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    酸雨對(duì)河南鎮(zhèn)平地區(qū)小麥光合作用影響研究

    2021-04-11 10:29:44
    鄉(xiāng)村科技 2021年36期
    關(guān)鍵詞:酸雨母液光合作用

    張 奎

    (鎮(zhèn)平縣曲屯鎮(zhèn)人民政府,河南 南陽 473000)

    0 引言

    酸雨的學(xué)術(shù)名稱為“酸性沉降”,主要分為“濕沉降”與“干沉降”兩種類型?!皾癯两怠笔谴髿庵械亩趸?、三氧化硫以及氮化物與空氣中的水分混合,發(fā)生化合反應(yīng)后以降水形態(tài)降落地面;“干沉降”則是指大氣中的二氧化硫、三氧化硫以及氮化物沒有與空氣中的水分混合,而是隨著空氣沉降而降落地面[1]。按照國際慣例pH<5.6的降水或降雪即為酸雨。隨著全球工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,能源燃燒導(dǎo)致的全球大氣污染呈擴(kuò)大態(tài)勢(shì),酸雨作為全球性的污染源,備受世界各方的關(guān)注。酸雨會(huì)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響,因此研究酸雨對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)及生理生態(tài)的影響,已被全球農(nóng)業(yè)研究者廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前我國酸雨的覆蓋面積已占國土面積的2/5。硫酸型酸雨是我國酸雨的主要類型。目前,我國有三大酸雨區(qū):華東沿海酸雨區(qū)、華中酸雨區(qū)和西南酸雨區(qū),其中污染最為嚴(yán)重的是華中酸雨區(qū)[2]。秦嶺—淮河以南酸雨pH值最高的地區(qū)主要集中在安徽中南部和福建東部,這些地方的年平均值pH值一般都大于4.5。高pH值酸雨區(qū)正以這些地方為中心,向四周擴(kuò)散。目前我國酸雨影響情況基本穩(wěn)定,但在秦嶺—淮河以南的一些地區(qū)酸雨對(duì)農(nóng)作物的影響仍呈加重的趨勢(shì)。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道,我國酸雨的分布正由城市逐步向城郊和農(nóng)村蔓延,雨水的pH值也越來越低,腐蝕性越來越強(qiáng)[3]。因此,由酸雨而產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)減產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境破壞已引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注,很多學(xué)者已開展了關(guān)于酸雨對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)、生理生態(tài)和產(chǎn)量品質(zhì)影響的相關(guān)研究。

    小麥作為我國的主要糧食作物,其種植面積位居我國谷物類作物種植的第一位。我國絕大部分農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)都可以種植小麥,在秦嶺—淮河以南、青藏高原以東的南方冬小麥產(chǎn)區(qū),其播種面積和總產(chǎn)量約占全國總量的30%左右[4],而這些地區(qū)也是酸雨最為嚴(yán)重的區(qū)域。這就意味著我國冬小麥產(chǎn)區(qū)將受到酸雨的威脅,加上這一區(qū)域普遍存在酸性紅壤區(qū),勢(shì)必會(huì)對(duì)小麥種植產(chǎn)生嚴(yán)重影響。我國南方冬小麥產(chǎn)區(qū)夏季降水較多、冬春季節(jié)降水較少,因此酸雨對(duì)小麥生長(zhǎng)的總體規(guī)律呈現(xiàn)冬季>春季>秋季>夏季的變化趨勢(shì)[5]。河南省冬小麥種植十分廣泛,而小麥的生長(zhǎng)期又值酸雨危害最為嚴(yán)重的時(shí)期,酸雨的侵蝕不可避免地會(huì)對(duì)小麥的生長(zhǎng)、生理生態(tài)和產(chǎn)量品質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響[6]。因此研究酸雨對(duì)小麥生長(zhǎng)、生理生態(tài)和產(chǎn)量品質(zhì)的影響具有極其重要的指導(dǎo)意義。

