产生了巨大的影响。20世纪80年代以来，以重庆市为代表的西南地区是我国酸雨污染最为严重的地区^[1]。酸雨污染会对植物产生一系列危害，一方面为酸雨直接对植物茎和叶的淋溶, 另一方面为酸雨作用于土壤，引起土壤酸化，进而对植物造成间接影响^[2]。酸雨会导致过量氮(N)沉降，从长期来看，过量的N一方面会被微生物种群利用，另一方面会导致土壤盐基离子淋溶增加^[3]，改变土壤养分水平，进而对植物的正常生长发育产生影响。然而，植物的养分周转速率受物种及不同功能器官的影响，对外界环境变化响应的敏感程度也与此相关^[4]。因此，探讨不同物种及不同器官在酸雨下的响应具有重要意义。

氮和磷(P)是生物体生长发育所需的重要组成部分^[5]，是植物生命活动所需的营养元素, 也是陆地生态系统中重要的限制性元素^[6-7]。N: P是重要的生理指标，可以判断土壤对植物养分的供应状况^[8]。N和P在植物体内的分配特征对养分循环具有重要意义，同一区域不同层次植物N和P含量的分布特征对环境的响应不同^[9]，任一元素的缺少或过量，均会导致植物体内部的失衡。酸雨对植物幼苗的淋洗会影响植物的N、P含量，不同浓度的酸雨处理对不同种类的植物影响不同，植物通过调节体内物质分配来适应外界环境的变化。陈希^[10]通过研究茶树体不同器官的养分，发现酸胁迫对植物N、P的影响主要集中在芽、新枝和根系中。赵志刚等^[11]通过研究酸胁迫对马尾松(Pinus massoniana)幼苗生长发育的影响，发现根部比茎和叶对环境胁迫的反应更敏感。重庆是我国受酸雨危害较严重的地区之一，近年来酸雨类型逐步从硫酸型向硫酸与硝酸混合型转变^[12]。虽然近年在减排控制政策下已经有所恢复，但酸雨对环境的影响机制还有待进一步探讨。现阶段酸雨对植物养分的研究多集中单种类，因此，研究酸雨胁迫下不同种植物N、P的变化十分必要。

杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松、香樟(Cinnamomum camphora)和毛竹(Phyllostachys edulis)是重庆缙云山的典型树种，其中杉木和马尾松是针叶林的主要树种，香樟是常绿阔叶林的重要组成树种，毛竹则是禾本科常绿乔木状竹类植物。笔者以缙云山当地的4种典型树种为研究对象，分析不同酸雨浓度处理对4种植物幼苗各器官N、P含量及其计量关系的影响，探讨不同器官N、P含量之间的变化趋势及分布规律，以揭示不同植物在不同酸雨胁迫下的响应机制，旨为重庆缙云山典型植被的保护与恢复提供科学依据。

试验地位于重庆缙云山国家级自然保护区(E 106°17′~106°24′，N 29°41′~29°52′)，属于重庆市北碚区嘉陵江小三峡之温塘峡西岸，海拔200~952.5 m，总面积约76 km²。该区属亚热带季风湿润气候，年均气温13.6 ℃，年均蒸发量为777.1 mm；年均降雨量为1 611.8 mm，年均相对湿度87%。区域森林覆盖率为96.6%，主要植被类型为常绿阔叶林、暖性针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林、常绿阔叶灌丛和竹林等。优势树种包括马尾松、杉木、香樟、四川山矾(Symplocos setchuensis Brand)、四川大头茶(Gordonia acuminata)和毛竹等。土壤类型丰富，主要有黄壤、黄棕壤、棕壤、水稻土和紫色土等，其中以黄壤面积分布最大，约为13.8 km²。

在重庆市北碚区植物苗圃购买同一批次生长状况良好的1年生杉木、马尾松、香樟和毛竹幼苗各5株，采集重庆缙云山当地黄壤(pH 5.37±0.19，土壤密度(1.29±0.06)g/cm³，N质量分数(1.38±0.29)g/kg，P质量分数(0.35±0.05)g/kg)，每盆幼苗装土约10 kg。于2021年3月移栽至口径30 cm、底径28 cm和高30 cm的塑料花盆中，每个花盆栽植1株，放置于大棚内。杉木、马尾松、香樟和毛竹试验苗平均株高分别为(42.90±7.10)、(21.83±4.87)、(33.99±3.87)和(32.29±14.91)cm，平均地径分别为(9.91±1.48)、(4.40±0.91)、(4.21±1.21)和(2.13±0.63)mm。移栽苗木缓苗2个月，缓苗期间用自来水浇灌，待苗木长势良好于2021年5月正式进行模拟酸雨喷洒。

