酸雨对植物生长发育的影响外文翻译资料

 2022-02-14 09:02

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酸雨对植物生长发育的影响

Nand Lal

摘要

酸雨是一种雨或任何其他形式的降水，它有着不寻常的酸性和具有较高水平的氢离子(低pH值)。酸雨是由二氧化硫和氮氧化物的排放引起的，它们与大气中的水和水蒸气发生反应产生酸。植被和土壤是酸沉降的主要受体，起着沉降的作用。据报道，与双子叶植物和幼苗相比，单子叶植物受酸雨的影响相对较小，叶和芽对低pH条件更敏感。它还影响土壤水分的组成，而土壤水分是植物和土壤微生物的主要养分来源。酸性雨水溶液通过角质层进入叶片组织，对植物产生显著影响。酸雨一般通过刺激植物的光合作用、氮、硫代谢等代谢异常来抑制植物的生长，但也有促进生长的例外情况。本文综述了世界范围内关于各种作物暴露于酸雨及其对植物生长和繁殖的最终影响的研究，并提请注意发展适合酸雨影响地区的植物类型。

关键词:酸雨，空气污染，发展，生长，植物，产量

介绍

环境遭受许多严重的问题，包括污染空气、水和土壤的物理、化学和生物特性的不良变化。世界上每个国家都在关注日益严重的环境污染。世界范围内技术的迅速发展和社会经济的变化导致了环境的迅速变化和物质需求的增加。现代社会倾向倾向于满足人口的物质和社会需要。工业单位附近的居民因有害健康的工业排放物而遭受无法忍受的污染。环境包括物质因素，物质因素的存在对生物体(氧、碳、氢、氮)的生存和发展起决定性作用，以及调节生命过程的因素。环境也会受到污染的其他原因，如应用新材料和塑料在建筑生产家具，衣服，鞋子，家庭和办公设备，并呼吁研究其对人类过敏和中毒的危害等。

空气污染确实是当前全球关注的主要问题。空气的自然成分平衡受到干扰，对环境和生物产生不利影响。空气污染是由于沙尘暴、沼气、生物体的呼吸作用、腐烂和分解、森林火灾、孢子和花粉粒、大量消耗空气、鲁莽砍伐森林、温室效应、臭氧层耗竭、人口激增、滥用自然资源、使用无机化学品、杀虫剂、杀虫剂、产生二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、氯氟烃、工业用哈龙、汽车和制冷、溶剂和泡沫吹制。哈龙和氟氯烃是最危险的，它们破坏臭氧层，吸收紫外线，破坏遗传物质(DNA)，导致皮肤癌。新的证据越来越多地表明，它是一种罕见但致命的皮肤恶性黑色素瘤的原因。它会削弱身体对抗癌症的能力，抑制免疫系统的效率，使肿瘤更容易扎根和扩散。它还会导致白内障、眼疾，损害农作物、生态系统和物质。一般来说，空气污染是由整个地壳产生的，通过燃烧化石燃料来运行工厂、机器和各种交通工具。这种燃烧产生的副产品，如烟雾和无形的刺激物，污染我们的大气。工业废水、排放物和汽车废气排放进入自然空气库、水体和土壤后，对维持生命系统的自然生态产生有害影响。汽车排放的有毒有机和无机污染物影响着生物体的生理生化。

城市人为造成的空气污染通常被称为雾霾。在海洋上，北极上，在它们不可能的地方观察到的。大气中二氧化碳的增加，主要是由于化石燃料的燃烧，正在导致导致气候变化的变暖趋势。这种变化的影响可能足以在全球范围内造成重大的物质、经济和社会混乱。主要空气污染物是二氧化硫来自煤炭和燃油用于工业,粒子(从工业粉尘和烟尘)代表烟形成原子核在城市,从机动车尾气和一氧化碳是有毒的,在高浓度头痛甚至死亡。其他空气污染物包括机动车尾气和工业产生的氧化剂，它们会导致烟雾，刺激眼睛，降低能见度，以及添加到机动车燃料中的氮氧化物和铅，并从尾气中排放出来，这些污染物会在体内积聚。一般来说，所有的气味和气味的排放可能会引起不适，其中一些明显有害于健康和普遍的福祉。气味的工业来源包括手工作坊、炼油厂、食品加工装置、纤维素厂、鱼粉厂等。

