模擬酸雨對小白菜生長、生理和品質的影響

摘要：模擬了不同類型的酸雨對大棚種植小白菜的噴淋試驗。在小白菜的不同生長階段研究小白菜的3類指標，即生長指標、營養品質指標和生理指標。結果表明，通過對比不同類型酸雨在不同pH下對小白菜的各類指標帶來的影響，發現強酸性酸雨對小白菜的生長具明顯抑制性，并且抑制營養物質和葉綠素的形成；不同類型的模擬酸雨中，硝酸型酸雨對小白菜的生長抑制作用最大，對營養品質及生理指標的影響也最大。不同類型的酸雨對小白菜的生長生理和營養品質的影響具有差異性。

關鍵詞：模擬酸雨；小白菜；生長指標；可溶性糖；葉綠素

中圖分類號：Q945.78 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）16-3791-05

酸雨是指酸性的大氣降水，包括酸性雨、雪、霧、露等沉降，通常是指pH低于5.6的降水[1]。酸雨已經成為一個全球性的污染問題，近年來酸雨分布范圍正在以城市為中心向遠郊和農村蔓延，雨水的酸性也越來越強[2，3]。我國在“七五”期間只有少數地區出現了酸雨污染，隨著經濟的快速發展，酸雨污染狀況呈上升趨勢，現在我國已經成為繼歐洲和北美之后的又一大酸雨重災區[4]，約占國土面積40%以上的地區出現了酸雨，長江以南的酸雨污染尤為嚴重，pH甚至低于4.5[2]，研究表明， 僅在我國酸雨污染比較嚴重的江蘇、浙江、安徽等11 個省、自治區， 酸沉降引起的森林木材儲蓄量減少和農作物減產所造成的直接經濟損失每年分別高達44億和51億元， 11個省的年生態效益經濟損失約為459億元[5]，導致的經濟損失和生態破壞已引起人們的極大關注。東北地區有相對較好的農業發展資源優勢和農業生態環境，所以東北地區農業較為發達[6]。近年來，隨著東北地區工業的發展，酸雨發生次數逐年增多，因此，研究酸雨對作物的影響有著重要的意義[7]。不同類型的酸雨對環境產生的影響也不相同。此次試驗主要研究不同類型的模擬酸雨對小白菜的生長、生理以及營養品質等方面的影響。通過對各項指標的統計分析，對比不同類型酸雨在不同pH下對小白菜的影響，從而進一步了解不同類型的酸雨對人群健康的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗大棚位于吉林省長春市吉林大學前衛南校區（43°49′21″N，125°16′47″E）。長春市地處中國東北松遼平原腹地，地勢平坦開闊，屬于溫帶大陸性季風氣候區，四季分明，春季較短，干燥多風；夏季濕熱多雨，炎熱天氣不多；秋季氣候涼爽，日夜溫差大；冬季漫長較寒冷。長春市年平均氣溫4.8 ℃，年最高溫度39.5 ℃，年最低溫度-39.8 ℃，年均日照時間2 688 h。年平均降水量522～615 mm，夏季降水量占全年降水量的60%以上。

1.2 試驗材料

選擇對酸雨脅迫比較敏感的小白菜作為研究對象，選取大田泛栽品種北京青雜小白菜（雜交種）作為供試作物品種，選擇東北地區典型黑土作為供試土壤。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 將試驗田劃分為3個類型區，即混合型、硫酸型和硝酸型酸雨區，每個區里分成5個地塊，各區及每塊地之間設有0.5 m左右的緩沖地帶，可以避免噴灑模擬酸雨時各區之間交互影響。整個地塊劃分為15個小區，每個區內的地塊隨機分配不同的pH（2.5、3.5、4.5、5.6），每塊大小約為0.8 m×0.6 m。試驗田光照充足，通風良好，定期進行除草、施肥及防治蟲害。

1.3.2 酸雨的配制和噴灑 選用去離子水來配制模擬酸雨，即根據不同類型的酸雨，向去離子水中添加適量離子，來調節去離子水中離子濃度，從而得到不同濃度的原溶液，然后再分別用濃硫酸、濃硝酸、濃硫酸和濃硝酸按照SO42-/NO3-質量比為5∶1的混合液配制pH為1.0的硫酸型、硝酸型和混合型母液，最后用母液將原溶液pH調為2.5、3.5、4.5、5.6的模擬酸雨，將去離子水作為對照組（CK）。采用pHS-3C型酸度計測定與校準模擬酸雨的pH。

