房春生,王德龍,孟 瑩,張勝楠,王 菊

(吉林大學 環(huán)境與資源學院,長春 130012)

酸雨對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害嚴重[1],影響作物的產(chǎn)量[2],已成為威脅世界環(huán)境的主要因素[3]. 為研究酸雨對作物生長的危害,研究人員已通過模擬不同pH值和噴淋量的酸雨研究了酸雨對作物萌發(fā)、 生長發(fā)育、 品質(zhì)和產(chǎn)量的影響[4-9].

本文以小白菜作為供試作物,研究模擬酸雨的不同噴淋方式對小白菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響,并分析了小白菜在不同密度和強度酸雨下的品質(zhì)變化.

1 材料與方法

1.1 材 料

實驗大棚位于吉林省長春市吉林大學前衛(wèi)校區(qū)內(nèi),坐標為北緯43°49′22″,東經(jīng)125°16′48″,海拔約215 m,采用塑料大棚進行溫室培育.

以對酸雨脅迫較敏感的小白菜為研究對象,供試作物選取大田泛栽品種北京青雜小白菜(雜交種),選擇東北地區(qū)的典型黑土作為供試土壤,土壤的理化性質(zhì)列于表1.

表1 土壤的理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of soil

1.2 方 法

1.2.1 地塊劃分 模擬實驗田通風良好,光照充足,種植期間定期進行除草和除蟲工作. 大棚按隨機選取的原則分為15個小區(qū)(0.6 m×0.7 m),每塊間設(shè)置約0.5 m寬的緩沖帶以避免模擬噴淋酸雨時交互影響. 15個小區(qū)分別對應(yīng)均勻噴灑、 集中噴灑和一次噴灑3種噴淋方式. 在每種噴淋方式的地塊中再分成5個小區(qū),每小區(qū)內(nèi)隨機噴淋pH=5.6,4.5,3.5，2.5的酸雨及pH=6.5～7的水溶液,將每個小區(qū)命名為pH5.6組,pH4.5組,pH3.5組,pH2.5組以及對照組(CK). 實驗中保證每小塊區(qū)域的土壤和生長環(huán)境(溫度、 濕度、 光照強度和通風情況等)相似.

1.2.2 模擬酸雨配置及噴灑 根據(jù)長春市近年來酸雨污染的特征,并參考文獻[3,8]配置實驗所需的模擬酸雨,酸雨pH值及主要離子質(zhì)量濃度列于表2.

表2 酸雨pH值及主要離子質(zhì)量濃度(mg/L)Table 2 Acid rain pH and ion concentrations (mg/L)

在小白菜出苗10 d后分別用pH=2.5,3.5,4.5,5.6,6.5～7(CK組)的模擬酸雨進行噴淋,總噴淋量由長春市同期平均降雨量確定. 先用自來水洗去作物種子中的雜質(zhì),浸泡24 h催芽,再用二次水反復(fù)沖洗后播種. 種子發(fā)芽出苗階段用自來水灌溉各小區(qū),幼苗成長至三葉后停止灌溉,除草及間苗后采用噴霧器進行模擬酸雨噴淋實驗,每兩天對需要均勻噴灑的小區(qū)噴淋一次模擬酸雨,單次噴淋量4.7 mm,持續(xù)15 min,當日16:00～17:00時噴淋. 在每組實驗的前一天對需要集中噴淋的小區(qū)進行集中噴淋， 集中噴淋量由均勻噴淋小區(qū)的噴淋次數(shù)乘以單次噴淋量求得， 單次噴淋量為19.1 mm,持續(xù)1 h,當日16:00～17:00時噴淋. 在最后一組實驗(第5組實驗)的前一天對需要一次噴淋的小區(qū)進行噴灑,其噴淋量由該次實驗前均勻噴淋小區(qū)噴淋次數(shù)乘以單次噴淋量求得,在酸雨噴淋7,14,21,28,35 d后,隨機采摘各小區(qū)的小白菜葉片,測量其營養(yǎng)品質(zhì)指標. 成熟期后,隨機取樣分別測量各地塊小白菜的生長指標.

1.2.3 植物傷害指標測定 糖類物質(zhì)是植物生長發(fā)育過程和基因表達中的重要調(diào)節(jié)因子,不同生長條件下蔬菜中的糖類質(zhì)量比不同,因此對作物中可溶性糖質(zhì)量比的測定有助于衡量植物體內(nèi)碳素的營養(yǎng)狀況,了解和鑒定作物品質(zhì)的高低. 維生素C是植物維持生長發(fā)育的重要物質(zhì),也是衡量蔬菜品質(zhì)高低的重要指標. 不同種植環(huán)境和不同成熟度的作物中維生素C的質(zhì)量比不同.