二氧化硫是在工业、火电厂、家庭、化肥工业和金属矿石冶炼过程中燃烧矿物燃料(煤和石油)时产生的。气态的SO2氧化成SO3，与水结合形成硫酸。二氧化硫的主要来源是石油产品的煤炭燃烧、垃圾焚烧、炼油和冶金作业。二氧化硫和三氧化二硫分别与水反应生成亚硫酸(H2SO3)和硫酸(H2SO4)。气溶胶是一种化学物质，以蒸汽或细雾的形式存在于空气中。它们被用作消毒剂。氟化物在铝、岩石磷酸盐等的精制过程中释放。气态氟化物引起叶片坏死、萎黄、脱落等。空气通常被用作氧和氮的来源，它们在燃烧过程中通常达到的温度下结合形成一氧化氮，然后大部分NO转化为NO2。氮氧化物是由氮和氧在大气中通过光电化学作用产生的。燃气和燃煤锅炉、发电厂、木材的共同来源燃烧以及垃圾废物也会产生氮氧化物和氨。碳氢化合物是自然产生的(如沼气)，由燃料堆的蒸发、化石燃料的不完全燃烧、汽车尾气、炼油厂、农业燃烧等产生。光化学氧化剂是由氮氧化物和碳氢化合物之间的反应产生的次生污染物，如过氧酰基硝酸盐，醛和酚。

1. 酸雨与环境

SO2可导致黄化、坏死、质壁分解、膜损伤、代谢抑制和死亡(Biggs和Davis, 1980;Alseher等，1987)。氟化物和过氧酰基硝酸盐损害叶菜类蔬菜(NAS, 1971;温斯坦,1977)。臭氧和碳氢化合物会导致早熟的黄化、叶子和花蕾的掉落以及萼片的变色和卷曲(Krupa等，1995;Heagle, 1989)。氮氧化物降低作物产量(Wellburn, 1981)。灰尘、烟雾和烟雾会减少阳光，在叶子上形成一层薄薄的膜，从而阻碍光合作用。地衣对空气污染很敏感。工厂、发电厂和汽车排放到空气中的二氧化硫与大气中的水和水蒸气结合，以雨或雪的形式落到地球上(Rao and Rao, 1998)。与工业大气污染类似，汽车尾气污染中含有硫、碳、氮、颗粒物、碳氢化合物和铅等氧化物，也具有植物毒性作用。它改变光合作用速率、蒸腾作用、叶绿素含量降低，从而降低产量(Stern, 1973)。二氧化硫是主要的工业大气污染物，通过刺激植物的光合作用、氮和硫代谢等代谢异常，对植物造成严重破坏，阻碍植物生长(Godzik and Krupa, 1982;亚达夫和昌德，1990)。所有这些变化最终导致产量的下降。

酸雨与雨云混合，使其酸性更强。这变化主要归因于氮氧化物和硫氧化物排放量的增加以及它们转化为硝酸和硫酸(Galloway et al.， 1976)。二氧化硫的损失率比气相化学单独解释的要快，因为这是由于存在于云中的液滴的反应。大气中SO2和NO2的转化产物硫酸盐(SO42-)和硝酸盐(NO3-)是酸雨的主要成因。雨水还能截住许多被风吹来的颗粒、灰尘和其他成分，这些成分在自然界中也可能是酸性的(pH值2.5到4.8)。硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、各种硫酸盐和硝酸盐是这些雨水的主要化学成分，尽管也可能存在少量其他酸，如盐酸及其盐类。由于各种人为活动，空气中酸性物质的增加正以加速的速度增加，导致大气发生急剧变化，导致雨水的酸性，即通常所说的酸雨。

