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臭氧对农业影响
臭氧对农业影响
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课程论文
题目臭氧对农业的影响
学生姓名
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专业
指导教师
二O一四年五月二十七日
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臭氧对农业的影响
摘要:
臭氧层的破坏就是人类当今所要面临的重要环境问题中的一个自科学家发现南极臭氧空洞以来臭氧层破坏问题开始被越来越多的国家所重视但在平时我们所关注较多的是臭氧含量减少对人体及其它生物的危害而对臭层氧破坏对农业产生的影响和臭氧在农业上的应用这一层面上的研究却并不多见。
本文主要介绍一下臭氧层的概念作用臭氧层破坏产生的原因和臭氧对农业的影响。
关键词:
臭氧;臭氧层破坏;农业;应用
引言
近地层臭氧(O3)是一种对陆地植被有很强毒性作用的气体污染物,可以抑制植物的生
加速植物老化,改变碳代谢,降低产量,对全球生态系统和农业安全存在严重威胁。
如何准确评价和预测O3浓度持续升高对作物的影响是污染生态学研究的热点之一。
本文主要介绍一下臭氧层的概念作用臭氧层破坏产生的原因和臭氧对农业的影响。
2臭氧层的含义及作用
2.1含义:
在大气平流层中距地面20-40公里的范围内有一圈特殊的大气层这一层大气中臭氧含
量特别高。
大气平均臭氧含量大约是0.3ppm而这里的臭氧含量接近10ppm高空大气层
中90%的臭氧集中在这里因而称之为臭氧层。
2臭氧层的作用:
大气臭氧层主要有三个作用如下:
2.2.1保护作用
臭氧层能够吸收太阳光中的波长300μm以下的紫外线主要是一部分中波紫外线UV-B
和全部的短波紫外线UV-C保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。
只有长波紫
外线UV-A和少量的中波紫外线UV-B能够辐射到地面长波紫外线对生物细胞的伤害要比中波紫外线轻微得多。
所以臭氧层犹如一件宇宙服保护地球上的生物得以生存繁衍。
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图2保护作用示意图
2.2.2加热作用
臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气由于这种作用大气温度结构在
高度50km左右有一个峰地球上空15~50km存在着升温层。
正是由于存在着臭氧才有平流层的存在。
而地球以外的星球因不存在臭氧和氧所以也就不存在平流层。
大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响这一现象的起因也来自臭氧的高度分布。
2.2.3温室气体作用
在对流层上部和平流层底部即在气温很低的这一高度臭氧的作用同样非常重要。
如果这一高度的臭氧减少则会产生使地面气温下降的动力。
因此臭氧的高度分布及变化是极其重要的。
臭氧层的破坏
臭氧层破坏的原因至今还没有被完全的解读出来目前公认的原因:
3.1臭氧层破坏的机理
1974年美国科学家Rowland和Molina认为,同温层渗入了氟氯甲烷、氯原子对臭氧具有
催化破坏作用。
在平流层的臭氧层中,在太阳紫外线的照射下,有如下反应平衡:
由于排放出来的CFCS气体具有非常稳定的特点,在大气对流层中几乎完全不分解,所以能够扩散到大气平流层中,当其受到来自太阳的紫外辐射时,就会发生碳-氯链断裂的光化学反应,产生氯原子,如
接着Cl会引发一系列破坏臭氧的链式反应
净反应为:
其作用机制见图1。
相关研究表明,1个氯原子引发的这种链式反应大约可以破坏10万个臭氧分子,所以CFCS气体的排放致使O3不断消耗,从而使臭氧失去其吸收紫外线的性能。
