酸雨对河南镇平地区小麦光合作用影响研究

张 奎

（镇平县曲屯镇人民政府，河南 南阳 473000）

0 引言

酸雨的学术名称为“酸性沉降”，主要分为“湿沉降”与“干沉降”两种类型。“湿沉降”是大气中的二氧化硫、三氧化硫以及氮化物与空气中的水分混合，发生化合反应后以降水形态降落地面；“干沉降”则是指大气中的二氧化硫、三氧化硫以及氮化物没有与空气中的水分混合，而是随着空气沉降而降落地面［1］。按照国际惯例pH＜5.6的降水或降雪即为酸雨。随着全球工业生产规模的不断扩大，能源燃烧导致的全球大气污染呈扩大态势，酸雨作为全球性的污染源，备受世界各方的关注。酸雨会给农业生产带来严重影响，因此研究酸雨对农作物生长及生理生态的影响，已被全球农业研究者广泛关注。据统计，目前我国酸雨的覆盖面积已占国土面积的2/5。硫酸型酸雨是我国酸雨的主要类型。目前，我国有三大酸雨区：华东沿海酸雨区、华中酸雨区和西南酸雨区，其中污染最为严重的是华中酸雨区［2］。秦岭—淮河以南酸雨pH值最高的地区主要集中在安徽中南部和福建东部，这些地方的年平均值pH值一般都大于4.5。高pH值酸雨区正以这些地方为中心，向四周扩散。目前我国酸雨影响情况基本稳定，但在秦岭—淮河以南的一些地区酸雨对农作物的影响仍呈加重的趋势。据有关资料报道，我国酸雨的分布正由城市逐步向城郊和农村蔓延，雨水的pH值也越来越低，腐蚀性越来越强［3］。因此，由酸雨而产生的农业减产和农业生产环境破坏已引起学者们的广泛关注，很多学者已开展了关于酸雨对农作物的生长、生理生态和产量品质影响的相关研究。

小麦作为我国的主要粮食作物，其种植面积位居我国谷物类作物种植的第一位。我国绝大部分农作物产区都可以种植小麦，在秦岭—淮河以南、青藏高原以东的南方冬小麦产区，其播种面积和总产量约占全国总量的30%左右［4］，而这些地区也是酸雨最为严重的区域。这就意味着我国冬小麦产区将受到酸雨的威胁，加上这一区域普遍存在酸性红壤区，势必会对小麦种植产生严重影响。我国南方冬小麦产区夏季降水较多、冬春季节降水较少，因此酸雨对小麦生长的总体规律呈现冬季＞春季＞秋季＞夏季的变化趋势［5］。河南省冬小麦种植十分广泛，而小麦的生长期又值酸雨危害最为严重的时期，酸雨的侵蚀不可避免地会对小麦的生长、生理生态和产量品质产生严重影响［6］。因此研究酸雨对小麦生长、生理生态和产量品质的影响具有极其重要的指导意义。

目前，关于酸雨对农作物影响的研究主要分为五部分内容：一是酸雨对农作物种子萌发及幼苗生长的影响；二是酸雨对农作物器官及其机构特征的影响，重点是对农作物的根系、叶片以及器官的影响；三是酸雨对农作物抗氧化系统的影响；四是酸雨对农作物主要代谢过程的影响，重点是对农作物光合作用、氮代谢、矿质代谢、蒸腾作用、水分代谢的影响；五是酸雨对农作物产量和品质的影响［7］。本文以抽穗期和灌浆期小麦为研究对象，采用模拟酸雨溶液的方法进行试验，以此研究酸雨对河南省镇平地区小麦光合作用的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本试验所采用的小麦品种为郑麦9023。

1.2 模拟酸雨的pH值设置

酸性母液：根据河南省气象局有关镇平地区全年降水实际测定中的SO42-与N03-两种主要离子的摩尔浓度之比（约4.8∶1.0），制备0.24mol/L的H2SO4溶液和0.05mol/L的HNO3溶液，将两种溶液等体积混合作为模拟酸雨的酸性母液。

电解质母液：根据河南省气象局有关全年降水实际测定中的主要离子浓度，来配制高于测定的酸雨成分1000倍的电解质母液，母液中主要含有的离子及其质量浓度如下：CaCl23.2g/L，NH4Cl2.7g/L，NaCl0.89g/L和KCl0.74g/L。

模拟酸雨：首先将电解质母液稀释1000倍，然后用酸母液将其调节至需要的pH值。配制的模拟酸雨的pH值分别调节为5.6、4.0和2.5，其中pH为5.6的模拟酸雨溶液作为对照（CK），pH为4.0的模拟酸雨溶液标记为处理T1，pH为2.5的模拟酸雨溶液标记为处理T2［8］。

