酸雨对生物的影响

【专家解说】：酸雨对植物生长的影响

学生作者：初一4班丁哲远、陈柯宇、葛毅、汴文梁

背景资料：

1形成原因：近代工业革命，从蒸气机开始，锅炉烧煤,产生蒸汽,推动机器；而后火力电厂星罗齐布,燃煤数量日益猛增。遗憾地是，煤含杂质硫，约百分之一，在燃烧中将排放酸性气体SO2；燃烧产生的高温尚能促使助燃的空气发生部分化学变化，氧气与氮气化合，也排放酸性气体NOx。它们在高空中为雨雪冲刷，溶解，雨成为了酸雨；这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子。1872年英国科学家史密斯分析了伦顿市雨水成份，发现它呈酸性，且农村雨水中含碳酸铵，酸性不大；郊区雨水含硫酸铵，略呈酸性；市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐,呈酸性。于是史密斯首先在他的著作《空气和降雨：化学气候学的开端》中提出“酸雨”这一专有名词。

2酸雨：科学家发现酸味大小与水溶液中氢离子浓度有关；而碱味与水溶液中羟基离子浓度有关；然后建立了一个指标：氢离子浓度对数的负值,叫pH值。于是，纯水的pH值为7；酸性越大，pH值越低；碱性越大,pH值越高。未被污染的雨雪是中性的，pH值近于7；当它为大气中二氧化碳饱和时，略呈酸性，pH值为5.65。被大气中存在的酸性气体污染,pH值小于5.65的雨叫酸雨。

3酸雨的危害：酸雨危害危害包括森林退化，湖泊酸化，鱼类死亡，水生生物种群减少，农田土壤酸化、贫脊，有毒重金属污染增强，粮食、蔬菜、瓜果大面积减产，使建筑物和桥梁损坏，文物面目皆非。

探究过程:

[1]提出问题：

酸雨对种子发芽率和幼苗的生长有不利影响吗？有怎样的不利影响?不同的酸在同一PH时对同种植物种子发芽率和幼苗的生长有不同的影响吗？

[2]作出假设：

酸雨对种子发芽率和幼苗的生长有不利影响，可能会使种子发芽率降低，幼苗叶片表面有斑点等现象。不同的酸在同一PH时对同种植物种子发芽率和幼苗的生长影响基本相近。

[3]探究方案：

⑴材料用具：①5×3×100颗青菜种子（子粒饱满无病斑）②5×3套培养皿（规格一样）③吸水纸④5支吸管⑤PH＝3的盐酸溶液⑥PH＝3的硫酸溶液⑦PH＝3的冰乙酸溶液⑧PH＝7的清水⑩4-6张设计好的观察记录表

⑵探究步骤：①观察种子的萌发和萌发后幼苗的生长状态，将青菜种子分散放在铺了吸水纸的培养皿里，保持湿润（用每组相应的溶液湿润），放在向阳处，每个培养皿中青菜种子数为100颗。

②观察记录：表1—4，格式如下：

[4]观察记录及分析：（具体记录附表）

1.酸雨对种子发芽率的影响（见表一）

对第四天、第八天的观察记录进行分析如下：表一

注：冰乙酸3、4代表PH=3，PH=4，冰乙酸4是在冰乙酸3第四天还未发芽的情况下进一步探究做对照得出的数据。

分析：种子发芽率是指在最适宜条件下，在规定天数内，发芽的种子占供试种子的百分数。上表显示在对照组清水中的发芽率最高：第四天为22℅，其次为盐酸16℅，硫酸8℅，冰乙酸3为0；第八天为45℅，其次冰乙酸4为21℅，盐酸18℅，硫酸12℅，由此说明两点：一、酸雨降低了种子的发芽率，与假设相符；二、同ph的不同酸对种子发芽率影响不同，与假设不符，分析其原因有两点：一是盐酸具有挥发性，虽然培养皿加盖培养，但还是有少量的盐酸挥发掉，降低了种子发芽时种子周围的酸性。二是不同的酸存在电离程度的差别。分析各酸的电离方程式：HCL=H++Cl-(盐酸是强酸，完全电离)，H2SO4=H++HSO4-；HSO4-=H++SO42-(硫酸是二元酸，一级电离完全电离，受[H+]影响，[H+]大时，二级电离平衡常数Ka=1.20×10-2)，HAc=H++Ac-(醋酸是弱酸，不完全电离，在25℃时，其电离平衡常数Ka=1.76×10-5。)

当PH=3时，由上分析可知，醋酸浓度最大，其次是硫酸，盐酸。在种子萌发的过程中，随H+被消耗，弱电解质硫酸根离子、醋酸电离程度加大。由于硫酸根离子的Ka远大于醋酸的Ka，因而在种子萌发的酸环境中，随着时间的推移，H+的消耗，醋酸的PH最小，其次是硫酸、盐酸。

2.酸雨对幼苗的生长状态的影响（见表二）

对第四天、第八天的幼苗烂芽、烂根、叶片出斑点和根周围有霉菌等观察记录进行分析如下：表二

注：冰乙酸3种子未萌发不作比较，冰乙酸4后期进行观察时间短也不作比较。

分析:上表显示硫酸对幼苗的危害性大，盐酸相对轻些。原因可能主要是硫酸是二元酸，在PH=3时，其不完全电离，其酸性比盐酸大，其对幼苗的不良影响相对也大些。

[5]得出结论：

由上分析可见，酸雨的PH越小，即酸性大，对生物生长不良影响就大。其生理机制主要是酸雨中的H+降低了细胞PH值，改变了生物生长、发育和繁殖等生命活动所需要的正常酸碱度，酸雨所带来的过量H+会替换其它元素，包括钾、镁、钙等营养元素，从而影响植物的生长。高浓度H+还可以溶解土壤中自然产生的铝，铝一旦被分解释放就会妨碍植物根系吸收水分和养料的能力，尤其是影响镁的吸收。随着镁的溶出，土壤中会发生镁不足的情况，镁是叶绿素的核心元素，是植物的活性、新陈代谢不可欠缺的元素，缺少镁将会导致植物枯萎，而重金属如锰、铬、铅、汞等元素在酸性的作用下，也可变成可溶性物质，这不仅使植物遭受毒害，还会污染地下水和江河湖泊，从而严重危害到其他生物的生存

[6]讨论：

⑴为什么会有人工模拟酸雨大棚？形成的污染危害，短则数月，长则数年，才能明显看出。为了缩短效应时间，方便实验条件，人们建立了类似于体育馆大小规模的塑料或玻璃大棚，实施人工气候，按时喷撒酸雨，馆中种植各类树木植物，小型池塘饲养各种鱼类，其术语叫“模拟酸雨”。它帮助人类认识酸雨规律，找出有效防治措施。

⑵土壤酸化后会有怎样的影响？土壤中含有大量铝的氢氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的形态铝化合物。植物长期和过量的吸收铝，会中毒，甚至死亡。酸雨尚能加速土壤矿物质营养元素的流失；改变土壤结构，导致土壤贫脊化，影响植物正常发育；酸雨还能诱发植物病虫害，使作物减产。

⑶如何有效地控制酸雨？使用干净无污染的能源，如太阳能，潮汐和地热等，发展沼气，使用低硫煤。要将汽车尾气净化，用甲醇，燃气代替汽油。另外公众参与意识要强，例如,我们可以在校园内或马路边种植一些对酸雨敏感性植物,以观测酸雨对环境的影响；或筛选和培植抗酸雨经济作物,花卉等,以改造环境。这些活动有利于提高我们的环保意识和增加环保知识。