酸雨對河南鎮平地區小麥光合作用影響研究

張 奎

（鎮平縣曲屯鎮人民政府，河南 南陽 473000）

0 引言

酸雨的學術名稱為“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，發生化合反應后以降水形態降落地面；“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。隨著全球工業生產規模的不斷擴大，能源燃燒導致的全球大氣污染呈擴大態勢，酸雨作為全球性的污染源，備受世界各方的關注。酸雨會給農業生產帶來嚴重影響，因此研究酸雨對農作物生長及生理生態的影響，已被全球農業研究者廣泛關注。據統計，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：華東沿海酸雨區、華中酸雨區和西南酸雨區，其中污染最為嚴重的是華中酸雨區［2］。秦嶺—淮河以南酸雨pH值最高的地區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值酸雨區正以這些地方為中心，向四周擴散。目前我國酸雨影響情況基本穩定，但在秦嶺—淮河以南的一些地區酸雨對農作物的影響仍呈加重的趨勢。據有關資料報道，我國酸雨的分布正由城市逐步向城郊和農村蔓延，雨水的pH值也越來越低，腐蝕性越來越強［3］。因此，由酸雨而產生的農業減產和農業生產環境破壞已引起學者們的廣泛關注，很多學者已開展了關于酸雨對農作物的生長、生理生態和產量品質影響的相關研究。

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。我國絕大部分農作物產區都可以種植小麥，在秦嶺—淮河以南、青藏高原以東的南方冬小麥產區，其播種面積和總產量約占全國總量的30%左右［4］，而這些地區也是酸雨最為嚴重的區域。這就意味著我國冬小麥產區將受到酸雨的威脅，加上這一區域普遍存在酸性紅壤區，勢必會對小麥種植產生嚴重影響。我國南方冬小麥產區夏季降水較多、冬春季節降水較少，因此酸雨對小麥生長的總體規律呈現冬季＞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、生理生態和產量品質產生嚴重影響［6］。因此研究酸雨對小麥生長、生理生態和產量品質的影響具有極其重要的指導意義。

目前，關于酸雨對農作物影響的研究主要分為五部分內容：一是酸雨對農作物種子萌發及幼苗生長的影響；二是酸雨對農作物器官及其機構特征的影響，重點是對農作物的根系、葉片以及器官的影響；三是酸雨對農作物抗氧化系統的影響；四是酸雨對農作物主要代謝過程的影響，重點是對農作物光合作用、氮代謝、礦質代謝、蒸騰作用、水分代謝的影響；五是酸雨對農作物產量和品質的影響［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行試驗，以此研究酸雨對河南省鎮平地區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值設置

酸性母液：根據河南省氣象局有關鎮平地區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。

電解質母液：根據河南省氣象局有關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倍的電解質母液，母液中主要含有的離子及其質量濃度如下：CaCl23.2g/L，NH4Cl2.7g/L，NaCl0.89g/L和KCl0.74g/L。

模擬酸雨：首先將電解質母液稀釋1000倍，然后用酸母液將其調節至需要的pH值。配制的模擬酸雨的pH值分別調節為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的模擬酸雨溶液標記為處理T1，pH為2.5的模擬酸雨溶液標記為處理T2［8］。

1.3 實驗方案

實驗于2019—2020年在河南省南陽市鎮平縣農業農村局農田實驗用地進行，試驗所用土壤為壤質土，經過自然風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，追肥在小麥拔節期開始施用［9］。在本次試驗中，模擬酸雨共設三個處理：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于3mm的降雨量，噴施時間為早晨6點進行一次［10］。試驗為隨機區組設計。在灌漿期和抽穗期進行取樣，并進行相應指標測定。

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對不同的模擬酸雨處理進行測定，每天從8:00開始噴施，每次噴施間隔1h，全天噴施次數總計為9次，至16:00為全天最后一次噴施，每次測定進行3次重復［11］。用Yaxin1101光合測定儀進行測定。

1.5 數據處理

使用Excel2010軟件進行試驗數據的處理和相關圖表的制作。

2 結果與分析

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，都表現為：8：00—10：00光合速率呈現上升的趨勢，10：00—11：00光合速率呈現下降的趨勢，11：00—12：00光合速率是呈現上升的趨勢，12：00—16：00光合速率呈現下降的趨勢，光合速率的最高值都出現在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。

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，都表現為：8：00—11：00光合速率是呈現上升的趨勢，11：00—16：00光合速率又呈現下降的趨勢，光合速率的最高值都出現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。

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，發現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。

根據有關文獻報道，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［12］。這與本文關于酸雨對河南省鎮平地區小麥的光合作用影響規律相同。本試驗研究證實，濃度過高的酸雨對河南省鎮平地區小麥生理生態特性有嚴重的負面影響。河南省鎮平地區環保及農業部門應當充分重視這一問題，并提出有效的策略，防止酸雨進一步破壞這一區域小麥的種植與生產。