酸雨對(duì)玉米影響的研究現(xiàn)狀

史明山,肖磊,焦宏業(yè),王磊,史麗麗,孫海昆

(邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河北邯鄲056001)

酸雨對(duì)玉米影響的研究現(xiàn)狀

史明山,肖磊,焦宏業(yè),王磊,史麗麗,孫海昆

(邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河北邯鄲056001)

酸雨是人類活動(dòng)引起環(huán)境污染的產(chǎn)物,對(duì)玉米種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)發(fā)育及其賴以生存的土壤基質(zhì)產(chǎn)生不利影響.就酸雨對(duì)玉米的影響進(jìn)行了闡述,并探討了生產(chǎn)上減輕玉米受酸雨傷害的途徑,以期為酸雨的災(zāi)害評(píng)價(jià)以及做好農(nóng)業(yè)減災(zāi)的預(yù)報(bào)、預(yù)防提供參考.

酸雨;玉米;研究現(xiàn)狀

1872年英國(guó)化學(xué)家史密斯在研究曼徹斯特市及其周邊大氣污染報(bào)告中首次提出“酸雨”一詞[1],由此酸雨的研究才逐漸得以開(kāi)展.酸雨實(shí)質(zhì)上是指酸性沉降,包括pH值小于5.6的雨、雪、霧、雹等[2-3].

由于工業(yè)的高度發(fā)展,許多NOx、SOx會(huì)排放到大氣中,經(jīng)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)形成硫酸或硝酸氣溶膠[4],進(jìn)入大氣水循環(huán),從而形成酸雨.酸雨會(huì)對(duì)雕塑、文物古跡及建筑物等造成巨大危害,且會(huì)對(duì)農(nóng)作物造成不同程度的傷害[5].

玉米是我國(guó)第一大糧食作物,屬玉蜀黍?qū)?其生長(zhǎng)期短,性喜溫暖多雨的天氣[6].而其生長(zhǎng)期也多處于溫暖的雨季,容易遭受到酸雨的危害.近年來(lái),有許多學(xué)者模擬酸雨脅迫條件,研究了玉米種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)酸雨的響應(yīng),且取得了重要進(jìn)展.本文在前人研究的基礎(chǔ)上,闡述了酸雨脅迫下玉米的響應(yīng),以期為酸雨的災(zāi)害評(píng)價(jià)及做好農(nóng)業(yè)減災(zāi)的預(yù)報(bào)、預(yù)防提供參考.

1 酸雨對(duì)玉米的影響

1.1 酸雨對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

種子的萌發(fā)是作物生活史的起點(diǎn),對(duì)于壯苗及生物量的形成起著關(guān)鍵作用[7].研究酸雨脅迫對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響具有重要的指導(dǎo)意義.研究表明,在胚根沒(méi)突破種皮前,不同pH值的模擬酸雨對(duì)玉米種子的萌發(fā)無(wú)不良影響.而當(dāng)胚根突出種皮后,較低pH值的模擬酸雨會(huì)抑制種子萌發(fā)[8-9].pH為2.5～5.0時(shí),種子吸水值、貯藏物質(zhì)消耗及運(yùn)轉(zhuǎn)率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均隨pH值的上升而增大[10-12].在模擬酸雨的pH值從5.6降到2.5時(shí),種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別由93.23%、95.45%、29.74及5.50下降到53.24%、57.12%、13.46和1.80[13].范玉貞的研究表明,當(dāng)pH為2.0時(shí)玉米種子不發(fā)芽[10,12];而崔興國(guó)的試驗(yàn)結(jié)果顯示,pH值為2.0的模擬酸雨脅迫下,玉米種子發(fā)芽率為47.62%[11].這可能是由于受試品種對(duì)酸雨的抗性存在差異.張海艷[14]研究了不同類型的玉米種子萌發(fā)對(duì)酸雨的響應(yīng),pH 2.0～5.0的模擬酸雨對(duì)玉米種子萌發(fā)無(wú)顯著影響,而pH值為1.0的模擬酸雨處理會(huì)使普通玉米、糯玉米、爆裂玉米及甜玉米的種子發(fā)芽率分別為91.3%、68.7%、27.5%及11.7%.