本文采用蒽酮法測定可溶性糖的質(zhì)量比,采用2,6-二氯靛酚滴定法[10]測定維生素C的質(zhì)量比.

1.2.4 數(shù)據(jù)分析方法 采用相關(guān)分析檢驗各組數(shù)據(jù)相互關(guān)系的密切程度及變化趨勢. 兩個變量間的相關(guān)程度用相關(guān)系數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 不同噴淋方式對小白菜可溶性糖質(zhì)量比的影響

圖1 不同噴淋方式對小白菜可溶 性糖質(zhì)量比的影響Fig.1 Effect of different acid rain spray ways on soluble sugar of pakchoi

圖2為pH=2.5,3.5,4.5,5.6和CK組的可溶性糖質(zhì)量比隨時間的變化曲線. 由圖2可見,在不同pH值酸雨脅迫下,隨著生長期的延長,小白菜可溶性糖質(zhì)量比逐漸升高,隨著酸雨噴淋次數(shù)和時間的增加,小白菜中可溶性糖質(zhì)量比下降幅度增大,下降幅度越大,模擬酸雨對小白菜的脅迫作用越強. 這是由于降水過多導(dǎo)致土壤供氧不足,蔬菜根系呼吸作用減弱,影響無機養(yǎng)分吸收和光合產(chǎn)物的運轉(zhuǎn)分配,通過反饋機制影響蔬菜光合作用,從而影響植物體內(nèi)可溶性糖的合成所致.

圖2 可溶性糖質(zhì)量比隨時間的變化曲線Fig.2 Time varying curves of soluble sugar

2.2 不同噴淋方式對小白菜維生素C質(zhì)量比的影響

圖3為模擬酸雨不同噴淋方式對小白菜維生素C質(zhì)量比的影響. 由圖3可見,隨著酸雨強度的增加,小白菜維生素C質(zhì)量比逐漸下降,且均與酸雨的pH值呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為r均勻=0.899 8,r集中=0.931 1,r一次=0.939 2. 3種噴淋方式對小白菜維生素C質(zhì)量比的影響為：均勻噴淋<集中噴淋<一次噴淋. 當pH=2.5時， 酸雨對小白菜維生素C質(zhì)量比影響最大. pH3.5和pH4.5處理組受酸雨脅迫影響較小. pH5.6組維生素C質(zhì)量比較CK組略有增加. 這是因為酸雨脅迫可加快小白菜體內(nèi)的膜脂過氧化反應(yīng),由于維生素C與植株體內(nèi)的活性氧反應(yīng),使得部分維生素C用于清除活性氧,因此維生素C質(zhì)量比下降[11],此外,酸雨破壞了線粒體結(jié)構(gòu),使維生素C合成受阻[12-13]. 弱酸性酸雨可為植株帶來N,P,K等營養(yǎng)元素,從而改善植株的生長情況.

圖4為pH=2.5,3.5,4.5,5.6,CK組的維生素C質(zhì)量比隨時間的變化曲線. 由圖4可見,隨著噴淋次數(shù)和時間的增加,維生素C的質(zhì)量比呈增加趨勢,其中pH值越小,維生素C質(zhì)量比的增加趨勢越小. 在3種噴淋方式中,均勻噴淋增加趨勢明顯高于集中噴淋和一次噴淋,表明噴淋量越大,小白菜體內(nèi)維生素C的質(zhì)量比增長越慢,對小白菜的生長發(fā)育影響越大,即抑制蔬菜生長發(fā)育的程度越嚴重. 當植物供給水分過多時,細胞內(nèi)自由基產(chǎn)生與清除間的平衡被破壞,導(dǎo)致活性氧質(zhì)量比增高,由于蔬菜體內(nèi)的維生素C部分用于清除活性氧,因此增長緩慢.

綜上所述,本文研究了模擬不同酸雨噴淋方式和強度對小白菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響. 結(jié)果表明: 單次噴淋量越多、 噴淋時間間隔越長， 對小白菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響越大；隨著酸雨pH值的減小,小白菜中葉維生素C和可溶性糖的質(zhì)量比逐漸降低;當pH值相同時,對小白菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響依次為：均勻噴淋<集中噴淋<一次噴淋;隨著噴淋酸雨時間的延長和噴淋次數(shù)的增加,維生素C和可溶性糖的質(zhì)量比呈增加趨勢,但增加的幅度降低,即影響越來越大.

