环境监测中利用植物监测空气污染状况

2023-11-23 理论教育版权反馈

【摘要】：空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进入植物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化反应，从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状。NOx对植物构成危害的浓度要大于SO2等污染物。如果一周后，除最远的监测点外，都发现了唐菖蒲不同程度的受害症状，说明该地区的污染范围至少达1 150m。吉林通化园艺研究所用花叶莴苣作为指示植物定点栽培指示二氧化硫，以此来预防黄瓜苗期受害。也可以使用图6-4所示植物监测器测定空气污染状况。

（一）指示植物及其受害症状

指示植物是指受到污染物的作用后能较敏感和快速地产生明显反应的植物，可以选择草本植物、木本植物及地衣、苔藓等。空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进入植物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化反应，从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状。这些症状虽然随污染物的种类、浓度，以及植物的品种、暴露时间不同而有差异，但仍具有某些共同特点，如叶绿素被破坏、细胞组织脱水，进而发生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄色、褐色或灰白色）的斑点，叶片脱落，甚至全株枯死等异常现象。

1.SO2指示植物及其受害症状

对SO2敏感的指示植物较多，如紫花苜蓿、一年生早熟禾、芥菜、堇菜、百日草、大麦、荞麦、棉花、南瓜、白杨、白蜡树、白桦树、加拿大短叶松、挪威云杉及苔藓、地衣等。

植物受SO2伤害后，初期典型症状为失去原有光泽，出现暗绿色水渍状斑点，叶面微微有水渗出并起皱。随着时间的推移，出现绿斑变为灰绿色，逐渐失水干枯，有明显坏死斑出现等症状；坏死斑有深有浅，但以浅色为主。阔叶植物急性中毒症状是叶脉间有不规则的坏死斑，伤害严重时，点斑发展成为条状、块斑，坏死组织和健康组织之间有一失绿过渡带。单子叶植物在平行叶脉之间出现斑点状或条状坏死区。针叶植物受伤害后，首先从针叶尖端开始，逐渐向下发展，呈现红棕色或褐色。

硫酸雾危害症状为叶片边缘光滑，受害轻时，叶面上呈现分散的浅黄色透光斑点；受害严重时则成空洞，这是由于硫酸雾以细雾滴附着于叶片上所致。

2.氮氧化物的指示植物及其受害症状

对NO2较敏感的植物有烟草、番茄、秋海棠、向日葵、菠菜等。

NOx对植物构成危害的浓度要大于SO2等污染物。一般很少出现NOx浓度达到能直接伤害植物的程度，但它往往与O3或SO2混合在一起显示出危害症状，首先在叶片上出现密集的深绿色水浸蚀斑痕，随后这种斑痕逐渐变成淡黄色或青铜色。损伤部位主要出现在较大的叶脉之间，但也会沿叶缘发展。

3.氟化氢的指示植物及其受害症状

常见氟化氢污染的指示植物有唐菖蒲、郁金香、葡萄、玉簪、金线草、金丝桃树、杏树、雪松、云杉、慈竹、池柏、南洋楹等。

一般植物对氟化物气体很敏感，其危害特点是先在植物的特定部位出现伤斑，例如：单子叶植物和针叶植物的叶尖、双子叶植物和阔叶植物的叶缘等。开始这些部位发生萎黄，然后颜色转深形成棕色斑块，在发生萎黄组织与正常组织之间有一条明显的分界线，随着受害程度的加重，斑块向叶片中部及靠近叶柄部分发展，最后，叶片大部分枯黄，仅叶主脉下部及叶柄附近仍保持绿色。此外，氟化物进入植物叶片后不容易转移到植物的其他部位，在叶片中积累，因此，通过测定植物叶片中氟的含量便可以说明空气中氟污染的程度。

4.光化学氧化剂的指示植物及受害症状

O3的指示植物有矮牵牛花、菜豆、洋葱、烟草、菠菜、马铃薯、葡萄、黄瓜、松树、美国白蜡树等。

植物受到O3伤害后，初始症状是叶面上出现分布较均匀、细密的点状斑，呈棕色或褐色；随着时间的延长，逐渐褪色，变成黄褐色或灰白色，并连成一片，变成大片的块斑。针叶植物对O3反应是叶尖变红，然后变为褐色，进而褪为灰色，针叶面上有杂色斑。

过氧乙酰硝酸酯（PAN）的指示植物有长叶莴苣、瑞士甜菜及一年生早熟禾等，它们的叶片对PAN敏感，但对O3却表现出相当强的抗性。

PAN伤害植物的早期症状是在叶背面上出现水渍状斑或亮斑，继之气孔附近的海绵组织细胞被破坏并被气窝取代，结果呈现银灰色、褐色。受害部分还会出现许多“伤带”。

5.持久性有机污染物（POPs）的指示植物及受害症状

对POPs敏感的植物有地衣、苔藓，以及某些植物的叶等。(www.chuimin.cn)

