酸雨对玉米影响的研究现状

史明山,肖磊,焦宏业,王磊,史丽丽,孙海昆

(邯郸市农业科学院,河北邯郸056001)

酸雨对玉米影响的研究现状

史明山,肖磊,焦宏业,王磊,史丽丽,孙海昆

(邯郸市农业科学院,河北邯郸056001)

酸雨是人类活动引起环境污染的产物,对玉米种子萌发、幼苗生长发育及其赖以生存的土壤基质产生不利影响.就酸雨对玉米的影响进行了阐述,并探讨了生产上减轻玉米受酸雨伤害的途径,以期为酸雨的灾害评价以及做好农业减灾的预报、预防提供参考.

酸雨;玉米;研究现状

1872年英国化学家史密斯在研究曼彻斯特市及其周边大气污染报告中首次提出“酸雨”一词[1],由此酸雨的研究才逐渐得以开展.酸雨实质上是指酸性沉降,包括pH值小于5.6的雨、雪、雾、雹等[2-3].

由于工业的高度发展,许多NOx、SOx会排放到大气中,经复杂的化学反应形成硫酸或硝酸气溶胶[4],进入大气水循环,从而形成酸雨.酸雨会对雕塑、文物古迹及建筑物等造成巨大危害,且会对农作物造成不同程度的伤害[5].

玉米是我国第一大粮食作物,属玉蜀黍属,其生长期短,性喜温暖多雨的天气[6].而其生长期也多处于温暖的雨季,容易遭受到酸雨的危害.近年来,有许多学者模拟酸雨胁迫条件,研究了玉米种子萌发及幼苗生长发育对酸雨的响应,且取得了重要进展.本文在前人研究的基础上,阐述了酸雨胁迫下玉米的响应,以期为酸雨的灾害评价及做好农业减灾的预报、预防提供参考.

1 酸雨对玉米的影响

1.1 酸雨对玉米种子萌发的影响

种子的萌发是作物生活史的起点,对于壮苗及生物量的形成起着关键作用[7].研究酸雨胁迫对玉米种子萌发的影响具有重要的指导意义.研究表明,在胚根没突破种皮前,不同pH值的模拟酸雨对玉米种子的萌发无不良影响.而当胚根突出种皮后,较低pH值的模拟酸雨会抑制种子萌发[8-9].pH为2.5～5.0时,种子吸水值、贮藏物质消耗及运转率、发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均随pH值的上升而增大[10-12].在模拟酸雨的pH值从5.6降到2.5时,种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数分别由93.23%、95.45%、29.74及5.50下降到53.24%、57.12%、13.46和1.80[13].范玉贞的研究表明,当pH为2.0时玉米种子不发芽[10,12];而崔兴国的试验结果显示,pH值为2.0的模拟酸雨胁迫下,玉米种子发芽率为47.62%[11].这可能是由于受试品种对酸雨的抗性存在差异.张海艳[14]研究了不同类型的玉米种子萌发对酸雨的响应,pH 2.0～5.0的模拟酸雨对玉米种子萌发无显著影响,而pH值为1.0的模拟酸雨处理会使普通玉米、糯玉米、爆裂玉米及甜玉米的种子发芽率分别为91.3%、68.7%、27.5%及11.7%.

1.2 酸雨对玉米幼苗生长发育的影响

酸雨对玉米幼苗的影响与胁迫时间以及pH值的高低相关.表现为较高pH值(5.0～5.6)的模拟酸雨与短期内的酸雨(pH 3.0)胁迫能促进玉米幼苗的生长,主要是由于酸雨中含有N、P、K等营养元素的缘故[8,15].相反,较长时间及较低pH值的酸雨胁迫会抑制玉米幼苗生长.pH为3.0的模拟酸雨会引起玉米叶部出现症状[16],pH值为2.5时会使玉米幼苗叶片出现黄斑、卷缩、褪色及黄化等明显伤害现象[13].在生理方面,模拟酸雨能使玉米幼苗叶片中亚硝酸根离子和可溶性糖含量下降[13,17].且叶片活力、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量及总叶绿素含量与酸性的增强呈下降趋势[9,13,18-20].此外,pH值为4.5与5.6的模拟酸雨对玉米幼苗Fv/Fm、光化学猝灭(qP)的影响较小,但非光化学猝灭(NPQ)却出现明显下降趋势,这说明酸雨胁迫下引起了植物PSⅡ天线对激发能非辐射耗散能力的减弱[9],进而导致净光合速率降低[21].孙岩和全炳武[22]研究了不同玉米品种对酸雨的响应,发现抗酸雨性能由强到弱的顺序为吉单522＞尹单2＞黑301.而张海艳[14]研究了不同类型玉米品种的抗酸雨性能差异后指出,pH 2.0～5.0模拟酸雨对幼苗生长无显著影响,但幼苗地下部较地上部对酸雨敏感,不同类型玉米对酸雨响应能力存在差异.其中,甜玉米抗性最差,其次为爆裂玉米,普通玉米和糯玉米抗性最强.因此,酸雨(pH 1.0～2.0)地区建议种植普通玉米和糯玉米.