酸雨是酸雨沉积的俗称，如雨、雪、雨夹雪、冰雹等以及其他形式的污染降水。酸沉积是一个世界性的问题，对所有的自然事物都是如此，包括水体、森林和其他在世界各地移动的物体。据报道，北美东部、欧洲西北部和中部、亚洲各地以及世界各地都有酸雨。因为越来越多的工厂和精炼厂正在建设中，大烟囱也越来越更高，风把被污染的空气吹到邻国，有时数百英里之外。酸性降水有许多对陆地生态系统的潜在影响包括土壤的酸化,改变营养供应,增加铝的动员和其他酸宽容酸敏感物种的变化的土壤动植物人口,改变分解有机物和固氮(雅各布森et al ., 1988)。对作物和森林的叶面损害，对生产力过程的干扰，从叶子中浸出营养物质和其他物质，根据对酸性的敏感性增加或减少萌发。对农作物的间接影响包括硝酸盐和硫酸盐的施肥促进生长(Yang, 1989)。对森林可能产生的间接影响包括森林土壤酸化和随之而来的土壤化学变化，以及森林生产力下降和森林退化。对水生系统的潜在影响包括酸化、碱度降低以及铝和其他金属离子的活化。对水生生物的其他生物影响包括浮游生物、植被和无脊椎动物物种组成的改变、分解生物的减少、两栖动物生产力的下降、鱼类骨骼畸形和鱼类死亡率的增加。在暴雨期间，鱼类的死亡可能会增加。酸雨是一个高度互动的问题，控制酸雨的补救措施成本高昂。反对火电问题的主要论据和控制火电问题的补救措施的费用高得令人望而却步。反对火力发电的主要理由是酸雨的可能性。同样，从源头上控制污染，而不是处理酸雨的影响是可取的。

酸雨的酸碱值采用pH值(1-14数值)，1为酸性最强，碱性最强的是14。7.0既不酸性也不碱性，被称为蒸馏水，被认为是中性的，而酸雨的正常pH值平均在5.6左右。过量的氢离子会对生物膜、电子传递系统和一些特定pH值的生化反应产生不利影响。在高等植物中，叶绿素被降解，叶子失去绿色色素沉着，导致作物产量急剧下降。

2. 酸雨对植物生长发育的影响

酸性降雨对植物生长发育的影响很小(Evans, 1982)，但尽管如此，在实验室和田间条件下，模拟酸雨对作物的处理都观察到明显的伤害和产量损失。在室外试验(不包括环境降雨)中，田间种植的大豆在pH 4.1到2.7范围内模拟降雨(不包括环境降雨)，其种子产量比pH 5.6处理的种子产量低3%到23% (Evans et al.， 1983;埃文斯等人，1984)。Evans等人(1986)和Irving(1983)综述了酸性降雨对作物生长和产量的影响。Evans and Lewin(1981)和Evans等人(1981)在温室研究中记录了几种作物由于模拟酸雨(SAR)导致生长和产量下降。据报道，单子叶植物受模拟酸雨的影响相对较小(Evans, 1988;Kuittel and Pell, 1991)。幼嫩的根、叶和芽通常对低pH条件更敏感，但植物的其他代谢方面也可能受到伤害。它还影响土壤水分的组成，而土壤水分是植物和土壤微生物的主要养分来源。酸性雨水溶液通过角质层进入叶片组织，对植物产生各种影响(Wood和Borman, 1975)。更大的叶片大小/面积导致更大的截留模拟雨，增加受伤的可能性。

