陸文龍，王振平，賈 丹*

(1.吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，吉林吉林132022;2.中石油昆侖燃?xì)庥邢薰炯址止荆旨?32021)

近年來，隨著酸雨污染的加劇，除了在全國酸雨污染比較嚴(yán)重的南方地區(qū)，酸雨正在逐步向北方蔓延，酸雨對我們的環(huán)境危害和影響非常大，對我們的農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡系統(tǒng)和農(nóng)作物的危害也日益增大.酸雨會使作物減產(chǎn)，每年僅僅是蔬菜減產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失就占全部損失的一半以上［1］.如今，我國已經(jīng)成為繼歐洲和北美之后的又一大酸雨重災(zāi)區(qū)，約占國土面積40%的地區(qū)出現(xiàn)了酸雨現(xiàn)象［2］.酸雨對植物的影響主要集中在農(nóng)作物與蔬菜等上，這將直接威脅到我們的身體健康.油菜含維生素和礦物質(zhì)最豐富，能滿足人所需的維生素、胡蘿卜素、鈣、鐵等，為保證身體的生理需要提供物質(zhì)條件，有助于增強(qiáng)機(jī)體免疫能力.油菜所含粗纖維可促進(jìn)大腸腸壁蠕動，幫助消化，增加大腸內(nèi)毒素的排出，達(dá)到防癌抗癌的作用.東北地區(qū)的雨季夏秋季正是其主要農(nóng)作物的生長期，本實驗主要通過模擬酸雨條件下油菜對不同濃度鈣的抵抗能力，為進(jìn)一步開展酸化和降水環(huán)境對蔬菜生長發(fā)育的條件機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)，同時也為正確評估酸雨給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的影響提供參考.

1 材料與方法

1.1 供試土壤和材料

實驗用土壤采自遼河源頭區(qū)保安村實驗區(qū)(125°25'42″，42°56'32″)，土壤為暗棕壤，其基本理化性質(zhì)見表1.供試油菜品種為中雙9號.

表1 土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

根據(jù)研究區(qū)2013年雨水監(jiān)測資料，試驗設(shè)淋酸雨P(guān)H為5.6，5個處理，每個處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，共30個小區(qū)，每個種植小區(qū)面積為1 m×3 m，小區(qū)行距為50 cm，株距15 cm.配成五種不同濃度的Ca2+離子溶液，再分別將0.1倍、1倍、2倍、5倍、10倍(相對于土壤背景值)的Ca2+離子溶液濃度對應(yīng)的均勻施到 T1、T2、T3、T4、T5的土壤中.從油菜生長兩周起，用小型噴霧器仿造自然降雨，隔天分別噴淋混合酸雨，噴水量根據(jù)研究區(qū)2013年平均降雨量計算得出，為每月74.4 mm，則每次每個試驗小區(qū)澆水約5 L.

1.3 測定方法

土壤中的總鈣的測定采用硝酸-高氯酸消煮法［2］，用 AShimadzuAA-6000CF 原子吸收分光光度計測定.各個形態(tài)鈣的測定采用逐步浸提方法測定［3］.

2 結(jié)果分析

2.1 酸雨條件下Ca2+對油菜體內(nèi)總鈣的影響

噴酸雨前后油菜體內(nèi)總鈣的變化趨勢見圖1.由總鈣的變化趨勢可以看出，施加的Ca2+使得油菜體內(nèi)總鈣的濃度均有所上升，而T5處理施加過高的鈣濃度使得油菜體內(nèi)吸收鈣的量降低，過高的鈣濃度在一定程度上抑制了油菜對鈣的吸收.模擬酸雨條件下，油菜體內(nèi)的總鈣濃度隨酸雨作用時間的累積而增大;而T5處理，油菜體內(nèi)積累的總鈣濃度增長緩慢.

圖1 油菜體內(nèi)總鈣的動態(tài)變化趨勢

2.2 酸雨條件下Ca2+對油菜體內(nèi)水溶性鈣的影響

噴酸雨前后油菜體內(nèi)水溶性鈣的變化趨勢見圖2.

圖2 油菜體內(nèi)水溶性鈣的動態(tài)變化趨勢

油菜體內(nèi)水溶性鈣的含量會隨酸雨條件時間的累積而減少;除T5處理外，同濃度鈣的背景下，隨著模擬酸雨時間的增強(qiáng)，水溶性鈣的濃度越小.T5處理的水溶性鈣變化不是很顯著.

2.3 酸雨條件下Ca2+對油菜體內(nèi)果膠酸鈣的影響

模擬酸雨的條件下，隨著外施鈣濃度的增加，油菜體內(nèi)果膠酸鈣的濃度也在相應(yīng)增加，而T5處理油菜體內(nèi)果膠酸鈣的濃度有所下降，因為過高的鈣濃度在一定程度上抑制了油菜對鈣的吸收，導(dǎo)致形成的果膠酸鈣的量也有所減少.在噴酸雨前后，油菜體內(nèi)果膠酸鈣的含量相對于水溶性鈣來說較多，酸雨作用1～2周后適量的Ca2+濃度促進(jìn)了果膠酸鈣的形成，果膠鈣在維持細(xì)胞壁的功能方面具有重要的作用.豐富的果膠鈣能提高細(xì)胞壁剛性，維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性.在高鈣環(huán)境下，不僅能夠吸收大量的鈣，以果膠酸鈣的形式存儲于細(xì)胞壁中，維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，同時還能將鈣以沉淀的形式阻隔于原生質(zhì)外，讓原生質(zhì)免受高鈣環(huán)境的侵害［4］.植物細(xì)胞中胞質(zhì) Ca2+濃度能影響細(xì)胞壁的合成［5］.因此在酸雨條件的過程中，果膠酸鈣可以提高細(xì)胞壁剛性，維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，這可能是鈣離子能抵御酸雨最基本的原理之一.

