臭氧对农业的影响

课程论文题目臭氧对农业的影响学生姓名学号院系专业指导教师二O一四年五月二十七日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1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,可以抑制植物的生长,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。2.2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。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。3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。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。4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,我们可以通过进口来缓解粮食危机，但这样势必受制于人，从而影响到国家的方方面面。因此,我国在相当长的时间里还将面临严峻的挑战。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：试验条件空气臭氧浓度：2-4毫克/立方滴灌水中臭氧浓度：0.2-0.4毫克/升西瓜白粉病：在叶面上形成的白粉状面积缩小，颜色变浅病毒组织在根下被破坏，白粉病的病源得到抑制番茄疫霉菌病：菌丝和各种孢子停止流动叶子、果实上的黑毛缩小脱落，病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：试验区处理内容发病率（%）病状1菌接种，施臭氧水57.6其它区没有的点状坏死2菌接种，施农药53.7不明显病斑产生3菌接种，施蒸馏水68.6大的明显病斑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。(1)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。(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。5参考文献：[1]穆恒宝.臭氧层破坏对人类的影响[J].环境科学动态,1995(1):24-25.[2]MARIOMOLINA,ROWLANDFS.Stratosphericsinkforchlorflouromethanes:chlorineatomcatalyseddestruction[J].Nature,1974,249(5459):811-812.[3]佚名.关于平流层中臭氧及其损耗的科学知识和事实[J].世界环境,1999(4):5-6.[4]泷泽行雄,方长东,周吉海.臭氧层破坏与健康管理[J].日本医学介绍,2000,1(1):45.[5]张利伯,戴玉林.臭氧层破坏及其对人类的影响[J].中国公共卫生,1993,9(10):457-458.[6]王云采.臭氧层变薄威胁人类的健康与生命[J].生活与健康,2005(9):25-27.[7]李莉.臭氧层的破坏及其影响[J].河北理工学院学报,2003(3):103-105.[8]广东省制冷协会科普委员会.地球臭氧层的破坏及危害[J].制冷,1990(4):71-72.[9]郎根栋.臭氧及臭氧层破坏带来的灾害及防治对策[J].灾害学,1990(2):90-92.