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Row land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. 1 The destructionmechanism o f the ozone layer

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