酸雨對河南鎮(zhèn)平地區(qū)小麥光合作用影響研究

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。“濕沉降”是大氣中的二氧化硫、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，酸雨作為全球性的污染源，備受世界各方的關(guān)注。酸雨會給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，因此研究酸雨對農(nóng)作物生長及生理生態(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，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)酸雨對農(nóng)作物的影響仍呈加重的趨勢。據(jù)有關(guān)資料報道，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)于酸雨對農(nóng)作物的生長、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)，勢必會對小麥種植產(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，因此酸雨對小麥生長的總體規(guī)律呈現(xiàn)冬季＞春季＞秋季＞夏季的變化趨勢［5］。河南省冬小麥種植十分廣泛，而小麥的生長期又值酸雨危害最為嚴(yán)重的時期，酸雨的侵蝕不可避免地會對小麥的生長、生理生態(tài)和產(chǎn)量品質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響［6］。因此研究酸雨對小麥生長、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)于酸雨對農(nóng)作物影響的研究主要分為五部分內(nèi)容：一是酸雨對農(nóng)作物種子萌發(fā)及幼苗生長的影響；二是酸雨對農(nóng)作物器官及其機(jī)構(gòu)特征的影響，重點是對農(nóng)作物的根系、葉片以及器官的影響；三是酸雨對農(nóng)作物抗氧化系統(tǒng)的影響；四是酸雨對農(nóng)作物主要代謝過程的影響，重點是對農(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象，采用模擬酸雨溶液的方法進(jìn)行試驗，以此研究酸雨對河南省鎮(zhèn)平地區(qū)小麥光合作用的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本試驗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)全年降水實際測定中的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)全年降水實際測定中的主要離子濃度，來配制高于測定的酸雨成分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 實驗方案

實驗于2019—2020年在河南省南陽市鎮(zhèn)平縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局農(nóng)田實驗用地進(jìn)行，試驗所用土壤為壤質(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］。在本次試驗中，模擬酸雨共設(shè)三個處理：對照處理（pH=5.6）、模擬酸雨處理T1（pH=4.0）、模擬酸雨處理T2（pH=2.5）。對實驗樣品進(jìn)行模擬酸雨處理時，每次模擬酸雨對實驗樣品的噴施量相當(dāng)于3mm的降雨量，噴施時間為早晨6點進(jìn)行一次［10］。試驗為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。在灌漿期和抽穗期進(jìn)行取樣，并進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)測定。

1.4 測定項目與測定方法

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

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Excel2010軟件進(jìn)行試驗數(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，三個處理的光合速率的變化趨勢基本一致，都表現(xiàn)為：8：00—10：00光合速率呈現(xiàn)上升的趨勢，10：00—11：00光合速率呈現(xiàn)下降的趨勢，11：00—12：00光合速率是呈現(xiàn)上升的趨勢，12：00—16：00光合速率呈現(xiàn)下降的趨勢，光合速率的最高值都出現(xiàn)在10：00左右。對照組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，相對對照組光合速率下降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，相對對照組光合速率下降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的模擬酸雨對抽穗期小麥光合速率的影響

2.2 酸雨對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，三個處理的光合速率的變化趨勢基本一致，都表現(xiàn)為：8：00—11：00光合速率是呈現(xiàn)上升的趨勢，11：00—16：00光合速率又呈現(xiàn)下降的趨勢，光合速率的最高值都出現(xiàn)11：00左右。對照組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，相對對照組光合速率下降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，相對對照組光合速率下降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的模擬酸雨對灌漿期小麥光合速率的影響

3 結(jié)語

通過對小麥的抽穗期和灌漿期不同pH值模擬酸雨的處理時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，對小麥光合速率抑制作用越強(qiáng)。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報道，不同濃度酸雨對大豆、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。本試驗研究證實，濃度過高的酸雨對河南省鎮(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)。