根据近年来三峡库区降雨成分中的SO₄^2-和NO₃^-的比值变化和降水pH值确定模拟酸雨浓度、SO₄^2-和NO₃^-的比值^[13]。使用H₂SO₄和HNO₃的摩尔比为1∶1的比例配置酸雨母液，利用蒸馏水和酸雨母液混合配置pH值为4.5(低强度酸, 下为pH4.5)、3.5(中强度酸，下为pH3.5)和2.5(高强度酸，下为pH2.5)的酸雨溶液，以蒸馏水作为对照(CK，pH7.0)。植物幼苗按照酸雨浓度放置，每个处理浓度设置1个标签牌，标明酸雨浓度信息，共计需4×4×5＝80盆苗(4种植物，4组处理，每组处理5个重复)。根据三峡库区近40 a来的降雨量确定5—8月平均降雨量，并按照每个处理的占地面积折算出每月喷洒量^[14]。于2021年5月进行模拟酸雨喷洒，喷洒时为营造喷雾的效果，采用喷淋系统高喷法，均匀喷洒在每种植株上，酸雨喷洒每月4次，每周喷洒1次，持续喷洒4个月。为保证真实模拟重庆缙云山野外环境(温度、湿度等)，本实验依据气候条件采用可推拉式大棚进行遮挡调整，实验期间如遇雨天，利用大棚遮挡自然降雨，大棚四周通风无遮挡，保证植物生长处于自然降雨之外的其他环境条件。

2021年9月开始采样，采样时从每个树种的每组处理随机选取3株，将盆中植物连土取出，把大块土抖下，用清水缓慢冲洗植株地上部分及根系附带的土壤，并用吸水纸擦干，直至擦净根系上的泥土等杂质。采集的土壤样品风干过筛装袋备用；处理好的植物样品置于105 ℃的烘箱中，烘15 min以终止样品中酶的活性。样品经过杀青后，将温度维持在80 ℃左右，烘至恒量，分成根、茎、叶3种器官，并用粉碎机粉碎研磨，之后过0.25 mm筛，过筛后将样品置于密封袋保存，放置于干燥通风处备用。

植物幼苗N含量采用半微量凯氏法测定，P含量采用钼锑抗比色法^[15]测定。

采用Excel进行数据整理，采用Pearson双尾检验分析各器官间N、P及化学计量和pH值的关系，采用Origin进行图形绘制，测定结果为平均值±标准差。

为综合分析酸雨对幼苗根、茎、叶影响的差异，将某个器官对酸雨响应的敏感程度定义为：不同浓度酸雨与对照差值的平方和的相对变异幅度^[16-17]，即:

式中：S_I为某个器官的酸雨响应敏感度系数，%；C_CK、C_4.5、C_3.5和C_2.5分别为对照、pH4.5、pH3.5和pH2.5时植物各器官的N或P质量分数。

由图 1可知，高浓度的酸雨处理对杉木幼苗根和茎N质量分数影响显著，杉木根N质量分数随酸雨浓度增加呈逐渐递减趋势，与CK相比，在pH2.5、pH3.5和pH4.5时，分别减少23%、18.9%和14.5%；茎N质量分数在pH2.5时达到最大值，叶N质量分数随酸雨浓度降低而减少。不同酸雨浓度对马尾松幼苗根、茎、叶N质量分数影响不显著，随酸雨浓度降低，马尾松根和叶N质量分数呈先降低后增加趋势，茎N质量分数呈先增加后降低趋势，在pH3.5时达到最大值，为6.98 g/kg。香樟根、茎、叶N质量分数随酸雨处理变化趋势一致，随pH增加呈现先下降后上升趋势。与其他3个树种相比，毛竹对酸雨响应的敏感程度较低，在酸雨胁迫下的变化较小。整体来看，不同浓度酸雨下，杉木、马尾松、香樟和毛竹4种树种叶N质量分数最高，其次是根N质量分数，茎N质量分数最低。

图 1(Fig. 1)

图 1 4种植物幼苗根、茎、叶氮质量分数对酸雨的响应 Fig. 1 Responses of the root, stem and leaf N contents in the seedlings of four plant species to acid rain