1.3 酸雨胁迫下玉米保护酶类的变化

酸雨作为一项逆境胁迫因子,会引起玉米苗体内保护酶类产生相应变化.玉米幼苗经模拟酸雨胁迫,体内CAT活性减弱,POD活性随pH降低而升高,SOD活性先增加,而后又降低,引起保护酶系统产生紊乱,进而导致质膜透性增大,相对电导率提高,且膜质过氧化产物丙二醛含量升高,脯氨酸含量增多[17-21,23].

2 酸雨对土壤的影响

酸雨降落于地表,进入土壤系统,而土壤是农作物赖以生存的基质[24].因此,探讨酸雨胁迫下的土壤效应对研究玉米具有重要价值.研究表明,模拟酸雨会降低玉米苗根际土壤中微生物的总量[19].随酸雨强度增强,全氮、全磷、全钾及速效磷含量呈先增加后降低的趋势,而碱解氮、速效钾的含量则随pH值降低而降低.此外,模拟酸雨条件下,氮素生理类群细菌的生长及繁殖受到抑制.而蔗糖酶活性随酸度的增加呈降低趋势,脲酶活性随酸度的增加呈现先增加后降低趋势[25].

3 减轻酸雨对玉米伤害的途径

酸雨作为一项逆境灾害因子,给玉米业的发展带来许多不利影响.因此,如何防止或减轻酸雨对玉米的危害引起许多学者的关注.经CaCl2浸种后的玉米幼苗,叶绿素含量、蛋白质含量和净光合速率增加,保护酶类CAT和SOD的活性相对较高,而POD活性较低,致使脂质过氧化作用得到减弱[20].这说明Ca2+浸种能减轻酸雨对玉米幼苗的伤害.而施用碳酸钙及硅酸钠能防止酸雨导致的土壤酸化,且能促进玉米苗吸收N、K等元素,利于玉米的生长[15].此外,利用植物抗逆性物质稀土元素也能减轻玉米遭受的酸雨伤害[26].0.8～100mg/L的铈可促进玉米苗根系生长、增加幼苗干重、提高根系活力和叶绿素含量,并能促使CAT、SOD活性提高,抑制膜质过氧化产物丙二醛的增加及降低细胞膜透性和脯氨酸含量.对于糯玉米,以20mg/L的铈处理为宜[23,27-28]. 20mg/L的镧处理幼苗,能使CAT、SOD活性提高,减轻酸雨对幼苗的不良影响[23].运用30mg/L的La-Gly-VB6处理玉米幼苗,可促使玉米的光合速率、叶绿素含量及根系活力提高,并能使丙二醛含量减少,质膜透性降低,保持细胞汁液pH值稳定性,进而减轻酸雨(pH2.0)对玉米的伤害[29].徐毅华和沈亮[30]研究了LiCl防治酸雨的效果,模拟酸雨条件下,喷施LiCl可以促进糯玉米幼苗的生长,使干物质积累增加.其缓解酸雨胁迫浓度与酸雨胁迫次数呈正相关.

4 问题及展望

玉米生长期多处于雨季,而此期空气对流较强,利于形成酸雨的SO2等主要污染物的扩散,因而玉米遭受酸雨的伤害相对较轻[31].但玉米在种子萌发及幼苗生长阶段遭遇酸雨,常会受到伤害,所以目前关于酸雨对玉米的影响多集中于种子萌发及幼苗生长阶段,而对后期产量及品质性状影响的研究未见相关报道.玉米业的生产主要是以品质和产量为目的,而酸雨对玉米种子萌发及幼苗生长产生影响,势必会影响后期的产量及品质.针对目前研究现状,今后有待开展关于酸雨对玉米产量及品质影响的评价工作.

酸雨是人类活动引起环境污染的产物,是一种自然现象.目前,酸雨的降落时间、降雨量及区域还难以人为控制.而研究酸雨对玉米的影响多集中于模拟条件下,考虑的主要是pH值的影响,这对评价酸雨危害起到一定的指导作用.自然降落的酸雨中包含多种污染物,造成酸雨与多种污染物共同作用于玉米.因此,今后应将自然降落的酸雨作为重点对象,研究其对玉米的影响.

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（责任编辑：邓天福）

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,副研究员.主要从事玉米育种与栽培技术研究.