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雾霾对农作物的影响

近年来,由于大气污染物的排放总量不断增加,导致环境空气质量下降,空气污染日益严重,雾霾天气频繁出现。雾霾是雾和霾的统称,不少地区的天气预警预报已将雾并入霾共同作为灾害性天气现象,统称为“雾霾天气”。除雾霾天气中的污染颗粒物浓度突然过高,对农作物造成急性危害的个别情况外,长期低浓度雾霾天气对农作物的危害并不属于明显症状,以致经常被忽视。虽然农作物的叶片具有滞尘作用,可以阻滞和吸收雾霾中的颗粒物,但当雾霾天气中的污染物远远超出农作物的承载力时,过多的粉尘就会对农作物的生长及产量产生影响。目前这方面还缺乏系统研究,尤其是关于雾霾天气中的污染物对农作物产生影响的机理研究。

1 雾霾天气的形成

雾和霾都会降低能见度进而导致灾害性天气的出现,但是雾和霾的组成和形成过程却有很大区别。雾是由大气气溶胶中除降水粒子以外,能够浮游在空中的大量微小水滴或冰晶组成,主要受空气温度和水汽条件所制约。而霾是由大气气溶胶中的非水成物,排除了云雾降水粒子组成的。雾霾是雾和霾的统称,不少地区的预警预报已将雾并入霾共同作为灾害性天气现象,统称为“雾霾天气”。雾霾天气能使大气浑浊,视野模糊并导致能见度恶化。空气中悬浮的大量污染颗粒物和不利气象条件是雾霾形成的主要原因。

1.1 雾霾颗粒物的来源

通过研究,雾霾天气中的污染颗粒物主要来自于自然现象和人类活动。在自然现象中,雾霾主要是由散布着的尘土、扬沙、海盐、火山灰、沙尘暴等引起的。当前雾霾最主要的来源是人类活动排放的污染物,人类活动排放源主要包括:工业生产排放的废气;汽车(尤其是使用柴油的大型车)排放的尾气;垃圾焚烧产生的废气;建筑工地和道路交通产生的扬尘;冬季烧煤供暖所产生的废气等。一旦人类排放的污染物超过大气循环能力和承载能力,污染物颗粒物的浓度就会持续升高,此时若出现明显的静风现象和逆温现象,极易出现大范围的雾霾天气。

1.2  雾霾形成的气象条件

导致雾霾天气形成的气候原因主要有2 点,一是城市化建设使高楼越来越多,风流经城区时由于被高楼阻挡及摩擦作用,风速大大降低,导致水平方向静风现象增多,雾霾在城区和近郊区周边聚积,很难稀释扩散;二是由于大气在垂直方向出现逆温现象,空气垂直运动减弱,大气中的颗粒物大多被阻滞在低空和近地面,很难向高空飘散。

2 雾霾对农作物的影响途径

雾霾对农作物的影响途径可分为直接影响和间接影响。雾霾对农作物的直接影响主要表现在2 个方面,即雾霾天气对农作物的呼吸作用及对农作物光合作用的影响。雾霾对农作物的间接影响,主要表现在雾霾对温室大棚等农业设施的影响。Andrew研究表明,雾霾天气中的灰尘会对植物的光合作用、呼吸及蒸腾作用产生影响。

2.1 雾霾使农作物的呼吸作用减弱

雾霾天气能见度降低,使农作物呼吸困难,雾霾天气中悬浮的污染颗粒物通常难以落到地面, 但农作物叶片表面的茸毛及黏液、油脂等分泌物却可以吸附雾霾中的部分污染颗粒物。农作物与大气不断进行活跃的气体交换,雾霾中的有害物质主要通过农作物叶片上的气孔进入。长此以往,叶片上的气孔被小颗粒物阻塞,使农作物的呼吸作用减弱。杜梅等对9 株解析木进行了分析测定,得出空气中的水泥粉尘对其生长有抑制作用,水泥粉尘沉降在林木叶片上会阻塞气孔、阻挡光线,从而使林木的生长受到抑制。

2.2 雾霾使农作物的光合作用降低

光照是合成叶绿素的必要条件,是光合作用的能量来源,对农作物生长的许多过程如休眠芽的萌发生长、种子的萌发等都有重要影响。此外,气孔开度和碳同化酶的活性也与光照有关,因此光照是影响农作物光合作用的重要因素。光合作用能合成植物90%~95%的干物质,叶片的光合作用直接影响农作物的产量。雾霾通过对光强度、光质产生影响,从而使光合作用率降低,影响农作物的生长及产量。