酸雨问题已成为农业学家关注的问题。利用模拟酸雨(SAR)进行的研究表明，酸雨可能增加也可能减少生产力。虽然植被和土壤是酸沉降的主要受体，并起着库的作用，但对植被的直接损伤尚未见文献报道。利用作物暴露于模拟酸雨的研究表明，酸雨可能增加产量或对树木没有影响(Trioiano et al.， 1983)。Back等(1994)报道了模拟酸雨(pH 3.0)对度假松树幼苗生长的刺激作用。当酸是由硫酸单独或与硝酸一起引起时，生长就会下降。

在植物代谢产物中，植物色素对大气污染物非常敏感，并将其作为酸雨胁迫下植物生理状态的指标(Sensor et al.， 1990)。模拟酸雨不仅改变了土壤的物理化学性质，而且对开阔地表水体有毒害作用，从而使地下水不断渗透酸化。这种影响在很大程度上取决于特定土壤的正常矿物学和有机组成，以及诸如降雨量和生长表面坡度等其他因素。Buman(1985)记录了孟买降雨量的pH值为3.8。Johnston和Shriner(1985)报道，酸雨对小麦干重的影响因品种而异。安大略南部和美国东北部地区的数据表明，酸度在pH 4.0左右的降雨事件相当普遍，有些低至pH 3.0的降雨事件偶尔发生(Chan, 1982;埃文斯,1982;埃文斯等人，1984)。下一节将回顾世界范围内关于各种作物作物暴露于酸雨及其对植物生长和繁殖的最终影响的若干研究。

Lee等(1981)对主要作物对酸雨的响应进行了比较研究

使用盆栽植物在田间培养，并暴露在模拟硫酸雨(pH 3.0、3.5或4.0)或控制雨(pH 5.6)下的硫酸雨。在收获阶段，测定了28种作物的适销部分、地上部分和根系的重量。其中，萝卜、甜菜等5种作物的适销性产量受到抑制。茜草、胡萝卜、芥菜、西兰花、青花菜6种作物受刺激，番茄、青椒、草莓、紫花苜蓿、苹果草等6种作物受刺激，马铃薯受影响不大。此外，甜玉米茎叶生产受到刺激，而番茄的明显损伤症状降低了甜玉米的适销性。其余15种作物对产量的影响无统计学意义。结果表明，产量受到酸影响的可能性不仅取决于所利用的植物部分，也取决于物种。定期检查因酸雨引起的叶片损伤。在35个栽培品种中，31个品种的叶片在pH 3.0、pH 3.5和pH 4.0时受到损伤，28个品种的叶片在pH 3.5和pH 4.0时受到损伤。叶伤与产量的影响一般不相关，但瑞士甜菜叶伤与产量的关系不大。西西拉(Cicla)、芥菜(B. juncea)和菠菜(S. oleracea)的危害严重到足以对市场销售造成不利影响。

Jacobson等人(1985)研究了温室种植的暴露于温室中的萝卜，在pH值为2.6至5.0的情况下重复模拟酸雨，以评估生长和产量对酸雨的响应是否随发育阶段而变化，以及植物是否有能力在无雨期间从伤害中恢复。酸性溶液中硫酸盐和硝酸盐的质量比为2:1，且美国东部降雨中常见的阳离子和阴离子浓度较低。

通过在旋转转盘上将酸性溶液通过雨嘴注入植物进行模拟。结果表明，与老植株相比，幼苗更容易受到模拟酸雨的反复作用，叶片的损伤和幼苗和下胚轴干质量的减少都说明了这一点。然而，暴露在中间阶段(快速生长阶段)导致下胚轴干质量的最大减少。在经历了一系列模拟酸雨的暴露后，一段无雨期使植物从伤害中恢复过来，并补偿了生长的减少。通过延长模拟酸雨暴露之间的无雨间隔时间，可以增强植物的恢复能力。这些观察表明,宽容增加酸度之间的相互作用在一定的发展阶段和恢复从伤病期间丝毫不见阴雨间隔的情景自然降雨应该考虑削减产量的决定时重复暴露降雨与酸碱足以造成叶面伤害低于3.4

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