由图 2可知，随酸雨浓度降低，杉木根、茎、叶P质量分数均呈先上升后下降趋势，在pH3.5达到最大值。不同酸雨浓度对马尾松幼苗根、茎、叶P质量分数的影响趋势不一致，随酸雨浓度降低，根P质量分数呈先降低后增加趋势，茎P质量分数呈先增加后降低趋势，且均大于CK，叶P质量分数则呈逐渐增加趋势，在pH4.5时达到最大值1.6 g/kg。香樟幼苗根、茎、叶P质量分数随酸雨浓度降低，呈先下降后上升趋势，茎P质量分数相比于根和叶变化较小。毛竹根P质量分数随酸雨浓度降低呈先下降后上升趋势，而茎和叶P质量分数呈先上升后下降趋势，在pH3.5时分别达到1.02和1.75 g/kg。总体上看，不同浓度酸雨下，杉木、马尾松、香樟和毛竹4种树种叶P质量分数大于根和茎P质量分数。

图 2(Fig. 2)

图 2 4种植物幼苗根、茎、叶磷质量分数对酸雨的响应 Fig. 2 Responses of the root, stem and leaf P contents of seedlings of four plant species to acid rain

由表 1可知，随着酸雨浓度的降低，杉木根N∶P随pH值增加呈上升趋势，在pH4.5时达到最高值，茎N∶P呈下降后上升趋势，叶N∶P则呈下降趋势；马尾松根和茎N∶P呈先增加后减少趋势，叶N∶P呈先减少后增加趋势，与对照组相比，在pH2.5高酸浓度下，马尾松叶N∶P增加了14.2%；香樟茎和叶N∶P呈增加趋势，而根呈先减小后增加趋势，且均低于CK；毛竹茎和叶N∶P呈先减少后增加趋势，而根呈先增加后减少趋势。总体而言，4种植物幼苗根、茎、叶N∶P随酸雨的变化趋势不同。

表 1(Tab. 1)

表 1 4种植物幼苗根、茎、叶N∶P计量特征 Tab. 1 N∶P stoichiometry characteristics of seedling roots, stems and leaves of four plant species 品种 Cultivar 处理 Treatment N∶P 根Root 茎Stem 叶Leaf 杉木 Cunninghamia lanceolata pH2.5 10.87a 7.56a 14.37a pH3.5 10.99a 5.63a 13.61a pH4.5 12.98a 7.08a 11.63a CK 10.20a 8.06a 11.40a 马尾松 Pinus massoniana pH2.5 7.12a 4.75a 9.64b pH3.5 7.13a 5.15a 7.26a pH4.5 5.49a 4.91a 7.39a CK 6.93a 6.10b 8.44ab 香樟 Cinnamomum camphora pH2.5 15.06a 8.73a 15.89a pH3.5 12.64a 8.90a 16.12a pH4.5 14.37a 9.55a 16.38a CK 16.05a 10.48a 18.53a 毛竹 Phyllostachys edulis pH2.5 9.36a 6.10a 15.32b pH3.5 12.20a 5.88a 11.56a pH4.5 11.84a 9.49a 14.11ab CK 10.09a 7.50a 17.26b 注：不同小写字母间表示同一植物在不同浓度酸雨处理下在0.05水平存在显著性差异。Notes: The different lowercase letters indicate that there is a significant difference in the level of 0.05 under different concentrations of acid rain treatment. pH 2.5、pH3.5、pH4.5和CK is the treatment with acid raid of pH 2.5, 3.5, 4.5和7.0 resnectively, the same below.

表 1 4种植物幼苗根、茎、叶N∶P计量特征 Tab. 1 N∶P stoichiometry characteristics of seedling roots, stems and leaves of four plant species

从图 3可得，N质量分数对酸雨胁迫的敏感程度取决于器官类型和植物种类，杉木、马尾松、香樟和毛竹N质量分数的平均响应系数分别为23.29%、8.05%、23.96%和3.25%。杉木根与叶和香樟根与叶N质量分数的酸雨响应敏感系数较高，分别为29.10%、34.00%和42.46%和27.31%；4个树种茎N质量分数的酸雨响应敏感系数均呈现较低水平，约为4%左右。P质量分数对酸雨胁迫的敏感性较低，杉木根P质量分数对酸雨胁迫的敏感程度最高，为0.51%。

图 3(Fig. 3)

