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本文作者：侯潔王菊李麗麗周東星房春生作者單位：吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院

酸雨是指pH小于5．6的雨雪或其他形式的降水，酸雨問題已被列為嚴(yán)重威脅世界環(huán)境的十大問題之一。目前，我國(guó)近40%的國(guó)土面積受到酸雨的危害，成為繼北歐、北美之后的第三大酸雨區(qū)［1］。酸雨對(duì)森林、農(nóng)作物、土壤、湖泊、建筑物和人體健康等都有明顯的不良影響，僅在我國(guó)酸雨污染較嚴(yán)重的11省、自治區(qū)，酸沉降引起的森林木材儲(chǔ)蓄量減少和農(nóng)作物減產(chǎn)所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失每年分別高達(dá)44億和51億元，年生態(tài)效益經(jīng)濟(jì)損失約為459億元［2］。為此，很多學(xué)者進(jìn)行了酸雨對(duì)農(nóng)作物(如蔬菜)的影響研究，如種子萌發(fā)［3－4］、幼苗生長(zhǎng)［5］、葉片傷害［6］、生長(zhǎng)代謝［7－9］、生物量［10－11］、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)［12］等。然而，目前國(guó)內(nèi)研究多集中在南方酸雨問題嚴(yán)重的區(qū)域，在北方進(jìn)行的相關(guān)研究較少。因此，筆者選取長(zhǎng)春市為試驗(yàn)地點(diǎn)，以對(duì)酸雨脅迫敏感的葉菜類蔬菜———菠菜為研究對(duì)象，分別用不同pH的模擬酸雨進(jìn)行試驗(yàn)，以期詳細(xì)了解酸雨對(duì)菠菜生長(zhǎng)和品質(zhì)指標(biāo)的影響，為北方酸雨影響研究提供案例，為量化酸雨對(duì)蔬菜的危害所造成的經(jīng)濟(jì)損失打下基礎(chǔ)，同時(shí)給酸雨污染控制提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1材料與方法

1．1材料

模擬酸雨試驗(yàn)田位于吉林省長(zhǎng)春市吉林大學(xué)校園內(nèi)，占地40m2(43°49''''22″N，125°16''''48″E，h=215m)。供試菠菜種子由吉林省蔬菜與花卉科學(xué)研究所提供，為長(zhǎng)春地區(qū)大田廣泛栽種品種。栽培土壤為長(zhǎng)春地區(qū)大田黑土。

1．2方法

1．2．1模擬酸雨的配制。根據(jù)長(zhǎng)春市天然降水pH與降水離子濃度分析，依據(jù)文獻(xiàn)［13］配制模擬酸雨。①向自來(lái)水中添加適量的鹽類，包括K2SO4(11．136mg/L)、NaCl(1．229mg/L)、CaCl2(4．440mg/L)、NH4NO3(1．600mg/L)及KCl(0．082mg/L)，獲得原溶液;②用濃硫酸和濃硝酸以(SO42－)/(NO3－)=5∶1來(lái)配制pH為1．0的母液;③用母液稀釋原溶液得到5個(gè)不同pH水平(3．0、4．0、5．0、5．6、7．0)的模擬酸雨。以自來(lái)水為空白對(duì)照(CK)。pH用pHS-3C酸度計(jì)校準(zhǔn)。

1．2．2試驗(yàn)設(shè)計(jì)。為防止天然降雨對(duì)試驗(yàn)的干擾，模擬試驗(yàn)田位于溫室大棚內(nèi)。試驗(yàn)田共分6個(gè)小區(qū)(分別種植不同pH水平組與CK組菠菜)，各小區(qū)間設(shè)0．5m緩沖帶。從菠菜生長(zhǎng)出第3片葉開始，用塑料壓力噴壺人工噴灑模擬酸雨，2d噴1次，共計(jì)12次，單次噴淋時(shí)間10～15min，強(qiáng)度為40mm/h。整個(gè)試驗(yàn)過程管理與當(dāng)?shù)卮筇锕芾肀３忠恢隆?/p>

1．2．3指標(biāo)的測(cè)定。各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試均取3個(gè)樣品，且每個(gè)樣品重復(fù)分析3次。

1．2．3．1生長(zhǎng)代謝指標(biāo)。光合色素(葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素)采用乙醇－丙酮比色法測(cè)定［14］;丙二醛用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定［15］。