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Fig.1Thedestructionmechanismoftheozonelayer
图1臭氧层破坏机制示意
臭氧的含量日趋减少臭氧层越来越薄。
据美国宇航局最近公布的一份观测资料表示全球的臭氧含量于1969年比己减少了3%。
臭氧层破坏所导致的最主要最直接的结果是对生物有害的中波(UV-B)、短波(UV-C)
紫外线辐射的增强。
研究表明臭氧浓度每减少1%到达地表的太阳紫外线辐射增加2%。
随
着臭氧层的变薄使到达地表的UV辐射大量上升尤其是地表的UV-B辐射增加对人类社会生产活动将产生深远的影响特别是对农业生产的影响更大而且更为直接。
臭氧对农业的影响
4.1臭氧层破坏对农作物的影响
4.1.1对农作物生长发育的影响
过量紫外线(UV)对农作物生长产生抑制作用形态上表现为植株矮化株型缩小。
其
矮化程度随作物种类、品种、作物所处的生长阶段及辐射强度的不同而不同。
一般C3植物对紫外线较为敏感C4植物则欠敏感。
紫外线辐射还可抑制农作物的叶面积但品种之间是有
差异的例如对大豆叶面积的抑制较对小麦叶面积的抑制大。
总的来说紫外线辐射能明显地推迟作物生长发育的进程且紫外线强度越大生育
期滞后效应越明显。
并且不同发育期滞后效应不同例如大豆以三叶期一旁枝形成期对UV辐射最为敏感。
4.1.2对农作物生理活动的影响
紫外线增加抑制作物的净光合速率。
紫外线辐射使气孔开张度减小导致光合作用速
率下降。
Van等对13种植物进行UV-B照射发现植物的净光合速率对紫外线的反应相差甚
大C4植物对紫外线不太敏感而C3植物较为敏感。
从不同叶位的净光合作用速率测定值
上发现随着叶位升高紫外线辐射对光合作用的抑制作用增强表明幼叶对UV的反应比
老叶敏感。
紫外辐射对作物光合作用的影响还因光强、气温及水分等环境因子的差异而不
同在光强低温度适宜水分充分的情况下UV的抑制作用最为明显。
4.1.3对农作物产量的影响
紫外辐射对大豆生物学产量有较大影响。
随着UV辐射强度增加干物质累积量下降
UV辐射增加8%大豆干物重下降53.3%;UV辐射增加10%小麦生物学产量下降25.5%。
UV
辐射对大豆干物质积累的影响随生育期进程而加大但不同时期UV的影响量不同。
实验表
明植物经UV照射后其光合速率和光合产物累积下降同步进行。
试验结果表明紫外线通过长期对作物生理活动的限制及光合面积的减少最终使得
作物经济学产量下降作物穗数、粒数、粒重等产量指标均下降。
Biggs等工作表明低水平
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我们可以通过进口来缓解粮食危机但这样势必受制于,我国在相当长的时间里还将面临严峻的挑战。
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的UV-B辐照对水稻和其它作物的产量无影响但在高水平UV-B下所有供试作物产量全部
下降。
若未来地表接受的紫外线量增加8%~10%其它条件不变由于紫外辐射增加可导致大
豆减产40%以上小麦减产20%。
当然未来由于农业技术措施的提高及气候变化作物实际产
量不会下降如此之多但紫外线对农业生产的影响不可低估。
中国人均土地资源匮乏人均耕的面积更是少得可怜中国每年的粮食产量仅仅是够用而已随着人口的增加粮食的需求量还会增多因此紫外线增强所造成的农作物减产将会严重威胁到人们的生存及发展。
当然
人从而影响到国家的方方面面。
因此
4.2臭氧在农业上的应用
4.2.1臭氧在农业使用的概况
我国在农业上使用不少农药环境污染已构成社会性的问题。
臭氧具有强氧化力与杀菌
作用作为防止药害及环境污染的一个手段正在各行业得以应用如设施园艺(营养液栽培)
种子育苗保鲜等的杀菌消毒另外低浓度的处理以促进发芽、生长也较得效果。
由于农业
涉及诸因子之复杂性同样是臭氧因浓度与处理方法的不同对植物及生命体的影响也具有完全不同效果。
4.2.2臭氧气体用于设施内植物
臭氧发生器能有效防治暖棚中番茄、香瓜、黄瓜的霜霉病、灰霉病等并能去除茄子、