图 3 模拟不同强度酸雨下植物幼苗不同器官的酸雨响应敏感度系数 Fig. 3 Simulating the sensitivity coefficients of acid rain responses of different organs of plant seedlings under acid rains with different intensities

不同模拟酸雨处理下杉木、马尾松、香樟和毛竹的N、P质量分数的相关分析如图 4所示，4种植物幼苗各器官N、P质量分数及其化学计量比之间具有较强的相关性。模拟酸雨的pH值与杉木根N质量分数呈显著正相关，与马尾松茎P质量分数呈显著负相关，与马尾松茎和香樟叶N∶P呈显著正相关；4种植物根N质量分数与P质量分数表现为显著正相关，马尾松茎N质量分数与P质量分数呈显著正相关，香樟叶N质量分数与P质量分数呈显著正相关；4种植物茎、叶P质量分数与N∶P呈显著负相关。

图 4(Fig. 4)

图 4 4种植物幼苗根、茎、叶中氮磷质量分数及生态化学计量的相关分析 Fig. 4 Correlation analysis between N and P elemental contents and ecological stoichiometry in the seedling roots, stems and leaves of four plant species

一方面，酸雨作用于土壤，淋失盐基离子，降低土壤pH值，造成土壤酸化，从而间接影响植物幼苗的生长发育；另一方面，酸雨直接作用于植物茎和叶，使植物细胞的pH值发生变化，影响细胞的正常活动，从而影响植物体的正常生理活动^[2]，改变植物体内营养元素的含量，导致植物生长发育不良。酸雨对不同植物根、茎、叶N、P质量分数的影响不一致。酸雨对植物的危害一方面取决于酸雨的浓度，另一方面也与酸雨作用时间和植物种类有关^[18]。综上所述，不同酸雨浓度对杉木、马尾松、香樟和毛竹幼苗根、茎、叶N、P质量分数并不总是呈现显著关系。本研究中，4种植物幼苗N、P质量分数对pH值的响应不同。这与黄益宗等^[19]通过模拟酸雨实验探究尾叶桉和马尾松幼苗营养元素对pH值的响应结果一致。其原因可能与植物面对酸雨危害时自身的恢复能力以及自身形态结构特点和生物学特性所形成抵抗酸雨的能力有关，叶面表皮较薄、叶片含水量较高的植物更容易受到酸雨的伤害^[20]。

不同浓度酸雨下，杉木、马尾松、香樟和毛竹4种植物幼苗各器官的N、P质量分数表现为叶大于根和茎。张天霖等^[21]通过研究粤北地区南亚热带针阔混交林中树木不同器官的N、P含量，得到5个树种的不同器官之间的N、P质量分数均表现为叶高于其他器官的结果，与本研究一致。其原因一方面可能是由于酸雨淋溶首先接触叶片，相当于为叶片增加了N质量分数，而养分的淋溶需要较长时间导致的结果^[22-23]。另一方面可能与根、茎、叶3个器官自身的特点有关，叶片不仅是植物进行光合作用的主要器官，也是植物的养分储存器官，其养分含量在一定程度上反映了植物的营养水平，茎则是植物的传导器官，植物叶片通过吸收利用根和茎转移供给的N、P元素，来满足自身的生长发育，使叶片中N、P的贮量较大^[24]。综上所述，叶片N、P质量分数较高，而根和茎N、P质量分数较低。

不同树种和不同器官的N质量分数对酸雨淋溶的响应不同，杉木和香樟幼苗的根和叶N质量分数对酸雨处理响应敏感系数高于茎。这可能是由于酸雨提供了N环境，其落到地面时，首先作用于树木叶片，且叶片以较大的表面积和比表面积，受到酸雨较强的淋溶，而酸雨对于根系则分为直接影响根系或通过使土壤酸化而间接的影响。再者根系始终都与被逐渐酸化的土壤接触，且无蜡质层等保护组织，可能使根系受到酸雨的影响较大，而茎比叶的表面积和比表面小，且比根系接触酸化环境的时间短，故根和叶N质量分数对酸雨处理响应的敏感性高于茎^[25]。与其他3个树种相比，毛竹各器官N质量分数对酸雨胁迫的敏感程度较低，在酸雨胁迫下变化较小。其原因可能与毛竹的自身特性有关，毛竹的地下根茎具有很强的水平扩展能力，能够使其他林分演变为毛竹单一优势群落，具有很大的竞争优势。有研究表明毛竹对酸性环境具有较强的适应能力，且在一定阈值内的酸雨胁迫可以使毛竹获得更大的竞争优势^[26]，故其在不同浓度酸雨淋溶下N质量分数变化较小。整体上看，P质量分数对酸雨胁迫的敏感性低于N质量分数，这可能与植物各器官的P质量分数很大程度上与植物对P的需求有关^[27]。