1.2 酸雨對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響

酸雨對(duì)玉米幼苗的影響與脅迫時(shí)間以及pH值的高低相關(guān).表現(xiàn)為較高pH值(5.0～5.6)的模擬酸雨與短期內(nèi)的酸雨(pH 3.0)脅迫能促進(jìn)玉米幼苗的生長(zhǎng),主要是由于酸雨中含有N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素的緣故[8,15].相反,較長(zhǎng)時(shí)間及較低pH值的酸雨脅迫會(huì)抑制玉米幼苗生長(zhǎng).pH為3.0的模擬酸雨會(huì)引起玉米葉部出現(xiàn)癥狀[16],pH值為2.5時(shí)會(huì)使玉米幼苗葉片出現(xiàn)黃斑、卷縮、褪色及黃化等明顯傷害現(xiàn)象[13].在生理方面,模擬酸雨能使玉米幼苗葉片中亞硝酸根離子和可溶性糖含量下降[13,17].且葉片活力、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量及總?cè)~綠素含量與酸性的增強(qiáng)呈下降趨勢(shì)[9,13,18-20].此外,pH值為4.5與5.6的模擬酸雨對(duì)玉米幼苗Fv/Fm、光化學(xué)猝滅(qP)的影響較小,但非光化學(xué)猝滅(NPQ)卻出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì),這說(shuō)明酸雨脅迫下引起了植物PSⅡ天線對(duì)激發(fā)能非輻射耗散能力的減弱[9],進(jìn)而導(dǎo)致凈光合速率降低[21].孫巖和全炳武[22]研究了不同玉米品種對(duì)酸雨的響應(yīng),發(fā)現(xiàn)抗酸雨性能由強(qiáng)到弱的順序?yàn)榧獑?22＞尹單2＞黑301.而張海艷[14]研究了不同類型玉米品種的抗酸雨性能差異后指出,pH 2.0～5.0模擬酸雨對(duì)幼苗生長(zhǎng)無(wú)顯著影響,但幼苗地下部較地上部對(duì)酸雨敏感,不同類型玉米對(duì)酸雨響應(yīng)能力存在差異.其中,甜玉米抗性最差,其次為爆裂玉米,普通玉米和糯玉米抗性最強(qiáng).因此,酸雨(pH 1.0～2.0)地區(qū)建議種植普通玉米和糯玉米.

1.3 酸雨脅迫下玉米保護(hù)酶類的變化

酸雨作為一項(xiàng)逆境脅迫因子,會(huì)引起玉米苗體內(nèi)保護(hù)酶類產(chǎn)生相應(yīng)變化.玉米幼苗經(jīng)模擬酸雨脅迫,體內(nèi)CAT活性減弱,POD活性隨pH降低而升高,SOD活性先增加,而后又降低,引起保護(hù)酶系統(tǒng)產(chǎn)生紊亂,進(jìn)而導(dǎo)致質(zhì)膜透性增大,相對(duì)電導(dǎo)率提高,且膜質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛含量升高,脯氨酸含量增多[17-21,23].

2 酸雨對(duì)土壤的影響

酸雨降落于地表,進(jìn)入土壤系統(tǒng),而土壤是農(nóng)作物賴以生存的基質(zhì)[24].因此,探討酸雨脅迫下的土壤效應(yīng)對(duì)研究玉米具有重要價(jià)值.研究表明,模擬酸雨會(huì)降低玉米苗根際土壤中微生物的總量[19].隨酸雨強(qiáng)度增強(qiáng),全氮、全磷、全鉀及速效磷含量呈先增加后降低的趨勢(shì),而堿解氮、速效鉀的含量則隨pH值降低而降低.此外,模擬酸雨條件下,氮素生理類群細(xì)菌的生長(zhǎng)及繁殖受到抑制.而蔗糖酶活性隨酸度的增加呈降低趨勢(shì),脲酶活性隨酸度的增加呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)[25].