    目前,關(guān)于酸雨對(duì)農(nóng)作物影響的研究主要分為五部分內(nèi)容:一是酸雨對(duì)農(nóng)作物種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響;二是酸雨對(duì)農(nóng)作物器官及其機(jī)構(gòu)特征的影響,重點(diǎn)是對(duì)農(nóng)作物的根系、葉片以及器官的影響;三是酸雨對(duì)農(nóng)作物抗氧化系統(tǒng)的影響;四是酸雨對(duì)農(nóng)作物主要代謝過程的影響,重點(diǎn)是對(duì)農(nóng)作物光合作用、氮代謝、礦質(zhì)代謝、蒸騰作用、水分代謝的影響;五是酸雨對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[7]。本文以抽穗期和灌漿期小麥為研究對(duì)象,采用模擬酸雨溶液的方法進(jìn)行試驗(yàn),以此研究酸雨對(duì)河南省鎮(zhèn)平地區(qū)小麥光合作用的影響。

    1 材料與方法

    1.1 實(shí)驗(yàn)材料

    本試驗(yàn)所采用的小麥品種為鄭麥9023。

    1.2 模擬酸雨的pH值設(shè)置

    酸性母液:根據(jù)河南省氣象局有關(guān)鎮(zhèn)平地區(qū)全年降水實(shí)際測(cè)定中的SO42-與N03-兩種主要離子的摩爾濃度之比(約4.8∶1.0),制備0.24mol/L的H2SO4溶液和0.05mol/L的HNO3溶液,將兩種溶液等體積混合作為模擬酸雨的酸性母液。

    電解質(zhì)母液:根據(jù)河南省氣象局有關(guān)全年降水實(shí)際測(cè)定中的主要離子濃度,來配制高于測(cè)定的酸雨成分1000倍的電解質(zhì)母液,母液中主要含有的離子及其質(zhì)量濃度如下:CaCl23.2g/L,NH4Cl2.7g/L,NaCl0.89g/L和KCl0.74g/L。

    模擬酸雨:首先將電解質(zhì)母液稀釋1000倍,然后用酸母液將其調(diào)節(jié)至需要的pH值。配制的模擬酸雨的pH值分別調(diào)節(jié)為5.6、4.0和2.5,其中pH為5.6的模擬酸雨溶液作為對(duì)照(CK),pH為4.0的模擬酸雨溶液標(biāo)記為處理T1,pH為2.5的模擬酸雨溶液標(biāo)記為處理T2[8]。

    1.3 實(shí)驗(yàn)方案

    實(shí)驗(yàn)于2019—2020年在河南省南陽市鎮(zhèn)平縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局農(nóng)田實(shí)驗(yàn)用地進(jìn)行,試驗(yàn)所用土壤為壤質(zhì)土,經(jīng)過自然風(fēng)干之后裝入塑料盆中。在小麥播種前,將土壤與肥料混合均勻,裝入高度為35cm、直徑為40cm的塑料盆中,每盆土壤質(zhì)量為7kg,每盆土壤施用的肥力為全N量1.2g、KH2PO4l.3g、K2SO43.4g,在每個(gè)塑料盆中留苗5株,其中全氮基追比為3∶2,追肥在小麥拔節(jié)期開始施用[9]。在本次試驗(yàn)中,模擬酸雨共設(shè)三個(gè)處理:對(duì)照處理(pH=5.6)、模擬酸雨處理T1(pH=4.0)、模擬酸雨處理T2(pH=2.5)。對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行模擬酸雨處理時(shí),每次模擬酸雨對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品的噴施量相當(dāng)于3mm的降雨量,噴施時(shí)間為早晨6點(diǎn)進(jìn)行一次[10]。試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。在灌漿期和抽穗期進(jìn)行取樣,并進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)測(cè)定。

    1.4 測(cè)定項(xiàng)目與測(cè)定方法

    光合速率測(cè)定:從灌漿期到抽穗期選擇天氣晴朗的時(shí)機(jī)對(duì)不同的模擬酸雨處理進(jìn)行測(cè)定,每天從8:00開始噴施,每次噴施間隔1h,全天噴施次數(shù)總計(jì)為9次,至16:00為全天最后一次噴施,每次測(cè)定進(jìn)行3次重復(fù)[11]。用Yaxin1101光合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。