植物叶片N∶P可反映植物营养的限制情况^[5-6]。不同生态系统中的植物受养分限制生态化学计量比的影响不同。有研究指出，当植物叶N∶P＜14时存在N限制，叶N∶P＞16时存在P限制，叶14＜N∶P＜16时存在N、P共同限制^[28]。根据研究结论可知，本研究中，当杉木和马尾松在pH3.5、pH4.5，毛竹在pH3.5时，表现为N限制。这可能是由于在酸雨淋溶的影响下，N流失较多，而P矿化迁移速率相对较低，因此形成低N高P的积累模式^[29]。这也说明在酸雨刺激下，杉木和马尾松吸收更多的N以应对土壤N、P供应不足，因此P含量对酸雨胁迫响应的敏感程度较低^[17]。而香樟在pH3.5、pH4.5时为P限制，则说明在酸雨处理下，香樟吸收更多的P以应对土壤N、P供应不足。本研究中，马尾松叶随酸雨浓度降低呈先下降后上升趋势，在pH2.5时N∶P最高，且高于CK，而毛竹叶在酸雨胁迫下的变化趋势与马尾松一致，但在pH2.5时小于CK，这可能与2种植物的遗传特性和土壤养分供应相关^[30]。马尾松对酸雨比较敏感^[31]，是耐酸树种，在pH2.5的高酸浓度下，其叶片对N的敏感性更强，加之N、P对酸雨处理的响应不同，从而增加了N∶P。4种植物幼苗根、茎、叶N∶P随酸雨的变化趋势不同。这可能与N、P质量分数对酸雨响应的敏感程度有关，因敏感性不同导致N、P质量分数在根、茎、叶中的积累量不同，且4种植物幼苗根、茎、叶对养分的利用存在差异, 会通过改变策略来适应外界环境的变化^[32]。综上所述，酸雨胁迫会改变植物幼苗体内N、P质量分数的平衡进而影响植物的生长发育。

相关分析显示，4种植物幼苗各器官N、P质量分数及其化学计量比之间有较强的相关性。其中，杉木、马尾松、香樟和毛竹根N、P元素之间呈正相关。这与杨梅等^[32]对烤烟N、P含量相关性的研究结果相同，符合高等植物N、P计量比的基本规律。其原因可能为N是光合蛋白的重要组成；P是构成三磷酸苷(ATP)的重要元素，植物在生长发育过程中需通过消耗大量的ATP来合成蛋白质^[33]，故二者表现出一定的比例组成和协调关系。同时，4种植物根、茎、叶中N、P质量分数与N∶P表现出一定的相关性，与张增可等^[33]对平潭岛林区植物N、P含量及其计量比特征的研究一致，这说明N、P含量的变化与其生态化学计量比密切相关。本实验虽然最大程度上模拟了野外环境，但基于盆栽实验具有一定局限性，4种树种各器官N、P质量分数在自然条件下对酸雨的响应是否与盆栽实验一致还需要进一步研究。

1) 不同树种各器官N、P含量对酸雨的响应不同，在不同pH值下，4种树种各器官N、P含量均表现为叶片大于根和茎。N含量对酸雨胁迫的敏感程度取决于器官类型和植物种类，根和叶N含量对酸雨处理的响应较为敏感。其中，杉木和香樟根和叶N含量对酸雨响应敏感系数高于其他2个树种。而各器官的P含量与N含量相比，整体上对酸雨处理的响应不敏感。

2) 杉木、马尾松、香樟和毛竹根N、P含量之间呈正相关，两者表现出一定的比例组成和协调关系。植物幼苗通过改变体内N、P分配格局以适应不同浓度的酸雨淋溶，在pH3.5时，杉木、马尾松和毛竹为N限制，在pH4.5时，杉木和马尾松为N限制，而香樟在pH3.5和pH4.5时为P限制。

总之，由于不同树种的遗传特性和各器官的功能及酸雨的作用程度之间的差异，不同树种各器官对酸雨的响应不同，酸雨会改变植物幼苗各器官内N、P含量的平衡进而影响植物幼苗的生长发育。因此，需进一步关注西南地区森林生态系统养分循环对酸雨的响应。