1．2．3．2生物量指標(biāo)。菠菜達(dá)到成熟期后，分別從每組隨機(jī)摘取植株測(cè)量株高、根長(zhǎng)，稱量可食部分鮮重，之后將新鮮植株置于烘箱于105℃殺青10min，隨后80℃烘干至衡重稱可食部分干重。

1．2．3．3營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)。維生素C含量采用2，6－二氯靛酚滴定法測(cè)定，蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G250比色法，可溶性糖用蒽酮比色法，游離氨基酸用茚三酮比色法測(cè)定［15］。

1．2．4數(shù)據(jù)分析。使用MicrosoftExcel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和繪圖;對(duì)同一測(cè)定指標(biāo)在不同情況下的顯著性差異，采用單因素方差進(jìn)行分析;對(duì)指標(biāo)值與pH進(jìn)行一元線性回歸分析。酸雨對(duì)菠菜各項(xiàng)指標(biāo)的影響評(píng)價(jià)采用“相對(duì)指標(biāo)法”，即將各pH組的測(cè)定指標(biāo)與對(duì)照組作比較，若增加或降低≥10%時(shí)，認(rèn)為酸雨的影響明顯;若增加或降低＜10%時(shí)，則認(rèn)為酸雨的影響不明顯或沒有影響。

2結(jié)果與分析

2．1模擬酸雨對(duì)菠菜生長(zhǎng)代謝的影響

2．1．1光合色素。如圖1所示，菠菜葉片中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量的變化規(guī)律大體一致，均隨酸雨酸性的增強(qiáng)，呈先上升后下降的趨勢(shì)。其中，在pH為7．0時(shí)，各指標(biāo)值與CK相比無(wú)明顯差異;在pH為5．6時(shí)，各指標(biāo)值均比CK高20%左右，表明弱酸性酸雨可在一定程度上促進(jìn)菠菜的光合作用，這是因?yàn)槿跛嵝运嵊赀€未對(duì)光合色素產(chǎn)生破壞，而弱酸性酸雨中含有的鹽類離子為菠菜提供了一定的N、S等營(yíng)養(yǎng)元素，從而促進(jìn)了光合色素的合成;pH＜5．6時(shí)，光合色素含量顯著下降;pH＜5．0時(shí)，下降幅度增大，pH為4．0和3．0時(shí)，光合色素分別降低了26．0%和23．5%左右，表明較強(qiáng)酸雨能使葉綠素解體，進(jìn)而影響光合作用。從葉綠素的組成看，葉綠素a與葉綠素b的比值總體呈下降趨勢(shì)，葉綠素a的相對(duì)含量減少，相比于葉綠素b，葉綠素a對(duì)酸雨的脅迫更敏感。大部分葉綠素a能夠參與光能吸收傳遞，另外一部分是參與光反應(yīng)的中心色素，而葉綠素b是集光色素。所以當(dāng)酸雨脅迫增強(qiáng)時(shí)，葉綠素a/b值下降，導(dǎo)致整體的光合速率減弱。由于葉綠素a的含量及含量變化明顯高于葉綠素b，所以總?cè)~綠素含量的降低主要由葉綠素a的下降引起。

2．1．2丙二醛。如圖2所示，在pH為3．0～7．0范圍內(nèi)，菠菜葉片中丙二醛含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)r=－0．9489，置信度99%)。當(dāng)pH為5．0、4．0、3．0時(shí)，丙二醛含量分別比CK組高50．77%、49．01%、71．39%，差異顯著。這是由于丙二醛是植株體內(nèi)膜質(zhì)過氧化反應(yīng)的產(chǎn)物，較強(qiáng)酸雨脅迫下，植株體內(nèi)自由基、H2O2等活性氧大量積累，加劇脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，從而使得丙二醛含量增多。

2．2模擬酸雨對(duì)菠菜生物量的影響

菠菜的可食部分主要指生長(zhǎng)在地面以上的部分。由表1可知，在pH為3．0～7．0范圍內(nèi)，可食部分鮮重隨酸雨酸性的增強(qiáng)而呈下降趨勢(shì)。其中，當(dāng)pH為7．0時(shí)的結(jié)果與CK相近。而當(dāng)pH為5．6、5．0、4．0、3．0時(shí)，鮮重分別比CK減少了27．80%、32．29%、34．99%、47．14%。可食部分干重的變化趨勢(shì)與鮮重基本一致，間接表明菠菜可食部分含水率基本不受酸雨的影響。由表1也可以看出，在pH為3．0～7．0范圍內(nèi)，菠菜根長(zhǎng)、株高也隨酸雨酸度的增強(qiáng)呈下降趨勢(shì)。