2.2.1 雾霾对光强度的影响

在黑暗环境中叶片没有光合作用,只有呼吸作用,光合速率随着光强度的增高相应升高。当光照强度发生变化时,农作物的部分生理特性会随着光照强度变化而发生相应改变。雾霾天气时,空气中的污染物小颗粒增多,光强度减弱。同时,叶面聚积的雾霾污染颗粒也会使农作物光合作用降低。

2.2.2 雾霾对光质的影响

农作物生长离不开光照,并利用光照进行光合作用,不同波段的光波对农作物生长产生不同的作用。红光在农作物的开花期和结果期有显著作用,使生长速度加快、结果量增多;蓝光对农作物的向光性、气孔开放及叶片的光合作用有影响, 同时还对促进叶绿素与类胡萝卜素吸收、加速植株发育有显著作用;黄光能促进农作物根部及发芽初期的生长。雾霾天气时,不仅使光强降低,还会使蓝光和绿光的比例增加,绿光对光合作用属于低效光,导致农作物光合作用减弱,进而使生长受到抑制。

2.2.3 雾霾对光照时间的影响

雾霾天气时,空气中悬浮小颗粒增多,在降低光照强度的同时,也使光照时间减少,降低了植物的光合作用。雾霾天气尤其对长日照植物影响显著,例如油菜是长日照植物,当进入光照阶段后,其生长发育需要满足每日12 h 以上的光照,若光照明显不足将导致油菜不能正常抽苔开花。赵全梅等通过研究光照时间的变化与玉米产量、油菜产量和高粱产量的关系,得出光照不足会使农作物的产量降低。

2.3 雾霾对农业设施的影响

雾霾天气对农业设施影响很大,悬浮于空中的雾霾污染颗粒使太阳光传播受到阻碍,降低温室内光照质量。温室大棚塑料棚膜表面附着大量灰尘颗粒,降低薄膜的透光率会造成大棚内光照不足,影响农作物的光合作用,进而导致农作物生长缓慢、植株萎蔫、落花落果、果实着色不均和转色困难等一系列现象,甚至使农作物严重减产。另一方面,雾霾天气非常容易爆发蔬菜病虫害,严重影响大棚蔬菜的品质、产量和经济效益。光照不足还会导致设施蔬菜幼苗质量差,影响农作物生长,导致农业产量下降。

3 雾霾对农作物的危害

雾霾对农作物的危害程度不仅与雾霾中有害气体的种类、浓度和持续时间有关,同时也与农作物的品种、生长发育阶段密切相关。如果农作物细胞中累积的雾霾有害物质浓度超过了其承受范围就会造成危害。雾霾天气对农作物的危害方式可以分为急性、慢性和隐性危害。

3.1 急性危害

急性危害是指高浓度雾霾天气,空气中的有害物质在短时间内对植物造成的伤害。导致叶表面变成灰绿色,叶片出现坏死斑点,甚至导致叶表面的毛孔和气孔受到损伤,从而使农作物的光合作用和分泌作用受到影响。当雾霾中的有害物质通过气孔或角质层扩散后,可使植物细胞产生中毒现象,导致农作物出现深度坏死或衰老的斑点,严重时可导致农作物全株死亡。

3.2 慢性危害

当农作物长期暴露在低浓度雾霾环境中会受到慢性伤害, 雾霾中的有害物质会干扰农作物养分和能量的吸收,逐步破坏叶绿素合成,使农作物叶片变小、叶片失绿、生长和发育过程受抑制,甚至干扰农作物的繁殖过程,使花粉的活力降低,果实减少,种子的发芽能力降低,干扰农作物的代谢或生长过程,导致农作物异常发育和衰老时间提前。

3.3 隐性危害

低浓度的雾霾天气在长时期内对农作物生长发育的影响及外部形态没有明显症状,但有害物质积累到一定程度可使其代谢过程受到影响,导致农作物产量及品质下降。另外,雾霾不仅给农作物造成直接伤害,还使农作物因生长发育不良、抗逆性减弱而产生一些间接伤害,例如易受病虫的侵袭等。张春艳通过研究雾霾对温室草莓的影响,分析认为雾霾天气会导致温室大棚内光照不足,农作物光合作用降低,大棚内气温降低、湿度增加,极易爆发草莓病虫害。