圖3 油菜體內(nèi)果膠酸鈣的動態(tài)變化趨勢

2.4 酸雨條件下Ca2+對油菜體內(nèi)殘渣態(tài)鈣的影響

模擬酸雨條件下，油菜體內(nèi)的殘渣態(tài)鈣濃度隨施加Ca2+濃度的增大而增大，達(dá)到濃度峰值后有所下降，且在較強(qiáng)酸雨條件下增加程度更明顯.殘渣態(tài)鈣較水溶性鈣來說，濃度要高出很多，而且變化趨勢和前幾種形態(tài)的鈣相類似.有研究表明［6］植物細(xì)胞受到外界信號刺激時，從胞外鈣庫通過質(zhì)膜鈣離子通道或從胞內(nèi)鈣庫通過細(xì)胞內(nèi)膜上的鈣通道進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，使得細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣離子含量升高.還有研究表明［7］硝酸鈣和氯化鈣等無機(jī)鈣是植物體中容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng).因此，模擬酸雨條件下，油菜體內(nèi)總鈣濃度增大，而當(dāng)酸雨進(jìn)入細(xì)胞組織后與水溶性鈣反應(yīng)生成沉淀即變成殘渣態(tài)鈣，從而在一定程度上水溶性鈣濃度有所下降，殘渣態(tài)鈣的濃度有所增加.

圖4 油菜體內(nèi)殘渣態(tài)鈣動態(tài)變化趨勢

通過實驗，研究發(fā)現(xiàn)施加合適濃度的Ca2+可以使油菜體內(nèi)各形態(tài)鈣(包括總鈣)的濃度有所上升，施加過高的鈣濃度使得油菜體內(nèi)吸收鈣的量降低，過高的鈣濃度在一定程度上抑制了油菜對鈣的吸收.同酸度的模擬酸雨條件下，油菜體內(nèi)的總鈣濃度隨酸雨作用時間的累積而增大;而油菜體內(nèi)水溶性鈣的含量隨酸雨條件時間的累積而減少，可能是由于水溶性鈣與模擬酸雨中的SO2-4發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaSO4沉淀(即殘渣態(tài)鈣)有關(guān);果膠酸鈣濃度隨施鈣濃度的升高而升高，達(dá)到峰值后開始下降，在酸雨持續(xù)時間條件下增加程度更明顯.模擬酸雨條件下，油菜體內(nèi)總鈣濃度增大，而當(dāng)酸雨進(jìn)入細(xì)胞組織后，與水溶性鈣反應(yīng)生成沉淀即變成殘渣態(tài)鈣，所以水溶性鈣濃度有所下降，殘渣態(tài)鈣的濃度有所增加.

3 結(jié) 論

本實驗是在大棚內(nèi)進(jìn)行，只是根據(jù)模擬酸雨實驗結(jié)果來判斷植物體內(nèi)鈣的影響，因此本實驗存在一定的局限性，因為模擬自然生態(tài)系統(tǒng)中的包括酸雨在內(nèi)的多種多樣的污染物質(zhì)以及各種環(huán)境因子綜合作用，而且本實驗只是短期的模擬條件;況且對植物來說，環(huán)境污染物是不可能單獨存在的，污染物對植物的綜合影響可能具有相加、相乘、協(xié)同或拮抗作用.總之，適宜濃度鈣離子能增強(qiáng)油菜抗酸雨的能力.

［1］ 邱棟梁，劉星輝，郭素枝.模擬酸雨對龍眼坐果的影響及鈣調(diào)節(jié)［J］.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2002，8(1):20-25.

［2］ 龔偉，王伯初.鈣離子在植物抵抗非生物脅迫中的作用［J］.生命的化學(xué)，2011，31(1):107-111.

［3］ 陽鳳，薛梅，王大平.Ca2+對酸雨脅迫下莖瘤芥種子萌發(fā)和幼苗生長效應(yīng)的影響［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(1):139-140.

［4］ 付曉萍，田大倫.酸雨對植物影響研究進(jìn)展［J］.西北農(nóng)林學(xué)報，2006，21(4):23-27

［5］ 黃輝曄，覃建林，林明珍，等.二甲四氯鈉在甘蔗及土壤中的殘留動態(tài)及殘留安全性［J］.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2003，16(3):46-49.

［6］ 楊友軍，黃瑤珠，周雪霞，等.粵糖系列甘蔗品種對25%敵草隆的敏感性差異［J］.中國糖料，2012(3):36-40.

［7］ 黃瑤珠，楊友軍，黃健，等.粵糖系列甘蔗品種對80%敵阿滅凈可濕性粉劑的的敏感性評價［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，14:11-14.