小白菜發芽出苗階段，用自來水對各地塊進行正常澆灌，至幼苗長出4個葉片后停止灌溉，進行除草和間苗，之后采用噴霧器，每兩天對各地塊分別噴淋一次混合型酸雨（MAR）、硫酸型酸雨（SAR）和硝酸型酸雨（NAR），每次噴灑2 000 mL，噴灑強度保持一致，噴灑時間約15 min。酸雨噴淋后7、14、21、28及35 d，隨機采摘不同類型酸雨及不同pH處理小白菜的葉片，對其生理、營養品質指標進行測量，達成熟期后收獲樣品，并隨機取樣分別測量各地塊小白菜的生長指標。

1.3.3 試驗指標的測定 根據小白菜葉片和根系易受酸雨的影響而呈現出不同受害癥狀的特點，參考文獻[8，9]選取測定指標如下：

生長指標：共選取7項生長指標進行測定，地上部分包括食部鮮重、食部干重、莖長、株高，地下部分包括根部鮮重、根部干重和根長。鮮重和干重用天平進行測量，莖長、株高和根長直接測量。

營養指標：選取可溶性糖進行測量，利用蒽酮法測定。

生理指標：選取葉綠素進行測量，利用SPAD-502PLUS型葉綠素儀對葉片中的葉綠素含量進行測量。

2 結果與分析

2.1 不同處理對生長指標的影響

各項生長指標的結果見圖1。小白菜植株的食部、根部的鮮重以及干重受負影響程度較大，而酸雨對小白菜植株的株高、莖長和根長的影響程度比較小。從酸雨類型的影響程度來看，硝酸型酸雨對植株各生長指標的影響程度最大，均在pH 2.5處達到最小值，且與對照組的差異很大，隨著pH的增加，對植株的破壞程度也逐漸減小。硫酸型酸雨處理中，pH 2.5時植株的食部鮮重、干重、株高和莖長受影響最大，隨著pH的增加，受損害程度逐漸減小；隨著模擬酸雨酸性的增強，根部鮮重和干重以及根長的指標值在逐漸減小，pH 3.5時最小，pH 2.5時有所上升，但差別較小；混合型酸雨處理組中，隨著模擬酸雨酸性的增強，小白菜植株食部鮮重和干重以及植株株高、莖長、根部鮮重在逐漸減小，pH 2.5時達到最小值，植株的根部干重和根長在pH 3.5時最小，pH 2.5時比pH 3.5略微增加，但差別不大。3種類型酸雨脅迫下，各項生長指標值在pH 5.6時均達到了最大值，但pH 5.6時各項生長指標（除硫酸型酸雨處理的根部干重外）與對照組的數據差異不明顯。

2.2 不同處理對營養指標的影響

2.2.1 不同處理對可溶性糖的影響 不同pH條件下不同酸雨處理對可溶性糖含量影響的結果見圖2。從酸雨的不同類型來看，硝酸型酸雨對植株中可溶性糖含量的影響最大，當pH 2.5時，植株中可溶性糖的含量最低，但是隨著pH的增加植株中可溶性糖含量也在相應增加。硫酸型酸雨處理組中，可溶性糖含量隨著pH的升高而逐漸升高并且明顯高于硝酸型、混合型酸雨處理組，也高于對照組；當pH 5.6時，植株中可溶性糖的含量最高，當pH 2.5時植株中可溶性糖的含量較低。在混合型酸雨處理組中，可溶性糖的含量介于另兩組之間，并且可溶性糖的含量也是隨著pH的增加而增加，當pH 5.6時含糖量較高，當pH 2.5時含糖量較低。3種類型酸雨脅迫下，可溶性糖的含量在pH 5.6處均達到了最大值，但pH 5.6時可溶性糖的含量與對照組差異不明顯。

