模拟酸雨对玉米种子萌发的影响外文翻译资料

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模拟酸雨对玉米种子萌发的影响

2013年7月24日

摘要

酸雨是pH值低于5.6的任何一种降水。酸雨的种类很多，包括雨、雪、露、雹和雾。酸雨是一个影响全球生物和环境的问题。酸雨已被证明会影响许多农作物和植物。

我们的研究决定探索酸雨对玉米种子萌发的影响，这是很重要的，因为美国东北部地区，包括马里兰，有全国最酸性的降雨量。此外，马里兰州还有大量依赖玉米等农作物生长的农村地区。玉米是该地区重要的经济作物，产生了大量的收入，因此了解酸雨对玉米种子萌发的影响是很有价值的，研究模拟酸雨对玉米种子萌发的影响势在必行。 用H 处理玉米种子，在7天内测定完成萌发所需的平均天数，我们假设任何pH值处理过的的玉米种子在7天内完成萌发的百分比之间没有显著差异。把我们的玉米种子放在几个播种机里，每个播种机都装满了pH值为3.0、4.0、5.0或6.0的模拟酸雨。然后记录每粒种子每一阶段发生的天数。我们收集了7天的数据，并比较了每个pH值水平的结果。我们进行了z检验，以确定是否存在显著的百分比差异。因为我们的结果表明，在所有pH水平处理的种子中，各阶段发生的平均天数是相同的，所以不能否定我们之前的假设。因为我们发现用pH值4.0和6.0以及pH值5.0和6.0处理的种子之间存在差异，所以否定了我们对百分比的无显著差异假设。因此，我们的研究结果表明，酸雨不影响种子萌发所需要的时间，但酸雨确实影响种子完成萌发的百分比。然而，要确定模拟酸雨如何影响玉米作物的后期生长和产量，还需要进一步的研究。这是特别值得关注的，因为在土壤中，天然石灰石的基础和微量钙缓冲了通过降水进入土壤的酸性。农民通常通过石灰改变土壤的pH值来缓冲酸雨，确定模拟酸雨对土壤中玉米种子萌发的影响是很重要的，因为它可以揭示被缓冲土壤中和后水的有效pH值。

介绍

酸雨发生在世界各地的许多地方，包括美国和德国。酸雨是一种酸性沉积—从大气中沉积下来的颗粒。二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)与阳光和水蒸气发生物理化学反应，形成酸雨和其他类型的酸性沉积，如酸雪、冰雹、露水和雾(Chesapeake Bay Ecological Foundation, Inc., 2013; National Atmospheric Deposition Program, n.d.)。二氧化硫和氮氧化物的排放来自人为或者自然。一些人为来源包括机动车、化石燃料、工厂和发电厂，而自然来源包括火山、野火、腐烂的植被和闪电(Chesapeake Bay Ecological Foundation, Inc., 2013; USGS, 2013)。一种物质的pH值决定了它的酸度。pH值是一种物质中氢离子的浓度(H )，范围为0.0～14.0;小于7.0为酸性，大于7.0为碱性(Chesapeake Bay Ecological Foundation, Inc., 2013)。纯水(H2O)的pH值为7.0，是中性的。美国的全国平均酸雨pH值在5.6到6.2之间，任何pH值低于5.6的雨都被认为是酸雨(National Atmospheric Deposition Program, n.d.)。酸雨对美国东北部地区的影响特别大，因为该地区人口密集，有许多城市有化石燃料发电厂，而美国盛行的风向将SO2和NOx等污染物从西部吹向东北部，导致酸雨增加(USGS, 2013)。酸雨和其他酸性沉积对环境和人类有许多影响。

酸雨可以通过降低水体的总pH值来改变水体的pH值，如湖泊、池塘、溪流、土壤等(Chesapeake Bay Ecological Foundation, Inc., 2013; National Atmospheric Deposition Program, n.d.)。湖泊和土壤通常有一个基本的pH值，作为酸性沉积的缓冲或中和剂，但如果酸雨太多，水和土壤的pH值可能会下降到对生物产生负面影响的程度，比如鱼类，因为低pH值的水而休克死亡(Chesapeake Bay Ecological Foundation, Inc., 2013; National Atmospheric Deposition Program, n.d.)。酸雨还会增加岩石和一些金属的自然变质率，从而导致石头建筑和金属结构的破坏(USGS, 2013)。特别是酸雾会影响人类周围的酸性水蒸气，人类吸入会造成各种呼吸问题，包括哮喘(National Atmospheric Deposition Program, n.d.)。此外，酸雨还会破坏植物的叶子，例如德国黑森林常绿松树上的针叶，由于过量的酸雨，那里所有的树木都没有针叶，树干都是黑色的(USGS, 2013)。酸雨还通过改变土壤的化学性质、减少土壤养分和减缓作物内部代谢的速度来影响作物(National Atmospheric Deposition Program, n.d.)。以前的科学研究观察了模拟酸雨对作物的影响，发现酸雨可能阻碍、减缓甚至改变作物的根系发育和整体生长(National Atmospheric Deposition Program, n.d.)。