空气中的POPs从污染源排放到积累于地衣中至少需要2～3年的时间，因此，利用不同时间采集的地衣进行空气污染的时间分辨监测时，其分辨率在3年左右。利用不同地区地衣中POPs分布模式间的差异可进行污染源的追踪。苔藓没有真正的根、茎、叶的分化，不具有维管组织，仅靠茎叶体从周围空气中吸收养料，故苔藓能指示空气POPs的污染状况，而不受土壤条件差异的影响。研究表明，树叶中POPs的含量与空气POPs的含量成线性相关。其中，松柏类针叶由于表面积大、脂含量高、气孔下陷、生活周期长，对POPs的吸附容量大，在空气POPs污染监测中的应用最广，所涉及的化合物包括：PAHs、PCBs、OCPs、PCDD/Fs等。

（二）监测方法

1.栽培指示植物监测法

如果监测区域生长着被测污染物的指示植物，可通过观察记录其受害症状特征来评价空气污染状况；但这种方法局限性较大，而盆栽或地栽指示植物的方法比较灵活，利于保证其敏感性。该方法是先将指示植物在没有污染的环境中盆栽或地栽培植，待生长到适宜大小时，移至监测点，观察它们的受害症状和程度。例如：用唐菖蒲监测空气中的氟化物，先在非污染区将其球茎栽培在直径20cm、高10cm的花盆中，待长出3～4片叶后，移至污染区，放在污染源的主导风向下风向侧不同距离（如5m、50m、300m、500m、1 150m、1350m）处，定期观察受害情况。几天之后，如发现部分监测点上的唐菖蒲叶片尖端和边缘产生淡棕黄色片状伤斑，且伤斑部位与正常组织之间有一明显界线，说明这些监测点所在地已受到严重污染。根据预先试验获得的氟化物浓度与伤害程度的关系，即可估计出空气中氟化物的浓度。如果一周后，除最远的监测点外，都发现了唐菖蒲不同程度的受害症状，说明该地区的污染范围至少达1 150m。

研究发现：花叶莴苣较黄瓜对二氧化硫敏感，在同等二氧化硫浓度条件下，黄瓜出现初始受害症状的时间大约是花叶莴苣的4倍。吉林通化园艺研究所用花叶莴苣作为指示植物定点栽培指示二氧化硫，以此来预防黄瓜苗期受害。

也可以使用图6-4所示植物监测器测定空气污染状况。该监测器由A、B两室组成，A室为测量室，B室为对照室。将同样大小的指示植物分别放入两室，用气泵将污染空气以相同流量分别打入A、B室的导管，并在通往B室的管路中串接一活性炭净化器，以获得净化空气。经过一定时间后，即可根据A室内指示植物出现的受害症状和预先确定的与污染物浓度的相关关系估算空气中污染物的浓度。

图6-4 植物监测器

1.气泵；2.针形阀；3.流量计；4.活性炭净化器；5.指示植物

2.植物群落监测法

该方法是利用监测区域植物群落受到污染后，各种植物的反应来评价空气污染状况。进行该工作前，需要通过调查和试验，确定群落中不同种植物对污染物的抗性等级，将其分为敏感、抗性中等和抗性强三类。如果敏感植物叶部出现受害症状，表明空气已受到轻度污染；如果抗性中等植物出现部分受害症状，表明空气已受到中度污染；当抗性中等植物出现明显受害症状，有些抗性强的植物也出现部分受害症状时，则表明空气已受到严重污染。同时，根据植物呈现受害症状的特征、程度和受害面积比例等判断主要污染物和污染程度。

对排放SO2的某化工厂附近植物群落受害情况的调查结果见表6-10。可见，对SO2污染抗性强的一些植物如枸树、马齿苋等也受到伤害，说明该厂附近的空气已受到严重污染。

表6-10 对排放SO2的某化工厂附近植物群落受害情况的调查结果

地衣和苔藓是低等植物，分布广泛，其中某些种群对污染物如SO2、HF等反应敏感。通过调查树干上的地衣和苔藓的种类、数量和生长发育状况后，就可以估计空气污染程度。在工业城市中，通常距污染中心越近，地衣的种类越少，重污染区内一般仅有少数壳状地衣分布，随着污染程度的减轻，出现枝状地衣；在轻污染区，叶状地衣数量最多。

3.其他监测法

剖析树木的年轮，可以了解所在地区空气污染的历史。在气候正常、未遭受污染的年份树木的年轮宽，而空气污染严重或气候条件恶劣的年份树木的年轮窄。还可以用X射线法对年轮材质进行测定，判断其污染情况，污染严重的年份年轮木质比例小，正常年份的年轮木质比例大，它们对X射线的吸收程度不同。

空气污染可以导致指示植物一些生理生化指标的变化，如光合作用、叶绿素、体内酶的活性、细胞染色体等指标的变化，故通过测定这些指标可评估空气污染状况。

通过测定植物体内吸收积累的一些污染物含量，也可以评价空气污染物的种类和污染水平。

环境监测中利用植物监测空气污染状况

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