1.3 实验方案

实验于2019—2020年在河南省南阳市镇平县农业农村局农田实验用地进行，试验所用土壤为壤质土，经过自然风干之后装入塑料盆中。在小麦播种前，将土壤与肥料混合均匀，装入高度为35cm、直径为40cm的塑料盆中，每盆土壤质量为7kg，每盆土壤施用的肥力为全N量1.2g、KH2PO4l.3g、K2SO43.4g，在每个塑料盆中留苗5株，其中全氮基追比为3∶2，追肥在小麦拔节期开始施用［9］。在本次试验中，模拟酸雨共设三个处理：对照处理（pH=5.6）、模拟酸雨处理T1（pH=4.0）、模拟酸雨处理T2（pH=2.5）。对实验样品进行模拟酸雨处理时，每次模拟酸雨对实验样品的喷施量相当于3mm的降雨量，喷施时间为早晨6点进行一次［10］。试验为随机区组设计。在灌浆期和抽穗期进行取样，并进行相应指标测定。

1.4 测定项目与测定方法

光合速率测定：从灌浆期到抽穗期选择天气晴朗的时机对不同的模拟酸雨处理进行测定，每天从8:00开始喷施，每次喷施间隔1h，全天喷施次数总计为9次，至16:00为全天最后一次喷施，每次测定进行3次重复［11］。用Yaxin1101光合测定仪进行测定。

1.5 数据处理

使用Excel2010软件进行试验数据的处理和相关图表的制作。

2 结果与分析

2.1 酸雨对抽穗期小麦光合作用的影响

从图1可以看出，在不同pH值模拟酸雨的处理下，三个处理的光合速率的变化趋势基本一致，都表现为：8：00—10：00光合速率呈现上升的趋势，10：00—11：00光合速率呈现下降的趋势，11：00—12：00光合速率是呈现上升的趋势，12：00—16：00光合速率呈现下降的趋势，光合速率的最高值都出现在10：00左右。对照组CK（pH=5.6）的光合速率日平均值为17.79μmol-m-2·s-1；模拟酸雨处理T1（pH=4.0）的光合速率日平均值为15.55μmol-m-2·s-1，相对对照组光合速率下降12.60%；模拟酸雨处理T2（pH=2.5）的光合速率日平均值为13.48μmol-m-2·s-1，相对对照组光合速率下降24.23%。由此可知，酸雨中pH值越低，即酸雨浓度越大，对抽穗期小麦光合速率抑制作用越强。

图1 不同pH的模拟酸雨对抽穗期小麦光合速率的影响

2.2 酸雨对灌浆期小麦光合作用的影响

从图2可以看出，在不同pH值模拟酸雨的处理下，三个处理的光合速率的变化趋势基本一致，都表现为：8：00—11：00光合速率是呈现上升的趋势，11：00—16：00光合速率又呈现下降的趋势，光合速率的最高值都出现11：00左右。对照组CK（pH=5.6）的光合速率日平均值为8.79μmol-m-2·s-1；模拟酸雨处理T1（pH=4.0）的光合速率日平均值为7.47μmol-m-2·s-1，相对对照组光合速率下降15.00%；模拟酸雨处理T2（pH=2.5）的光合速率日平均值为6.85μmol-m-2·s-1，相对对照组光合速率下降22.04%。由此可知，酸雨中pH值越低，即酸雨浓度越大，对灌浆期小麦光合速率抑制作用越强。

图2 不同pH的模拟酸雨对灌浆期小麦光合速率的影响

3 结语

通过对小麦的抽穗期和灌浆期不同pH值模拟酸雨的处理时小麦光合速率影响的比较，发现无论小麦在抽穗期还是灌浆期，不同pH值的模拟酸雨的处理小麦的光合速率影响规律基本一致。在抽穗期，全天小麦的光合速率平均值排序依次为：CK（pH=5.6）＞模拟酸雨处理T1（pH=4.0）＞模拟酸雨处理T2（pH=2.5）；在灌浆期，全天小麦的光合速率平均值排序依次为：CK（pH=5.6）＞模拟酸雨处理T1（pH=4.0）＞模拟酸雨处理T2（pH=2.5），这与抽穗期的排序相同。由此可知，酸雨中pH值越低，即酸雨浓度越大，对小麦光合速率抑制作用越强。

根据有关文献报道，不同浓度酸雨对大豆、油菜、樟树等不同类型植物的光合作用影响基本规律近乎一致，即酸雨的pH值越低，对植物的光合作用抑制作用越强［12］。这与本文关于酸雨对河南省镇平地区小麦的光合作用影响规律相同。本试验研究证实，浓度过高的酸雨对河南省镇平地区小麦生理生态特性有严重的负面影响。河南省镇平地区环保及农业部门应当充分重视这一问题，并提出有效的策略，防止酸雨进一步破坏这一区域小麦的种植与生产。