2．3模擬酸雨對(duì)菠菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

2．3．1維生素C。如圖3所示，與CK組相比，經(jīng)不同pH的模擬酸雨處理后，菠菜中維生素C的含量均有不同程度的降低。當(dāng)pH為3．0和4．0時(shí)，其含量均比CK組降低了50%以上，差異明顯。維生素C具有強(qiáng)還原性，是植物體內(nèi)的抗氧化物質(zhì)，對(duì)自由基的清除起重要作用。當(dāng)酸雨脅迫逐漸增強(qiáng)時(shí)，一方面自由基等活性氧逐漸積累，使得維生素C消耗增加;另一方面，植株的生長(zhǎng)代謝受到抑制，使得維生素C合成減少，兩者共同作用，導(dǎo)致植株中維生素C含量的降低。

2．3．2蛋白質(zhì)。由圖4可知，菠菜葉片中蛋白質(zhì)含量隨酸度增強(qiáng)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。pH為5．6與pH為7．0時(shí)的結(jié)果相近，分別比CK組高52．26%、41．89%，說(shuō)明弱酸性降水促進(jìn)蛋白質(zhì)合成。當(dāng)pH＜5．6時(shí)，蛋白質(zhì)含量迅速下降，降低幅度在60%以上。

2．3．3可溶性糖。如圖5所示，在pH為3．0～7．0范圍內(nèi)，菠菜葉片中可溶性糖含量隨酸雨酸性的增強(qiáng)呈下降趨勢(shì)。pH≥5．6的酸雨處理可增加可溶性糖的含量，這可能是因?yàn)槿跛岘h(huán)境促進(jìn)了光合作用，導(dǎo)致可溶性糖的積累。而用pH為3．0的強(qiáng)酸性降水處理時(shí)，光合色素受到嚴(yán)重破壞，光合作用能力減弱，使得可溶性含量降低幅度達(dá)58．02%，差異顯著。

2．3．4游離氨基酸。如圖6所示，在pH為3．0～7．0的范圍內(nèi)，菠菜中游離氨基酸的含量隨酸雨酸度的增強(qiáng)而呈下降趨勢(shì)，并且與pH呈顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)r=0．9778，置信度99%)。pH為4．0、3．0時(shí)，游離氨基酸含量分別降低了62．39%、69．22%，僅為對(duì)照組含量的1/3左右，表明pH≤4．0的酸雨脅迫會(huì)嚴(yán)重阻礙菠菜中游離氨基酸的合成。

3結(jié)論

(1)菠菜中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素含量的變化規(guī)律大體一致，均隨酸雨酸性的增強(qiáng)，呈先上升后下降的趨勢(shì)。弱酸性降水能促進(jìn)光合色素的合成，而pH＜5．6的酸雨會(huì)使光合色素解體，阻礙光合作用的進(jìn)行。其中綠素a是造成總?cè)~綠素含量降低的主要原因，其較之葉綠素b對(duì)酸雨脅迫更為敏感。在pH為3．0～7．0范圍內(nèi)，丙二醛的含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)。

(2)隨著酸雨強(qiáng)度的增強(qiáng)，菠菜的根變短，可食部分鮮重和干重減少，而含水率基本不受降水酸度的影響。

(3)在pH為3．0～7．0的范圍內(nèi)，酸雨酸度越強(qiáng)，維生素C含量越低;pH≤4．0的酸雨能嚴(yán)重阻礙維生素C的合成。蛋白質(zhì)隨酸度增強(qiáng)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，而可溶性糖含量隨酸度的增強(qiáng)呈下降趨勢(shì)。pH為7．0和5．6的降水會(huì)促進(jìn)可溶性糖和蛋白質(zhì)的合成，而pH＜5．6的降水則對(duì)它們的合成產(chǎn)生抑制作用。游離氨基酸的含量與pH呈顯著正相關(guān)。