之前的实验研究了模拟酸雨对美国常见作物的影响。Lee等人(1980)发现酸雨提高了几种作物的产量，包括土豆、紫花苜蓿、西红柿、青椒和草莓。在pH 4.0和3.5模拟酸雨处理下，这些作物的产量显著提高(Lee et al, 1980)。Lee等(1980)也报道了pH 3.0模拟酸雨显著提高了玉米的总产量，但幅度很小，尽管存在叶面损伤。模拟酸雨虽然促进了作物的生长和产量，但仍有许多表现出一定的叶面损伤。Evans等(1982)观察了模拟酸雨在5.7、4.0、3.1和2.7不同pH水平下对萝卜、甜菜、芸豆和紫花苜蓿产量的影响。Evans等(1982)发现萝卜、芸豆和紫花苜蓿的产量没有显著差异，但其他三组pH模拟酸雨处理后的甜菜产量与pH5.7的模拟酸雨处理后的甜菜产量相比显著下降。甜菜叶子出现损伤，这是叶面受损的一种形式(Evans et al, 1982)。Singh和Agrawal(2001)研究了模拟酸雨pH值为5.6 (control)、5.0、4.5、4.0和3.0对Malviya 213 (M213)和 Sonalika (Singh amp; Agrawal, 2001,)两种小麦生长和产量的影响。Singh和Agrawal(2001)报道，在pH 4.0或以下，两种小麦的茎和根长度、叶面积、总产量都显著下降(Singh amp; Agrawal, 2001,)。Singh和Agrawal得出结论，模拟酸雨对小麦有显著的负面影响(Singh amp; Agrawal, 2001, p. 71)。

除了Evans等人(1982)、Singh和Agrawal(2001)以及Lee等人(1980)的研究，其他研究还测试了模拟酸雨对其他作物的影响。Munzuroglu等(2002)研究了模拟酸雨对苹果花粉发育和花粉管生长的影响。Munzuroglu等人(2002)报道，pH值低于3.1会破坏花粉管，在pH值接近3.0时花粉发育停止。Munzuroglu等人(2002)认为降水的pH值和量都是影响苹果发育的重要因素。Wertheim和Craker(1987)研究了酸雨对玉米花粉发育的影响。Wertheim和Craker(1987)报道，由于酸雨的作用，花粉无法发育，并得出结论，酸雨的酸性直接影响花粉发育的减少，说明酸雨越大，花粉发育越少。Wertheim和Craker(1987)也提出，酸雨可能导致了玉米表面的物理和化学变化，减少了花粉的发育，并不是因为残留在玉米组织上的酸。此外，Wertheim和Craker(1987)的结论是，花粉发育的减少可能导致玉米种子的减少，从而导致产量的减少。Wertheim和Craker1987年的研究揭示了酸雨可能对玉米和玉米种子产生的负面影响，玉米是美国尤其是马里兰州非常重要的作物。

玉米的生命始于它的种子。种子是静止的器官，它被一个坚硬的种子“外衣”包着，这个外衣便是植物的胚胎和胚乳，胚乳是包围胚胎的组织，给它提供营养(Hopkins, 1999)。胚胎由植物的叶子、根和茎组成。一般来说，种子在水中的重量约占其体重的5%，使其脱水，新陈代谢非常低。这种低代谢使种子处于假死状态，使它们能够长期承受不利条件。萌发是植物生命更新的过程，通过种皮产生根(Nielson, Root, 2010)。萌发始于吸收——吸收水分(Hopkins, 1999; Nielson, Root, 2010)。当种子吸收其体重30%左右的水后，新陈代谢增加，可见的萌发阶段开始(Hopkins, 1999; Nielson, Root, 2010)。发芽只需要10°C或50°F的温度和水开始，而不是土壤(Nielson, Requirements, 2010)。萌发的第一个可见阶段是胚根的出现，它从种子的底部出现。根作为种子的锚，允许其他根的出现。可见萌发的第二步是从种子的侧面长出胚珠。胚轴把胚胎的叶子带到土壤表面，如果种植在土壤中，最终成为植物的茎。可见萌发的第三步也是最后一步是侧根的出现。侧根出现在胚根和胚轴之间，形成次生根系或节状根系。侧根的出现表明萌发的结束(Hopkins, 1999; Nielson, Root, 2010; Nielson, Visual, 2010)。了解玉米种子是如何发芽的对我们的研究非常重要。

