模擬酸雨對(duì)小白菜生長、生理和品質(zhì)的影響

摘要：模擬了不同類型的酸雨對(duì)大棚種植小白菜的噴淋試驗(yàn)。在小白菜的不同生長階段研究小白菜的3類指標(biāo)，即生長指標(biāo)、營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)和生理指標(biāo)。結(jié)果表明，通過對(duì)比不同類型酸雨在不同pH下對(duì)小白菜的各類指標(biāo)帶來的影響，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)酸性酸雨對(duì)小白菜的生長具明顯抑制性，并且抑制營養(yǎng)物質(zhì)和葉綠素的形成；不同類型的模擬酸雨中，硝酸型酸雨對(duì)小白菜的生長抑制作用最大，對(duì)營養(yǎng)品質(zhì)及生理指標(biāo)的影響也最大。不同類型的酸雨對(duì)小白菜的生長生理和營養(yǎng)品質(zhì)的影響具有差異性。

關(guān)鍵詞：模擬酸雨；小白菜；生長指標(biāo)；可溶性糖；葉綠素

中圖分類號(hào)：Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jīng)成為一個(gè)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(yuǎn)郊和農(nóng)村蔓延，雨水的酸性也越來越強(qiáng)[2，3]。我國在“七五”期間只有少數(shù)地區(qū)出現(xiàn)了酸雨污染，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，酸雨污染狀況呈上升趨勢(shì)，現(xiàn)在我國已經(jīng)成為繼歐洲和北美之后的又一大酸雨重災(zāi)區(qū)[4]，約占國土面積40%以上的地區(qū)出現(xiàn)了酸雨，長江以南的酸雨污染尤為嚴(yán)重，pH甚至低于4.5[2]，研究表明， 僅在我國酸雨污染比較嚴(yán)重的江蘇、浙江、安徽等11 個(gè)省、自治區(qū)， 酸沉降引起的森林木材儲(chǔ)蓄量減少和農(nóng)作物減產(chǎn)所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失每年分別高達(dá)44億和51億元， 11個(gè)省的年生態(tài)效益經(jīng)濟(jì)損失約為459億元[5]，導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)破壞已引起人們的極大關(guān)注。東北地區(qū)有相對(duì)較好的農(nóng)業(yè)發(fā)展資源優(yōu)勢(shì)和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，所以東北地區(qū)農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)[6]。近年來，隨著東北地區(qū)工業(yè)的發(fā)展，酸雨發(fā)生次數(shù)逐年增多，因此，研究酸雨對(duì)作物的影響有著重要的意義[7]。不同類型的酸雨對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響也不相同。此次試驗(yàn)主要研究不同類型的模擬酸雨對(duì)小白菜的生長、生理以及營養(yǎng)品質(zhì)等方面的影響。通過對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)比不同類型酸雨在不同pH下對(duì)小白菜的影響，從而進(jìn)一步了解不同類型的酸雨對(duì)人群健康的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)大棚位于吉林省長春市吉林大學(xué)前衛(wèi)南校區(qū)（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(shì)平坦開闊，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，春季較短，干燥多風(fēng)；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(shí)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(yàn)材料

選擇對(duì)酸雨脅迫比較敏感的小白菜作為研究對(duì)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(qū)典型黑土作為供試土壤。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將試驗(yàn)田劃分為3個(gè)類型區(qū)，即混合型、硫酸型和硝酸型酸雨區(qū)，每個(gè)區(qū)里分成5個(gè)地塊，各區(qū)及每塊地之間設(shè)有0.5 m左右的緩沖地帶，可以避免噴灑模擬酸雨時(shí)各區(qū)之間交互影響。整個(gè)地塊劃分為15個(gè)小區(qū)，每個(gè)區(qū)內(nèi)的地塊隨機(jī)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(yàn)田光照充足，通風(fēng)良好，定期進(jìn)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(jù)不同類型的酸雨，向去離子水中添加適量離子，來調(diào)節(jié)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(zhì)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(diào)為2.5、3.5、4.5、5.6的模擬酸雨，將去離子水作為對(duì)照組（CK）。采用pHS-3C型酸度計(jì)測(cè)定與校準(zhǔn)模擬酸雨的pH。

