酸雨不同喷淋方式对小白菜营养品质的影响

房春生,王德龙,孟 莹,张胜楠,王 菊

(吉林大学 环境与资源学院,长春 130012)

酸雨对农业生产危害严重[1],影响作物的产量[2],已成为威胁世界环境的主要因素[3]. 为研究酸雨对作物生长的危害,研究人员已通过模拟不同pH值和喷淋量的酸雨研究了酸雨对作物萌发、 生长发育、 品质和产量的影响[4-9].

本文以小白菜作为供试作物,研究模拟酸雨的不同喷淋方式对小白菜营养品质的影响,并分析了小白菜在不同密度和强度酸雨下的品质变化.

1 材料与方法

1.1 材 料

实验大棚位于吉林省长春市吉林大学前卫校区内,坐标为北纬43°49′22″,东经125°16′48″,海拔约215 m,采用塑料大棚进行温室培育.

以对酸雨胁迫较敏感的小白菜为研究对象,供试作物选取大田泛栽品种北京青杂小白菜(杂交种),选择东北地区的典型黑土作为供试土壤,土壤的理化性质列于表1.

表1 土壤的理化性质Table 1 Physical and chemical properties of soil

1.2 方 法

1.2.1 地块划分 模拟实验田通风良好,光照充足,种植期间定期进行除草和除虫工作. 大棚按随机选取的原则分为15个小区(0.6 m×0.7 m),每块间设置约0.5 m宽的缓冲带以避免模拟喷淋酸雨时交互影响. 15个小区分别对应均匀喷洒、 集中喷洒和一次喷洒3种喷淋方式. 在每种喷淋方式的地块中再分成5个小区,每小区内随机喷淋pH=5.6,4.5,3.5，2.5的酸雨及pH=6.5～7的水溶液,将每个小区命名为pH5.6组,pH4.5组,pH3.5组,pH2.5组以及对照组(CK). 实验中保证每小块区域的土壤和生长环境(温度、 湿度、 光照强度和通风情况等)相似.

1.2.2 模拟酸雨配置及喷洒 根据长春市近年来酸雨污染的特征,并参考文献[3,8]配置实验所需的模拟酸雨,酸雨pH值及主要离子质量浓度列于表2.

表2 酸雨pH值及主要离子质量浓度(mg/L)Table 2 Acid rain pH and ion concentrations (mg/L)

在小白菜出苗10 d后分别用pH=2.5,3.5,4.5,5.6,6.5～7(CK组)的模拟酸雨进行喷淋,总喷淋量由长春市同期平均降雨量确定. 先用自来水洗去作物种子中的杂质,浸泡24 h催芽,再用二次水反复冲洗后播种. 种子发芽出苗阶段用自来水灌溉各小区,幼苗成长至三叶后停止灌溉,除草及间苗后采用喷雾器进行模拟酸雨喷淋实验,每两天对需要均匀喷洒的小区喷淋一次模拟酸雨,单次喷淋量4.7 mm,持续15 min,当日16:00～17:00时喷淋. 在每组实验的前一天对需要集中喷淋的小区进行集中喷淋， 集中喷淋量由均匀喷淋小区的喷淋次数乘以单次喷淋量求得， 单次喷淋量为19.1 mm,持续1 h,当日16:00～17:00时喷淋. 在最后一组实验(第5组实验)的前一天对需要一次喷淋的小区进行喷洒,其喷淋量由该次实验前均匀喷淋小区喷淋次数乘以单次喷淋量求得,在酸雨喷淋7,14,21,28,35 d后,随机采摘各小区的小白菜叶片,测量其营养品质指标. 成熟期后,随机取样分别测量各地块小白菜的生长指标.

1.2.3 植物伤害指标测定 糖类物质是植物生长发育过程和基因表达中的重要调节因子,不同生长条件下蔬菜中的糖类质量比不同,因此对作物中可溶性糖质量比的测定有助于衡量植物体内碳素的营养状况,了解和鉴定作物品质的高低. 维生素C是植物维持生长发育的重要物质,也是衡量蔬菜品质高低的重要指标. 不同种植环境和不同成熟度的作物中维生素C的质量比不同.