    1.5 數(shù)據(jù)處理

    使用Excel2010軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和相關(guān)圖表的制作。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 酸雨對(duì)抽穗期小麥光合作用的影響

    從圖1可以看出,在不同pH值模擬酸雨的處理下,三個(gè)處理的光合速率的變化趨勢(shì)基本一致,都表現(xiàn)為:8:00—10:00光合速率呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),10:00—11:00光合速率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),11:00—12:00光合速率是呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),12:00—16:00光合速率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),光合速率的最高值都出現(xiàn)在10:00左右。對(duì)照組CK(pH=5.6)的光合速率日平均值為17.79μmol-m-2·s-1;模擬酸雨處理T1(pH=4.0)的光合速率日平均值為15.55μmol-m-2·s-1,相對(duì)對(duì)照組光合速率下降12.60%;模擬酸雨處理T2(pH=2.5)的光合速率日平均值為13.48μmol-m-2·s-1,相對(duì)對(duì)照組光合速率下降24.23%。由此可知,酸雨中pH值越低,即酸雨濃度越大,對(duì)抽穗期小麥光合速率抑制作用越強(qiáng)。

    圖1 不同pH的模擬酸雨對(duì)抽穗期小麥光合速率的影響

    2.2 酸雨對(duì)灌漿期小麥光合作用的影響

    從圖2可以看出,在不同pH值模擬酸雨的處理下,三個(gè)處理的光合速率的變化趨勢(shì)基本一致,都表現(xiàn)為:8:00—11:00光合速率是呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),11:00—16:00光合速率又呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),光合速率的最高值都出現(xiàn)11:00左右。對(duì)照組CK(pH=5.6)的光合速率日平均值為8.79μmol-m-2·s-1;模擬酸雨處理T1(pH=4.0)的光合速率日平均值為7.47μmol-m-2·s-1,相對(duì)對(duì)照組光合速率下降15.00%;模擬酸雨處理T2(pH=2.5)的光合速率日平均值為6.85μmol-m-2·s-1,相對(duì)對(duì)照組光合速率下降22.04%。由此可知,酸雨中pH值越低,即酸雨濃度越大,對(duì)灌漿期小麥光合速率抑制作用越強(qiáng)。

    圖2 不同pH的模擬酸雨對(duì)灌漿期小麥光合速率的影響

    3 結(jié)語

    通過對(duì)小麥的抽穗期和灌漿期不同pH值模擬酸雨的處理時(shí)小麥光合速率影響的比較,發(fā)現(xiàn)無論小麥在抽穗期還是灌漿期,不同pH值的模擬酸雨的處理小麥的光合速率影響規(guī)律基本一致。在抽穗期,全天小麥的光合速率平均值排序依次為:CK(pH=5.6)>模擬酸雨處理T1(pH=4.0)>模擬酸雨處理T2(pH=2.5);在灌漿期,全天小麥的光合速率平均值排序依次為:CK(pH=5.6)>模擬酸雨處理T1(pH=4.0)>模擬酸雨處理T2(pH=2.5),這與抽穗期的排序相同。由此可知,酸雨中pH值越低,即酸雨濃度越大,對(duì)小麥光合速率抑制作用越強(qiáng)。

    根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,不同濃度酸雨對(duì)大豆、油菜、樟樹等不同類型植物的光合作用影響基本規(guī)律近乎一致,即酸雨的pH值越低,對(duì)植物的光合作用抑制作用越強(qiáng)[12]。這與本文關(guān)于酸雨對(duì)河南省鎮(zhèn)平地區(qū)小麥的光合作用影響規(guī)律相同。本試驗(yàn)研究證實(shí),濃度過高的酸雨對(duì)河南省鎮(zhèn)平地區(qū)小麥生理生態(tài)特性有嚴(yán)重的負(fù)面影響。河南省鎮(zhèn)平地區(qū)環(huán)保及農(nóng)業(yè)部門應(yīng)當(dāng)充分重視這一問題,并提出有效的策略,防止酸雨進(jìn)一步破壞這一區(qū)域小麥的種植與生產(chǎn)。

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