臭氧层的作用

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题目臭氧对农业的影响

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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，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：

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

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。

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：

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

臭氧层破坏对农作物的影响

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。

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。

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%；UV辐射增加10%，小麦生物学产量下降%。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

．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。

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。

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：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

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

其它区没有的点状坏

死

2菌接种，施农药不明显病斑产生

3

菌接种，施蒸馏

水

大的明显病斑

4无接种无喷雾极少数小病斑

．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。

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，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。

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