模擬酸雨

在實驗室中模擬酸雨的形成，用pH檢測“酸雨”的酸度，並探討酸雨產生的影響。

基本介紹

• 中文名：模擬酸雨
• 地點：實驗室中
• 檢測：pH檢測“酸雨”的酸度
• 意義：探討酸雨產生的影響

概述

利用OS5－FL飽和脈衝調製式螢光測定儀研究了酸雨脅迫對龍眼葉片葉綠素a螢光特性的影響。結果表明：在pH≤3．5的酸雨脅迫下，龍眼葉片葉綠素a熒樂誘導動力學曲線發生明顯變化，Fv/Fm、Fv/Fo、PSⅡ非環式電子傳遞的量子效率（ΦPSⅡ）、螢光下降比值（Rfd）、光化學猝滅係數（Qp）和非光化學猝滅係數（QN）均隨酸雨pH下降而降低，說明酸雨抑制了PSⅡ的功能和碳同化能力。

科學依據

不同pH值模擬酸雨對水稻土中鉛元素釋放的影響不同。酸雨pH值越低，對土壤酸化影響越大。酸雨強度增加對水稻土中Pb釋放有促進作用。

酸雨作用下，不同施磷條件對水稻土中鉛元素釋放的影響不同。施磷量越多，水稻土中Pb的淋失總量越大。

在不同強度酸雨及各種施磷條件下，大興地區黃褐土中Pb較義城地區水稻土易於淋失。

在酸雨及施磷條件下，大興地區黃褐土Pb較義城地區水稻土易於淋失。

研究結果有助於探明酸雨地區水稻土中鉛的環境化學行為，從而為鉛污染防治以及為在酸雨地區農田施用磷肥的風險性評價及指導農業施磷肥提供科學依據。

模擬酸雨環境對富貴竹的脅迫效應

摘要： 以富貴竹（ Dispornm sp. ）為實驗材料，研究不同 pH 值的模擬酸雨對其生理脅迫的效應，在酸雨脅迫下其細胞質膜透性隨 pH 值下降而升高。

酸雨是指 pH 值小於 5.6 的雨水、凍雨、雪、雹、露等大氣降水。現已確認，大氣中的二氧化硫和二氣化氮是形成酸雨的主要物質。

酸雨對人類社會造成多種危害，它會使存在於土壤、岩石中的金屬元素溶解，流入河川或湖泊，使得魚類大量死亡，並使水生植物及引水灌溉的農作物，累積有毒金屬，將會經過食物鏈進入人體，影響人類的健康；影響農林作物葉部的新陳代謝，同時土壤中的金屬元素因被酸雨溶出，造成礦物質大量流失，植物無法獲得充足的養分，而枯萎、死亡；湖泊酸化後，可能使生態系統改變，甚至湖中生物死亡，生態機能因而無法進行，最後變成死湖。

大量的環境監測資料明，由於大氣層中的酸性物質增加，地球大部分地區上空的雲水正在變酸，如不加控制，酸雨區的面積將繼續擴大，給人類帶來的危害也將與日俱增。目前，全球已形成三大酸雨區。我國覆蓋四川、貴州、廣東、廣西、湖南、湖北、江西、浙江、江蘇和青島等省市部分地區，面積達 200 多萬平方公里的酸雨區是世界三大酸雨區之一。

酸雨傷害植物的生態學效應與生物學機理已有一些相關報導，並在此基礎上開展了酸沉降地區植被生態恢復技術的研究與實踐。為此，本研究以富貴竹為材料，研究酸雨對富貴竹的脅迫效應。

富貴竹（ Dispornm sp. ）單子葉植物綱（ Monocotyledoneae ），百合目（ Lilivforae ），百合科（ Liliaceae ），是常見的喜陰植物。

材料與取樣

實驗材料在校內的植物園取的，取樣時間為 11 月 28 日上午 9 點左右，當時的氣溫大約為 20 度，空氣濕度約為 90% 。植物從土壤中挖出後，大約在半個小時後就種植到花盆中，九棵植物分五個盆種植，除了一個種植一棵外，其餘的均種植兩株，並編上號①②③④⑤，其中①號是只有一株植物的，其他的都有兩株，以供實驗。