3 減輕酸雨對(duì)玉米傷害的途徑

酸雨作為一項(xiàng)逆境災(zāi)害因子,給玉米業(yè)的發(fā)展帶來(lái)許多不利影響.因此,如何防止或減輕酸雨對(duì)玉米的危害引起許多學(xué)者的關(guān)注.經(jīng)CaCl2浸種后的玉米幼苗,葉綠素含量、蛋白質(zhì)含量和凈光合速率增加,保護(hù)酶類CAT和SOD的活性相對(duì)較高,而POD活性較低,致使脂質(zhì)過(guò)氧化作用得到減弱[20].這說(shuō)明Ca2+浸種能減輕酸雨對(duì)玉米幼苗的傷害.而施用碳酸鈣及硅酸鈉能防止酸雨導(dǎo)致的土壤酸化,且能促進(jìn)玉米苗吸收N、K等元素,利于玉米的生長(zhǎng)[15].此外,利用植物抗逆性物質(zhì)稀土元素也能減輕玉米遭受的酸雨傷害[26].0.8～100mg/L的鈰可促進(jìn)玉米苗根系生長(zhǎng)、增加幼苗干重、提高根系活力和葉綠素含量,并能促使CAT、SOD活性提高,抑制膜質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛的增加及降低細(xì)胞膜透性和脯氨酸含量.對(duì)于糯玉米,以20mg/L的鈰處理為宜[23,27-28]. 20mg/L的鑭處理幼苗,能使CAT、SOD活性提高,減輕酸雨對(duì)幼苗的不良影響[23].運(yùn)用30mg/L的La-Gly-VB6處理玉米幼苗,可促使玉米的光合速率、葉綠素含量及根系活力提高,并能使丙二醛含量減少,質(zhì)膜透性降低,保持細(xì)胞汁液pH值穩(wěn)定性,進(jìn)而減輕酸雨(pH2.0)對(duì)玉米的傷害[29].徐毅華和沈亮[30]研究了LiCl防治酸雨的效果,模擬酸雨條件下,噴施LiCl可以促進(jìn)糯玉米幼苗的生長(zhǎng),使干物質(zhì)積累增加.其緩解酸雨脅迫濃度與酸雨脅迫次數(shù)呈正相關(guān).

4 問(wèn)題及展望

玉米生長(zhǎng)期多處于雨季,而此期空氣對(duì)流較強(qiáng),利于形成酸雨的SO2等主要污染物的擴(kuò)散,因而玉米遭受酸雨的傷害相對(duì)較輕[31].但玉米在種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)階段遭遇酸雨,常會(huì)受到傷害,所以目前關(guān)于酸雨對(duì)玉米的影響多集中于種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)階段,而對(duì)后期產(chǎn)量及品質(zhì)性狀影響的研究未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道.玉米業(yè)的生產(chǎn)主要是以品質(zhì)和產(chǎn)量為目的,而酸雨對(duì)玉米種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生影響,勢(shì)必會(huì)影響后期的產(chǎn)量及品質(zhì).針對(duì)目前研究現(xiàn)狀,今后有待開(kāi)展關(guān)于酸雨對(duì)玉米產(chǎn)量及品質(zhì)影響的評(píng)價(jià)工作.

酸雨是人類活動(dòng)引起環(huán)境污染的產(chǎn)物,是一種自然現(xiàn)象.目前,酸雨的降落時(shí)間、降雨量及區(qū)域還難以人為控制.而研究酸雨對(duì)玉米的影響多集中于模擬條件下,考慮的主要是pH值的影響,這對(duì)評(píng)價(jià)酸雨危害起到一定的指導(dǎo)作用.自然降落的酸雨中包含多種污染物,造成酸雨與多種污染物共同作用于玉米.因此,今后應(yīng)將自然降落的酸雨作為重點(diǎn)對(duì)象,研究其對(duì)玉米的影響.

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（責(zé)任編輯：鄧天福）

Present situation on the impacts of acid rain on corn

SHI Mingshan,XIAO Lei,JIAO Hongye,WANG Lei,SHI Lili,SUN Haikun
(Handan AcademyofAgricultural Sciences,Handan 056001,China)

Acid rain is the product of environmental pollution caused by human activities,which has a negative effect on the seed germination,seedling growth and soil.Therefore,the effects of acid rain on corn were reviewed.The way to reduce the damage of acid rain on corn was discussed in order to provide a reference for the evaluation of the acid rain and the prediction and prevention of it.

acid rain;corn;present situation

S513

A

1008-7516（2015）06-0014-03

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.06.003

2015-09-21

史明山(1973―),男,河北大名人,副研究員.主要從事玉米育種與栽培技術(shù)研究.