2.2.2 小白菜可溶性糖含量隨時間的變化 不同pH酸雨處理小白菜可溶性糖含量隨時間的變化見圖3。由圖3可知，隨著時間的增加，小白菜的可溶性糖含量也逐漸增加，與時間呈正相關。隨著pH的升高，小白菜植株中可溶性糖含量也逐漸升高，并且植株中可溶性糖含量的增長速度隨著酸雨酸度的減弱逐漸增強，當pH達到5.6時此時增長速度最快，pH為2.5時，3種類型酸雨處理下的小白菜植株中可溶性糖增長速度低于對照組，當pH大于3.5時，經過酸雨處理后與對照組相比，都在一定程度上加速了植株中可溶性糖的增長。從酸雨的類型看，經過硫酸型酸雨處理的小白菜的可溶性糖含量最高，其次是混合型酸雨，最后是硝酸型酸雨。這說明了硝酸型酸雨對植物體內的可溶性糖的抑制作用最強，硫酸型酸雨最弱，出現這種現象的原因可能是硝酸根的大量進入，改變了細胞膜的膜透性，加速了某些陽離子的淋溶，使可溶性糖合成所需的原料減少，因此較大程度地抑制了可溶性糖的合成，還可能由于硝酸有很強的氧化性，改變了細胞中的營養平衡，打破了細胞原有的結構與功能，從而抑制了可溶性糖的形成。

2.3 不同處理對生理指標的影響

2.3.1 不同處理對葉綠素含量的影響 不同類型酸雨在不同pH下的葉綠素含量見圖4。pH 2.5時，各類型酸雨處理植株葉片中葉綠素含量最低，與對照組相比差別較大；當pH 5.6時，混合型酸雨和硫酸型酸雨處理過的植株葉綠素含量達到最高，并且含量超過了對照組，而硝酸型酸雨處理過的植株中葉綠素含量小于對照組，說明硝酸型酸雨對葉片中葉綠素合成的抑制作用較強，硫酸型酸雨和混合型酸雨對葉綠素合成的抑制作用相對較弱。當在同一pH條件下，硫酸型酸雨處理過的植株葉片中葉綠素含量最高，硝酸型酸雨處理組含量最低，混合型酸雨處理組居中。

2.3.2 小白菜葉綠素含量隨時間的變化 由圖5可知，在同一pH條件下，隨著時間的增加，小白菜葉片中葉綠素的含量也在相應增加。生長前期葉綠素增長比較緩慢，在第21天（即第3次）測量時小白菜葉片中葉綠素含量增加才比較明顯，而在這之后葉綠素的增速放緩，說明在小白菜不同的生長周期中，葉片中葉綠素的增加是有規律的，即從平緩增加到快速增加，之后又減速為平緩增加。從酸雨的不同類型來看，硫酸型酸雨處理過的小白菜葉片中葉綠素相對含量較高，而硝酸型酸雨處理過的植株葉片中葉綠素含量較低，說明硝酸型酸雨對植物葉片中葉綠素合成的抑制作用最強，原因是硝酸有很強的氧化性，打破了細胞中的營養平衡，改變了細胞原有的結構與功能，從而對葉綠素的影響最大。

3 小結與討論

強酸性酸雨對小白菜的生長具有明顯的抑制性，并且還可抑制可溶性糖和葉綠素的形成，隨著酸雨強度的增加抑制作用就越顯著。弱酸條件下，在一定程度上可以促進小白菜食部、根部的生長，也可以促進植株葉片中可溶性糖和葉綠素的合成，可能由于弱酸條件下增加了植物可以吸收的離子。

對比不同類型的酸雨對小白菜的生長指標、營養指標以及生理指標的影響可以看出，在同一pH值條件下，混合型酸雨處理條件下植株的生長比較快，硫酸型酸雨處理組中植株的可溶性糖含量最高，葉綠素的含量也最高。而在硝酸型酸雨條件下，植株的生長是最慢的，各項生長指標最低，并且植株中可溶性糖和葉綠素的含量也最低。

不同類型的酸雨中，硝酸型酸雨對小白菜的生長抑制作用最大，對營養品質影響也最大，葉綠素含量也最低。

就不同類型酸雨對小白菜生長、生理及營養品質的影響進行了研究，得出了一些相關的結論，但是由于受到一些非人為因素的制約造成該研究還不是很完善，與實際情況還有差距，今后應從濕度、溫度、光照、土壤等更多的因素方面去探討不同類型酸雨對小白菜的影響。

參考文獻：

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