模擬酸雨，由於在南方地區，尤其是在廣州，天然酸雨中硫酸根和硝酸根的比例大約為五比一，所以以硫酸溶液模擬天然酸雨，製造酸雨環境。配製 pH 值分別為 5 ， 4 ， 3 ， 2 的溶液，以模擬不同程度的酸雨。並以蒸餾水（ pH 約為 5.6 ）作為對照。

實驗過程

每天用微型噴霧器以蒸餾水 ①號 ，分別以 pH 分別為 5 ， 4 ， 3 ， 2 的硫酸溶液噴灑 ②、③、④、⑤號，①號是為了作為實驗的對照，以鑑定實驗結果，②、③、④、⑤號用不同濃度的硫酸溶液噴灑是為了分辨不同程度的模擬酸雨對於植物的脅迫效應 [1] 的程度的不同。噴灑時儘量把液滴調小，以儘量營造酸霧的效果為原則。但是由於時間的限制，所以本來所預計的每隔 24 小時噴灑一次的計畫沒有達到。所以在實驗過程中，由於實驗持續的時間比較長，所以沒辦法做到每天都在相同的時間噴灑，所以可能會影響實驗效果。但是由於有對照的實驗材料，所以相信這些影響對實驗結果沒有太大的影響。

實驗結果

噴灑數天后，噴灑硫酸溶液的幾組葉片上和葉片末端開始有黃褐色的斑點出現，其中最早出現斑點的是噴灑 pH2 的，而且少數葉片邊緣也開始乾枯，而其他噴灑硫酸的幾組也相繼出現斑點以及葉片顏色由深綠色變為較為淺淡的，其中 pH5 的那組由始至終都沒有出現斑點。而噴灑蒸餾水的那組葉片始終保持深綠色，在外觀上也沒有太大的變化。相對照之下，出現斑點葉片數最多的是噴灑 pH2 的一組。這與開始預期的結果吻合。

而且隨著時間的遷移，噴灑硫酸溶液的幾組中，葉片均出現不同程度的顏色變淡，枯黃和葉片屈卷現象，而且 5 組中均有出現下部葉片變黃的現象，不過根據以往的經驗所得，富貴竹在栽種過程中是有可能出現下部葉片變黃的現象，而且同時出現在 5 組中，所以估計那是因為其生理所導致，與實驗沒有關係。

在實驗過程中，但是從外型上是沒有辦法得到實驗結果的，只有通過其各項生理指標才能了解其所受到的脅迫效應。在各項生理指標中，我們選擇了相對電導率 [1] 作為鑑定的指標並進行了測量。在 12 月 4 日 、 7 日、 11 日、 14 日、 17 日分別進行了電導率實驗。

相對電導是反映細胞膜的損害程度的生理指標，可以通過電導儀直接測量所的，而在做該實驗過程中所需要的儀器有：電導儀、水浴鍋和三角錐瓶 5 個。

相對電導率的測試方法：在植株上剪取處於差不多位置的葉片， 於天平上稱取 0.5 g鮮重的葉片，放入燒杯，加水至 50 ml浸泡 20 min，測定電導率S 1 ，在水浴鍋上加熱煮沸 20 min，然後冷卻至室溫 , 補充水分至 50 ml，測定電導率S 2 ，計算公式為：相對電導率 = S 1 / S 2 × 100% 。

結果分析與討論

細胞質膜透性 [2] 是反映植物遭受酸雨傷害的一個生理指標。細胞質膜是控制細胞內外物質交換的屏障，其透性狀況關係到細胞內離子平衡（營養平衡、電化學平衡等）、胞液 pH 值穩定、能量代謝及酶化學反應等能否征程進行。如上表所示，相對導電率隨著 pH 值的下降而增大。噴灑 pH5 硫酸一組的與噴灑蒸餾水的一組相差不大，而由 pH5 到 pH4 的增幅也比較小，所以可以推測， pH5 和 pH4 的酸雨對其生理的脅迫效應不是很明顯，對細胞質膜透性影響不大。。而 pH4 到 pH3 之間則有明顯的增幅，由次可以推測 pH4 到 pH3 之間的酸雨對其生理脅迫效應明顯增大，對細胞質膜透性有明顯的影響。在上表數據中，既反映出了