本文采用蒽酮法测定可溶性糖的质量比,采用2,6-二氯靛酚滴定法[10]测定维生素C的质量比.

1.2.4 数据分析方法 采用相关分析检验各组数据相互关系的密切程度及变化趋势. 两个变量间的相关程度用相关系数

2 结果与讨论

2.1 不同喷淋方式对小白菜可溶性糖质量比的影响

图1 不同喷淋方式对小白菜可溶 性糖质量比的影响Fig.1 Effect of different acid rain spray ways on soluble sugar of pakchoi

图2为pH=2.5,3.5,4.5,5.6和CK组的可溶性糖质量比随时间的变化曲线. 由图2可见,在不同pH值酸雨胁迫下,随着生长期的延长,小白菜可溶性糖质量比逐渐升高,随着酸雨喷淋次数和时间的增加,小白菜中可溶性糖质量比下降幅度增大,下降幅度越大,模拟酸雨对小白菜的胁迫作用越强. 这是由于降水过多导致土壤供氧不足,蔬菜根系呼吸作用减弱,影响无机养分吸收和光合产物的运转分配,通过反馈机制影响蔬菜光合作用,从而影响植物体内可溶性糖的合成所致.

图2 可溶性糖质量比随时间的变化曲线Fig.2 Time varying curves of soluble sugar

2.2 不同喷淋方式对小白菜维生素C质量比的影响

图3为模拟酸雨不同喷淋方式对小白菜维生素C质量比的影响. 由图3可见,随着酸雨强度的增加,小白菜维生素C质量比逐渐下降,且均与酸雨的pH值呈显著正相关,相关系数分别为r均匀=0.899 8,r集中=0.931 1,r一次=0.939 2. 3种喷淋方式对小白菜维生素C质量比的影响为：均匀喷淋<集中喷淋<一次喷淋. 当pH=2.5时， 酸雨对小白菜维生素C质量比影响最大. pH3.5和pH4.5处理组受酸雨胁迫影响较小. pH5.6组维生素C质量比较CK组略有增加. 这是因为酸雨胁迫可加快小白菜体内的膜脂过氧化反应,由于维生素C与植株体内的活性氧反应,使得部分维生素C用于清除活性氧,因此维生素C质量比下降[11],此外,酸雨破坏了线粒体结构,使维生素C合成受阻[12-13]. 弱酸性酸雨可为植株带来N,P,K等营养元素,从而改善植株的生长情况.

图4为pH=2.5,3.5,4.5,5.6,CK组的维生素C质量比随时间的变化曲线. 由图4可见,随着喷淋次数和时间的增加,维生素C的质量比呈增加趋势,其中pH值越小,维生素C质量比的增加趋势越小. 在3种喷淋方式中,均匀喷淋增加趋势明显高于集中喷淋和一次喷淋,表明喷淋量越大,小白菜体内维生素C的质量比增长越慢,对小白菜的生长发育影响越大,即抑制蔬菜生长发育的程度越严重. 当植物供给水分过多时,细胞内自由基产生与清除间的平衡被破坏,导致活性氧质量比增高,由于蔬菜体内的维生素C部分用于清除活性氧,因此增长缓慢.

综上所述,本文研究了模拟不同酸雨喷淋方式和强度对小白菜营养品质的影响. 结果表明: 单次喷淋量越多、 喷淋时间间隔越长， 对小白菜营养品质的影响越大；随着酸雨pH值的减小,小白菜中叶维生素C和可溶性糖的质量比逐渐降低;当pH值相同时,对小白菜营养品质的影响依次为：均匀喷淋<集中喷淋<一次喷淋;随着喷淋酸雨时间的延长和喷淋次数的增加,维生素C和可溶性糖的质量比呈增加趋势,但增加的幅度降低,即影响越来越大.

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