小白菜發(fā)芽出苗階段，用自來水對(duì)各地塊進(jìn)行正常澆灌，至幼苗長出4個(gè)葉片后停止灌溉，進(jìn)行除草和間苗，之后采用噴霧器，每兩天對(duì)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(qiáng)度保持一致，噴灑時(shí)間約15 min。酸雨噴淋后7、14、21、28及35 d，隨機(jī)采摘不同類型酸雨及不同pH處理小白菜的葉片，對(duì)其生理、營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，達(dá)成熟期后收獲樣品，并隨機(jī)取樣分別測(cè)量各地塊小白菜的生長指標(biāo)。

1.3.3 試驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)定 根據(jù)小白菜葉片和根系易受酸雨的影響而呈現(xiàn)出不同受害癥狀的特點(diǎn)，參考文獻(xiàn)[8，9]選取測(cè)定指標(biāo)如下：

生長指標(biāo)：共選取7項(xiàng)生長指標(biāo)進(jìn)行測(cè)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(jìn)行測(cè)量，莖長、株高和根長直接測(cè)量。

營養(yǎng)指標(biāo)：選取可溶性糖進(jìn)行測(cè)量，利用蒽酮法測(cè)定。

生理指標(biāo)：選取葉綠素進(jìn)行測(cè)量，利用SPAD-502PLUS型葉綠素儀對(duì)葉片中的葉綠素含量進(jìn)行測(cè)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)生長指標(biāo)的影響

各項(xiàng)生長指標(biāo)的結(jié)果見圖1。小白菜植株的食部、根部的鮮重以及干重受負(fù)影響程度較大，而酸雨對(duì)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(duì)植株各生長指標(biāo)的影響程度最大，均在pH 2.5處達(dá)到最小值，且與對(duì)照組的差異很大，隨著pH的增加，對(duì)植株的破壞程度也逐漸減小。硫酸型酸雨處理中，pH 2.5時(shí)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(qiáng)，根部鮮重和干重以及根長的指標(biāo)值在逐漸減小，pH 3.5時(shí)最小，pH 2.5時(shí)有所上升，但差別較??；混合型酸雨處理組中，隨著模擬酸雨酸性的增強(qiáng)，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(shí)達(dá)到最小值，植株的根部干重和根長在pH 3.5時(shí)最小，pH 2.5時(shí)比pH 3.5略微增加，但差別不大。3種類型酸雨脅迫下，各項(xiàng)生長指標(biāo)值在pH 5.6時(shí)均達(dá)到了最大值，但pH 5.6時(shí)各項(xiàng)生長指標(biāo)（除硫酸型酸雨處理的根部干重外）與對(duì)照組的數(shù)據(jù)差異不明顯。

2.2 不同處理對(duì)營養(yǎng)指標(biāo)的影響

2.2.1 不同處理對(duì)可溶性糖的影響 不同pH條件下不同酸雨處理對(duì)可溶性糖含量影響的結(jié)果見圖2。從酸雨的不同類型來看，硝酸型酸雨對(duì)植株中可溶性糖含量的影響最大，當(dāng)pH 2.5時(shí)，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(yīng)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(duì)照組；當(dāng)pH 5.6時(shí)，植株中可溶性糖的含量最高，當(dāng)pH 2.5時(shí)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(dāng)pH 5.6時(shí)含糖量較高，當(dāng)pH 2.5時(shí)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(dá)到了最大值，但pH 5.6時(shí)可溶性糖的含量與對(duì)照組差異不明顯。