[1] WANG Wen-xing,XU Peng-ju. Research Progress in Precipitation Chemistry in China [J]. Progress in Chemistry,2009,21(2/3): 266-281. (王文興,許鵬舉. 中國大氣降水化學研究進展 [J]. 化學進展,2009,21(2/3): 266-281.)

[2] ZHAO Dong,PAN Yuan-zhi,DENG Shi-huai,et al. Effects of Simulated Acid Rain on Physiological and Ecological Characteristics ofCamelliasasanqua[J]. Scientia Agricultura Sinica,2010,43(15): 3191-3198. (趙棟,潘遠智,鄧仕槐,等. 模擬酸雨對茶梅生理生態(tài)特性的影響 [J]. 中國農(nóng)業(yè)科學,2010,43(15): 3191-3198.)

[3] YAN Rong-ling,LIAO Yang,GUO Ping-an. Effects of Simulated Acid Rain on Seed Germination and Seedling Growth of Rice [J]. Hunan Agricultural Sciences,2012(1): 90-92. (閆榮玲,廖陽,郭平安. 模擬酸雨對水稻種子發(fā)芽及幼苗生長的影響 [J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學,2012(1): 90-92.)

[4] DENG Wei,LIU Rong-hua,XIONG Jie-wei,et al. Research Progress of Acid Rain in China [J]. Meteorological and Environmental Sciences,2009,32(1): 82-87. (鄧偉,劉榮花,熊杰偉,等. 當前國內(nèi)酸雨研究進展 [J]. 氣象與環(huán)境科學,2009,32(1): 82-87.)

[5] Fan H B,WANG Yi-hong. Effects of Simulated Acid Rain on Germination,Foliar Damage,Chlorophyll Contents and Seedling Growth of Five Hardwood Species Growing in China [J]. Forest Ecology and Management,2000,126(3): 321-329.

[6] Dixon M J,Kuja A L. Effects of Simulated Acid Rain on the Growth,Nutrition,Foliar Pigments and Photosynthetic Rates of Sugar Maple and White Spruce Seedlings [J]. Water,Air and Soil Pollution,1995,83(3/4): 219-236.

[7] QI Ze-min,WANG Xuan-de,SONG Guang-yu,et al. The Research Progress of the Effect of Acid Rain on Plant [J]. World Sci-tech R &D,2004,26(2): 36-41. (齊澤民,王玄德,宋光煜,等. 酸雨對植物影響的研究進展 [J]. 世界科技研究與發(fā)展,2004,26(2): 36-41.)

[8] MENG He. Study on Dose-Loss Model for Effects of Acid Rain on Leafy Vegetables [D]. Changchun: Jilin University,2011. (孟赫. 酸雨對葉類蔬菜影響的“劑量-損失”模型研究 [D]. 長春: 吉林大學,2011.)

[9] FENG Ying-zhu,CHEN Hui-yang,YU Tu-yuan,et al. Research Progress on Acid Deposition over China and Effect of Acid Rain on Agricultural Production [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin,2012,28(11): 306-311. (馮穎竹,陳惠陽,余土元,等. 中國酸雨及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的研究進展 [J]. 中國農(nóng)學通報,2012,28(11): 306-311.)

[10] XU Ze-hong,GAN Xian-xue,CHENG Xiao-dan,et al. Influence of Soil Treated by the Simulated Acid Rain on the Physiological Characteristics of the Mungbean Plants [J]. Journal of Yibin University,2006,6(12): 91-93. (許澤宏,甘賢雪,程曉丹,等. 模擬酸雨處理土壤對綠豆植株某些生理性狀的影響 [J]. 宜賓學院學報,2006,6(12): 91-93.)

[11] Davey M W,Montagu M V,Inze D,et al. Plant L-Ascorbic Acid: Chemistry,Function,Metabolismm,Bioavailability and Effects of Processing [J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,2000,80(7): 825-860.

[12] Takahama U,Oniki T. Regulation of Peroxidase-Dependent Oxidation of Phenolics in the Apoplast of Spinach Leaves by Ascorbate [J]. Plant and Cell Physiology,1992,33(4): 379-387.

[13] Bartoli C,Pastori G M,Foyer C H. Ascorbate Biosynthesis in Mitochondria Is Linked to the Electron Transport Chain between Complexes Ⅲ and Ⅳ [J]. Plant Physiology,2000,123(1): 335-344.