2.叶子伤斑调查法 野外调查植物叶子受伤面积,评价酸雨的危害,估算酸 雨造成的经济损失,是常用的方法。单运峰等(1990)采用 这种方法,调查了我国南方8个主要城市酸沉降对乔灌木的 危害状况。此项研究的重要意义在于为进一步实验和研究工 作提供定性资料和经验。应注意的是经济损失或生长下降不 定总是与叶子可见伤害症状存在密切关系,基于叶子可见 伤害症状估算经济损失可能会出现高估或低估经济损失的问 题。 Jones等(1955)在摘叶对作物产量影响的研究中,发现 摘除50%的叶子之后,甜菜( Beta vulgaris L.)根产量或糖 产量未下降。 Irving和 Sowinski(1981)报道,酸雨使温室 栽培的大豆出现枯斑,但产量却增加了,Lee等(1981)亦报 道,酸雨使首着( Medicagu sativa I.)叶子受伤,但产量增 加了,相反的是,莴苣和芥菜叶重未测出变化时,叶片退绿 或枯斑却导致了显著的经济损失。叶子的伤害与作物产量 (生物量)不是紧密关联的( acobson,1984)。同时还应注意 的是正确诊断酸雨伤害症状,把其他诸如病、虫、高温、于 旱、营养缺乏、其他大气污染物等造成的叶子受伤区分开来。 模拟酸爾实验法 1.田间模拟酸雨实验 按实验设计,把供试植株种植在非酸雨区的大田中,人 工模拟不同pH值的降雨,观测不同pH值的模拟酸爾对植物 的影响。单运峰等(1988、1989)报道的模拟酸爾对森林植 物的影响就是采用这种方法。此方法的优点是植物生长发育
的条件接近自然状态,采用常规耕作管理措施,通过适当的 实验设计,能够定性和定量地比较不同pH值的酸爾引起植 物反应的细差异。缺点是工作量大,实验时间长,花费高 因面积大,酸性降醒的摸拟装置的制造、安装和操作较困难 除此之外,排除天然降水与保持植物在常规生境中生长的矛 盾不易解决。清洁区远离污染区,两者的气候条件和土壤条 件存在差异。 污染区田间实验是选择一些植物,在污染区种植、观察 和测定植物对酸雨的反应。此项研究的最大缺点是无对照区, 另外难以区分植物的反应是酸雨的单独作用,还是酸爾与其 它污染物的联合作用。为解决这一矛盾,出现了用植物生长 箱来排除气体污染物和采用遥雨装置来排除自然降雨 Kratky等(1974)在夏威夷火山爆发期间,把薔茄( Lycopersi com esculentum mill)分别种植在塑料避雨装置的里面和外 面,避雨装置外面的蓍茄接受pH40的酸性降雨,其可食性 产量为零,而避雨装置里面的蕃茄,平均每株可食用产量为 5kg。但是, Kratky等的实验结果也许不是酸沉降引起的,而 是遴雨器的作用。在避雨装置的外面,火山爆发的干沉降物 质(可能是酸性的)在叶面雨水中溶解,而在避爾装置里面 的火山爆发的沉降物质仍然保持在未参加反应的干燥形式 因此,降雨(不论酸性与否)可能只起湿润作用。 2.控制环境模拟酸痫实验 包括温室实验和生长箱实验,控制实验是研究酸雨潜在 影响的有效方法。可以用来研究生长在不同生境条件(例如 不同温度、湿度、光照)下植物对酸雨反应上的差异。但是, 控制实验结果的应用受到很大限制,与田间实验相比,温室 或生长箱中通常是短光周期,低光照强度,中等温度,和充 TTT
足的土壤湿度(!eung等,1978)。生长在这种条件下的植物 对污染物的胁迫作用更敏感。因此,控制实验可能导致过高 佔计酸雨的作用用控制实验结果来预测酸雨危害必须慎重 ee和 Neely(1980)发现生长箱中的萝卜( Raphanus sativas L.)和芥菜( Brassica perviridis)较田间的植株对模拟酸雨 更敏感。相反的看法则认为,由于生长在控制条件下的植物 有较低的代谢而吸收较少的污染物,植物对酸雨可能更不繁 感。总之,控制实验因植物的生长条件较田间有较大差异,实 验结果的应用价值有限。 3.模拟酸雨实验应注意的若干问题 (1)酸液配制的化学成分配方实地酸雨的化学性质复 杂,化学成分很多,例如,SO2、SO3、NO3、C1-、F、H+、 K、Na+、Ca2、Mg2+、NH和一些有机酸等等,它们都对 植物产生影响,都能在某种程度上改变酸雨对植物的作用方 式和程度。两个起决定性作用的因素是化学组成及各成分的 浓度。