本研究旨在观察模拟酸雨对玉米种子萌发的影响。我们的研究很重要，因为如果我们发现模拟酸雨对玉米种子萌发有负面影响;种植玉米的农民可以采取预防措施，保护他们的作物免受可能的破坏和收入的减少。然而,如果我们发现模拟酸雨对玉米种子萌发有积极影响,如减少发芽所需要的时间,农民可以采取措施用酸性溶液来处理作物,这样他们可以在单个季节收获更多的玉米来增加收入。此外，马里兰州的酸雨是美国最酸的，pH值为2.9。全国降水平均pH值为5.6～6.2，其中pH3.0的酸性是pH6.0的1000倍，使pH2.9的酸性大大高于全国平均水平。马里兰州的大部分地区都是农村地区有很多农场，只有几个大城市，其中大部分甚至所有农场都种植玉米。每年大约种植50万英亩的玉米。2011年，玉米销售给马里兰州带来了约2.41亿美元的收入，占马里兰州经济作物的12% (Maryland Department of Agriculture, 2013)。玉米也被用于许多产品中，如鸡、牛和猪的饲料，苏打水和许多其他产品的玉米糖浆，以及世界各地人类的基本消费(Maryland Department of Agriculture, 2013)。由于马里兰种植着大量的玉米，我们的研究对马里兰州的农业健康非常重要。

我们进行实验设计有几个注意事项。我们选择用棉球来放置种子而不是土壤，因为棉花能够均匀地吸收水分并将其分配给种子，而且在研究过程中我们可以很容易地看到种子而不干扰它，如果我们每天都把种子挖出来看，就会发生这种情况。我们选择了pH值为5.0、4.0和3.0作为模拟酸雨的pH值，因为这些pH值或与之相似的pH值在之前的研究中使用过，因此我们可以对研究结果进行比较(Evans, Lewin et al., 1982; Lee et al., 1980; Munzuroglu et al., 2002; Singh amp; Agrawal, 2001; Wertheim amp; Craker,1987)。此外，有记录的最低酸度为2.9，所以最低酸碱度为3.0是合理的。我们使用去离子水作为对照，因为我们的去离子水的pH值为6，并符合全国平均雨量pH值(5.6至6.2)。我们决定使用玉米种子而不是其他种类的种子，因为2011年玉米占马里兰州经济作物的12%，带来了2.41亿美元的收入，使玉米成为马里兰州非常重要的作物。此外，我们把种子放在室温- 25°C或75°F。我们使用室温是因为种子需要10℃或50℃的温度才能有效发芽，而且随着温度的升高，发芽时间更短(Nielson, Requirements, 2010)。

根据我们的背景资料，我们提出了四个假设，其中两个与玉米种子发芽所需的平均天数有关，另外两个与玉米种子完成发芽的百分比有关。对于平均值，我们的零假设是，我们预测，当使用任何测试过的pH值处理玉米种子完成发芽所需的平均天数不会有显著差异。另一种假设是，与pH6.0模拟酸雨处理的玉米种子相比，pH3.0、4.0或5.0模拟酸雨处理的玉米种子完成发芽的时间要长得多。对于百分比，我们的零假设是，我们预测，在7天内完成发芽的玉米种子的百分比与任何pH值处理的玉米种子的百分比之间没有显著差异。我们的替代假设是，我们预测pH3.0模拟酸雨处理的玉米种子在7天时间内完成萌发的比例将显著大于pH4.0或5.0模拟酸雨或pH6.0模拟酸雨处理的玉米种子。

方法

我们于2013年7月7日至7月14日进行了研究。我们的地点是位于马里兰州弗罗斯特堡州立大学的康普顿科学中心。为了建立实验，我们将一个棉球(100%棉)放入6x6 Burpee播种机的每口井中，共有36口井和一个水槽。在棉球的顶部，我们放置了一个棉球(100%棉)，把它压下来，形成一个杯状的形状。接下来，我们把一粒玉米种子(南方各州甜玉米蔬菜种子)放在棉花圈中间;然后把另一个棉球放在上面。然后，我们使用去离子(DI)水和含66%硫酸(H2SO4)的拉莫特硫化物2号溶液，创建了pH为3.0、4.0和5.0的模拟酸雨。我们创建的每个方案都有两个指定的播种机。我们的对照是pH为6.0的普通DI水，模拟平均降

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