蘑菇类、盆花等的霉杂菌及蚜虫还有促进生长之效果。
小型温室只需装一台在通路上方布管可达到很好扩散效果。
4.2.3氧水用于大棚滴灌
臭氧水滴灌可驱除营养液中藻类也可用于营养液病害的杀灭。
因采用根部浸渍栽培时浓度在0.1MG/L以上会有损害所以可在休闲期对营养液处理或者以循环方式即在营
养液回流储存罐时注入臭氧的间歇方式杀菌。
例:
单栋温室350平方均高2米。
12-3
月间使用WS07型臭氧机每1-2天开机
一次每次
60分钟对空气净化同时每
3天往水箱中吹臭氧100升的水箱曝气
20分钟。
经臭氧处理的大棚菜的状况:
试验条
空气臭氧浓度:
2-4
毫克/立方
滴灌水中臭氧浓度:
0.2-0.4
毫克/
件
升
西瓜
白粉病:
在叶面上形成的白粉状
病毒组织在根下被破坏白粉病的
面积缩小颜色变浅
病源得到抑制
番茄
疫霉菌病:
菌丝和各种孢子停止
叶子、果实上的黑毛缩小脱落病
流动
原菌不再侵害
黄瓜
霜霉病:
叶背上紫灰色霉变浅
卷缩的叶子变得展开同时叶脉清
晰灰色叶子完好
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4.2.4臭氧喷雾防治空气传染性病菌
选用抗叶霉病较弱的番茄品种设4个试验区进行菌接种;
1喷雾后修正浓度为0.3mg/l的臭氧水喷雾区
2百菌清农药700倍稀释的农药喷雾区
3蒸馏水喷雾区
4无接种无喷雾对照区。
每区各选8株在5-7枚主叶时用喷雾器对叶子喷雾然后计算发病率只要叶子上出现
病斑即算得病。
发病率=(总得病叶数/总叶数)_100(%)。
从目测结果也可得出臭氧区仅
次于农药区具有其抑制效果:
试
处理内容
发病率
病状
验区
(%)
1
菌接种施臭氧
57.6
其它区没有的点状坏
水
死
2
菌接种施农药
53.7
不明显病斑产生
3
菌接种施蒸馏
68.6
大的明显病斑
水
4
无接种无喷雾
52.2
极少数小病斑
4.2.4臭氧于集约化畜牧场应用
畜牧养殖场大量的粪便引起的空气恶臭恶臭物质中有许多低级胺类和硫化物类臭氧可与这些物质反应快速氧化、除臭并同时对空气进行杀菌消毒。
以及可用臭氧水对场地
进行物体表面消毒。
4.2.5高级氧化技术于净菜加工应用
根据测试使用普通家用臭氧机在水中曝气能达到的臭氧水浓度为0.2-0.3mg/l这
种浓度下臭氧对各种农药基本无任何效果。
法国Buescher等人的测试显示对容易去除的
有机磷农药臭氧浓度要达5-10mg/l作用10-15分钟才能有满意的去除而对有机氯农药在20mg/l臭氧水下作用15分也才有50%去除。
而只要超过浓度1-2mg/l臭氧水的浸泡会使果蔬漂白并且严重破坏营养单独臭氧氧化去除农药无法达到效果。
富水科技应用国外前沿的高级氧化技术通过催化臭氧化过程在水中形成具有很强氧化能力的自由基强化分解残余农药提高了氧化能力和反应速度同时因臭氧水浓度不需很高也不致破坏果蔬营养物质。
消毒杀菌
因臭氧对细菌、ù菌、病菌等微生物具有极强的杀灭力。
在种植过程中空气中通入臭氧其种植物的病原菌的菌数均随着臭氧处理时间的增加而明显减少。
(2)水质消毒
通过专用装置将一定浓度的臭氧投入水中使其产生臭氧水达到消毒效果。
在使用臭氧设备时将一定浓度的臭氧水先部杀死水中细菌再进行灌概。
(3)种子处理
臭氧可对农作物种子进行消毒处理以减少种子的变质发病机率。
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(4)防ù保鲜
绿色有机农作物不能含农药及防腐剂农副产品如处理不当则容易变质长ù。
将臭氧设备运用到农作品储藏冷库或保鲜库不但可实现臭氧发生器自行运行杀菌防ù。
对农产品果蔬菜类不但能杀菌防ù还能延长农副产品的保鲜期。
将臭氧运用到现代农业种植中不但绿色环保净化种殖环境而且无毒害残留物质
不产生二次污染促进农业结构的调整和农业健康可持续发展。
随着社会经济水平的不断发展臭氧技术定能将在绿色农业种植生产中发挥重要作用。
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