2.2.2 小白菜可溶性糖含量隨時(shí)間的變化 不同pH酸雨處理小白菜可溶性糖含量隨時(shí)間的變化見圖3。由圖3可知，隨著時(shí)間的增加，小白菜的可溶性糖含量也逐漸增加，與時(shí)間呈正相關(guān)。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(qiáng)，當(dāng)pH達(dá)到5.6時(shí)此時(shí)增長速度最快，pH為2.5時(shí)，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(duì)照組，當(dāng)pH大于3.5時(shí)，經(jīng)過酸雨處理后與對(duì)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(jīng)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(duì)植物體內(nèi)的可溶性糖的抑制作用最強(qiáng)，硫酸型酸雨最弱，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是硝酸根的大量進(jìn)入，改變了細(xì)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(qiáng)的氧化性，改變了細(xì)胞中的營養(yǎng)平衡，打破了細(xì)胞原有的結(jié)構(gòu)與功能，從而抑制了可溶性糖的形成。

2.3 不同處理對(duì)生理指標(biāo)的影響

2.3.1 不同處理對(duì)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(shí)，各類型酸雨處理植株葉片中葉綠素含量最低，與對(duì)照組相比差別較大；當(dāng)pH 5.6時(shí)，混合型酸雨和硫酸型酸雨處理過的植株葉綠素含量達(dá)到最高，并且含量超過了對(duì)照組，而硝酸型酸雨處理過的植株中葉綠素含量小于對(duì)照組，說明硝酸型酸雨對(duì)葉片中葉綠素合成的抑制作用較強(qiáng)，硫酸型酸雨和混合型酸雨對(duì)葉綠素合成的抑制作用相對(duì)較弱。當(dāng)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(shí)間的變化 由圖5可知，在同一pH條件下，隨著時(shí)間的增加，小白菜葉片中葉綠素的含量也在相應(yīng)增加。生長前期葉綠素增長比較緩慢，在第21天（即第3次）測(cè)量時(shí)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(guī)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(duì)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(duì)植物葉片中葉綠素合成的抑制作用最強(qiáng)，原因是硝酸有很強(qiáng)的氧化性，打破了細(xì)胞中的營養(yǎng)平衡，改變了細(xì)胞原有的結(jié)構(gòu)與功能，從而對(duì)葉綠素的影響最大。

3 小結(jié)與討論

強(qiáng)酸性酸雨對(duì)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(qiáng)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(jìn)小白菜食部、根部的生長，也可以促進(jìn)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(duì)比不同類型的酸雨對(duì)小白菜的生長指標(biāo)、營養(yǎng)指標(biāo)以及生理指標(biāo)的影響可以看出，在同一pH值條件下，混合型酸雨處理?xiàng)l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(xiàng)生長指標(biāo)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(duì)小白菜的生長抑制作用最大，對(duì)營養(yǎng)品質(zhì)影響也最大，葉綠素含量也最低。

就不同類型酸雨對(duì)小白菜生長、生理及營養(yǎng)品質(zhì)的影響進(jìn)行了研究，得出了一些相關(guān)的結(jié)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(shí)際情況還有差距，今后應(yīng)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(duì)小白菜的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李鐵峰.環(huán)境地學(xué)概論[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1996. 56-57.

[2] 郝興國.我國酸雨區(qū)已占國土面積40%[N].中國環(huán)境報(bào)，1997-03-18（1）.

[3] 邱棟梁.酸雨對(duì)園藝植物危害機(jī)理的研究進(jìn)展[J].福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，28（1）：28-32.

[4] 吳 丹，王式功，尚可政.中國酸雨研究綜述[J].干旱氣象，2006，24（2）：70-77.

[5] 陳 復(fù)，柴發(fā)合.我國酸沉降控制策略[J].環(huán)境科學(xué)研究，1997，10（1）：27-31.

[6] 劉長江.淺談東北農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及有效途徑[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，19（1）：202-204.

[7] 孫 巖，全炳武.不同品種玉米幼苗期對(duì)模擬酸雨脅迫的響應(yīng)及綜合評(píng)價(jià)[J].延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2010，12（4）：261-264.

[8] NEUFELD H S， JEMSTEDT A， HAINES B L. Direct foliar effects of simulated acid rain： I. Damage growth and gas exchange[J].New Phytol，1985，99：389-405.

[9] 吳善才.林木對(duì)酸沉降的敏感性和抗性[J].廣西林業(yè)科學(xué)，2002， 31（4）：186-189，201.