目前认为,在极大多数地区,H+,SO,和NOz可 能是酸雨中对植物产生作用的三种主要离子。因此,在已发 表的文献中,模拟酸雨重点考虑这三种离子的浓度。高浓度 H+使植物营养器官和生殖器官产生急性毒害,导致植物生长 发育的变化。硫和氮是植物生理代谢的必需营养成分,在 定浓度范围内,对植物是无毒的。SO和NO3能被植物叶 子直接吸收或间接通过土壤由根系吸收。叶子吸收酸爾中养 分的浓度相对较高,但时间短。而根系吸收酸爾中的养分,相 对浓度低,因为在土壤中,养分被稀释和吸附。但通过土壤 吸收是连续的,根亦具备吸收营养成分的有效结构。事实上, 盐酸根离子比硫酸根离子对植物的毒性更大,( Eaton et al. 1971)。Lee和 Neely(1980)发现硫酸型酸雨与同样pH值的
sO::NO3摩尔比为2:1的模拟酸爾对芥菜、洋葱(Alim cepa l.)、羊茅( Festuca elation L.)、萝卜、英苣和鸭茅 ( Dactylis glomerata L.)的生长有不同的影响。 Irving和 owinski(1981)的实验表明,SO和NO3的浓度对植物的 影响比酸雨pH值更大 酸雨中还含有相对较多的重金属、有机酸和活性高、寿 命短的化学物质,对这些物质的研究很少( Altshuller和 Linthurst1983)据 Galloway和 Likens报道,澳大利亚降水 中甲酸根离子的浓度为10.5eq/L.相同pH值的有机酸酸 雾比硫酸和盐酸酸雾对植物产生更大的毒性(单运峰等, 1988)。SO对植物的毒性大于SO-30倍(Mud等1985)。 酸雨可能增加重金属的活性,使重金属对植物产生更大的伤 害。因此,模拟酸雨的实验设计,对这些含量较少的物质亦 应予以适当重视。 从已发表的文献来看,模拟酸雨的化学成分从早先只含 H2SO4,以后逐渐增多,如NO3、Cl、Ca2、Mg2+、K+、Na+ NH等,摸拟成分逐渐增多,完善。总的趋势和要求是模拟 酸爾的化学组成逐淅接近酸雨的化学组成。模拟酸爾pH值 范围多在2.0~5,6之间,对照有用清洁区天然降雨pH值, 如pH6.6,pH6.0,有用pH5.6的理论值,也有少数用冠流 pH值5.1为对照。依研究目的选取对照及pH值水平。 (2)酸雨的物理性状雨滴大小、数量和重是影响酸 雨伤害植物程度的三个重要的酸雨物理性状。这些性状决定 兩滴降落速率,颗粒迁移,对叶面吸附率和润湿叶面的能力。 (雨)雾滴或雨滴直径一般分别为数百或数千毫米,通常数量 小,重量大( Pruppacher和 Klett1978)。气容胶、雾、云的 水滴直径分别小于10m(气溶胶)、60pm(雾云)。一般水滴 数量大,质量轻( Willeke和 Whitby,1975)。气溶胶、雾和
云中的水滴的降落速率低,悬浮在大气中,比(雨)雾滴,雨 滴较难粘上叶面和润湿叶面。气溶胶和云、雾中的物质沉降 速率大约小于SO2等气体10倍,小于(雨)雾滴和雨滴中的 物质沉降速率的100倍(表1-1) 表1—1几种类型的沉降的物质和化学性状 ,沉降 物理常见化粒子直径浓度沉降 速率 资料来源 形态学成分 (pm)(·m3)过程 扩散化 Taylor等 气 1300 0.2~0.6 学吸附 Hosker等,1982 fanner 1981 H SO, 气溶胶 40扩散 Thomas, 1962 (NH HSO, 1d 碰撞 Watler, 1963 云雾 碰撞1~3 sod NH.)HSO. pruppacher, 1978 HSO 碰撞 Dollard和 (雨)雾HNO 30~300 3~50 沉降 Unsworth, 1978 (NH, )HSO. HSO. Pruppacher等, 沉降50~8001978 HNO 3 3000 Shriner等,1977 神干,情性表面。““与风速有关。 酸沉降的物理性状随时都在变化。在特定条件下,白天 的气溶胶转变为晚间的雾(acob等,1983)。雨滴大小与植 物对酸雨的反应有密切关系。雨滴增大,沉降速度增大,植 物表面接受雨滴增多。大爾滴的重力挤压,增加雨滴与植物 表面的接触。 降雨强度和雨量也影响植物对酸雨的反应。(雨)雾滴和 大暴雨的雨滴相比,与叶面接触角和叶面的滞水量相差很大。 雨)雾使叶面的物质溶解和进入叶内。而大暴雨把叶面的物