細胞質膜透性與酸雨 pH 值的密切關係，也反映出了植物對不同程度酸雨敏感性的差異。

酸雨對植物損傷的機制之一就是使質膜的選擇透性喪失，質膜的作用是維護細胞內微環境的相對穩定，並且擦於同外界環境進行物質交換、能量和信息的傳遞，在細胞的生存和生長中都有重要意義。質膜受到損害，回影響細胞內環境的穩定，而導致細胞受損，對細胞的生存造成一定的威脅。長時間處於酸雨環境中，即使是在濃度較小的中，也對植物的細胞造成嚴重影響，從而對植物體造成影響，影響起生存和生長。

模擬酸雨影響植物種子的萌發實驗

證明酸雨的危害

（1）實驗1：用模擬酸雨培養水草驗證酸雨對水生植物的危害。

用pH值為4左右的模擬酸雨來培養水草，以此證明酸雨對水生植物的危害，並且用自來水培養的水草與之形成對比。為了實驗的準確性我們重複實驗了兩次。

實驗現象如下

模擬酸雨中的水草

對比組水草

pH值（平均）

4

7

整體

根部枯萎

健康、綠色、光滑

葉子

有斑點

綠色、光滑

莖

變黃枯萎

粗壯

經過5天的實驗後，養在模擬酸雨中的水草已經嚴重枯萎，葉片變白，根莖脫水。而這些現象是我們所預料不到的。但它的對比組還是很青綠。

（2）實驗2：在模擬酸雨中培養酸味草驗證酸雨對水生植物的危害。

實驗1中我們選的植物比較脆弱，為了更好地證明酸雨對水生植物的危害，我們又做了在模擬酸雨中培養酸味草的實驗來再次驗證酸雨的危害。

實驗現象：經過5天的實驗後，養在模擬酸雨中的酸味草已經嚴重枯萎，葉片和根莖被漂白。而這些現象是我們所預料不到的。但它的對比組還是很青綠。

結論：通過以上兩種水生植物的實驗和觀察到的現象，還有它們的對比組所形成的對比，說明酸雨對水生植物的危害很大，甚至能使植物在很短的時間內死亡。

（3）實驗3：用模擬酸雨澆灌雞冠花驗證酸雨對陸生植物的危害。

用pH值為4模擬酸雨澆灌雞冠花，通過實驗現象證明酸雨對陸生植物的危害。並且用自來水澆灌的雞冠花與之相對比。

實驗現象：15天后用模擬酸雨澆灌的雞冠花的葉子逐漸變黃，莖部出現皺紋，實驗後我們把整棵雞冠花挖出來看根部有爛根現象。這些現象都超出了我們預料之外。也是我們第一次看到酸雨對陸生的植物的影響是這么嚴重的。

記錄的數據

用模擬酸雨澆灌的雞冠花

對比組

澆水量

100mL酸水

100mL水

泥土pH值

6.5

6.5

結論

通過以上的實驗和我們觀察到的現象，再觀察它的對比組可得到：酸雨對陸生的植物是有很大危害，植物在模擬酸雨的長期影響下可以使植物枯萎死亡。

（4）實驗4：用模擬酸雨養魚證明酸雨對水生動物的危害。

我們用模擬酸雨來養小魚，通過實驗現象驗證酸雨對水生動物的危害，並且用自來水養的魚與之相對比。

實驗現象：將魚放入模擬酸雨溶液後10秒~15秒後，魚已經開始跳出培養器，我們再將魚放入模擬酸雨溶液中，魚在模擬酸雨溶液中不斷掙扎，想再跳出模擬酸雨溶液。1分鐘~2分鐘後，魚已經出現翻肚現象。4分鐘~5分鐘左右，魚已經奄奄一息，然後就死了。我們將在模擬酸雨溶液中的魚撈出來解剖，發現魚鰓已經變成褐紅色，再剖開魚的肚子，魚的內臟還是很正常。這說明酸雨破壞了魚的呼吸器官使魚不能呼吸以至死亡。

實驗後，我們查找了一些資料證實了水中的酸分子造成魚鰓形成黏膜，阻礙了魚吸收氧氣。如果黏液增加，魚則會窒息。另外，酸雨間接地造成鋁離子釋放到土壤中，經由雨水沖刷流入各種水體裡，這會對水體裡的魚產生致死的威脅。鋁離子使魚的鰓燒毀，並留在它的器官內造成很大的傷害。我們的實驗也從其中一個側面驗證了酸雨對水生動物的危害。