植物在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

摘要：本文介紹了植物在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用原理、主要方法及優(yōu)點(diǎn)等，為大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)探尋提供了新的視角和路徑，對(duì)做好環(huán)境監(jiān)測(cè)工作具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè);植物;應(yīng)用研究

中圖分類(lèi)號(hào)：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.100

Application of plants in atmospheric environmental monitoring

Lei Guoming

（Nanyang Environmental Monitoring Station，Nanyang Henan 473000，China）

Abstract：This paper introduces the application principles， main methods and advantages of plants in atmospheric environment monitoring，provides a new perspective and path for atmospheric environment monitoring exploration，and has positive practical significance for environmental monitoring.

Key words：Environmental monitoring;Plants;Applied research

近年來(lái)，植物在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用價(jià)值逐漸被重視。一些植物對(duì)大氣、水、土壤等污染反應(yīng)非常靈敏。如當(dāng)SO2濃度達(dá)到0.3%左右時(shí)，一些敏感植物便會(huì)表現(xiàn)出受害狀態(tài)，當(dāng)其濃度達(dá)到1～5%左右時(shí)，會(huì)被人的嗅覺(jué)所察覺(jué)，而當(dāng)其濃度達(dá)到10～20%時(shí)，便會(huì)引起人的不適感（咳嗽或流淚）。

1 植物在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用原理

1.1 監(jiān)測(cè)原理

植物監(jiān)測(cè)大氣污染物，是指利用植物對(duì)存在于大氣中的污染物反應(yīng)，監(jiān)測(cè)出大氣中的有害氣體成分及含量，確定大氣環(huán)境質(zhì)量狀況。與動(dòng)物等其他生物相比，植物遭受到大氣污染的可能性及危害性更大。在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，需要借助葉面積接觸空氣完成氣體交換，并利用植物葉片特點(diǎn)、植物長(zhǎng)勢(shì)、新陳代謝程度、元素種類(lèi)、生物量大小、光合作用等，反應(yīng)植物所在地區(qū)的大氣污染程度。如，SO2濃度超過(guò)植物的耐受度后，會(huì)導(dǎo)致植物葉片褪色甚至壞死;而植物葉片在受到氯氣污染時(shí)，葉片表面會(huì)表現(xiàn)出氯傷斑;葉片在受到氟化物污染，也會(huì)出現(xiàn)褪色或枯死。因此，利用植物在監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境質(zhì)量中表現(xiàn)出的敏感性、指示性、直觀性等特點(diǎn)，證明了植物監(jiān)測(cè)的可行性。利用植物監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境污染狀況，可通過(guò)元素積累、葉片外觀、植株長(zhǎng)勢(shì)等判斷。

1.2 指示植物

所謂指示植物，是指對(duì)大氣污染表現(xiàn)出靈敏反應(yīng)。作為化學(xué)性檢測(cè)器，指示植物應(yīng)具備如下條件：（1）大氣污染物準(zhǔn)確反應(yīng)性。這種反應(yīng)主要表現(xiàn)為癥狀、形態(tài)、生長(zhǎng)及產(chǎn)量的變化等。（2）植物生長(zhǎng)的長(zhǎng)周期性。即，用以監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境質(zhì)量的指示植物生長(zhǎng)周期應(yīng)盡量長(zhǎng)，且易繁殖、易栽培。（3）監(jiān)測(cè)結(jié)果的普適性。即，指示植物周?chē)髿馕廴疚餄舛冗_(dá)到一定范圍時(shí)，所監(jiān)測(cè)獲得的結(jié)果具有普遍適用性。（4）地理學(xué)分布的廣泛性。根據(jù)監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)過(guò)程中自身發(fā)出的信息，判斷其所在區(qū)域環(huán)境污染狀況及大氣環(huán)境質(zhì)量。

1.3 監(jiān)測(cè)植物

目前，指示植物可應(yīng)用于大氣環(huán)境中的氯、氟化物、SO2、NO2、O3的監(jiān)測(cè)等。其中，（1）氯。落葉松、桃樹(shù)、蘿卜、向日葵、韭菜、白菜以及木棉等，這些植物在大氣中的氯含量0.15～3mg/m3、3～5h后，便會(huì)產(chǎn)生不同程度的受害癥狀。（2）氟化物。唐菖蒲、郁金香、大蒜、玉米、柑橘、葡萄等植物對(duì)大氣中的氟化物較為敏感。如，常見(jiàn)的唐菖蒲植物，當(dāng)大氣中氟化物濃度在9～10mg/m3、2～3h后，唐菖蒲葉片就會(huì)表現(xiàn)出一定的傷害癥狀。（3）SO2。大麥黃瓜、地瓜、馬尾松、苜蓿、棉花、菠菜、月季、玫瑰等，均可對(duì)大氣環(huán)境中污染物SO2的監(jiān)測(cè)。如苜蓿在大氣環(huán)境中SO2濃度超過(guò)3.4mg/m3、超過(guò)1h，便出現(xiàn)癥狀。（4）NO2。洋蔥、番茄、馬鈴薯等植物常用以監(jiān)測(cè)大氣中的NO2濃度含量。如，在弱光條件下，NO2濃度達(dá)到5～6 mg/m3、2～3h左右，植物葉片就會(huì)表現(xiàn)出某些癥狀。（5）O3。燕麥、牡丹、丁香等可以將其作為大氣中O3的監(jiān)測(cè)，當(dāng)大氣中O3的質(zhì)量濃度達(dá)到1～26mg/m3、持續(xù)時(shí)間達(dá)2～4h左右，這些植物便會(huì)表現(xiàn)出某些癥狀。

2 植物在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的主要方法

2.1 植物癥狀指示法

利用指示植物的“站崗放哨”功能，實(shí)現(xiàn)大氣污染物監(jiān)測(cè)的預(yù)期效果。如，在化工廠(chǎng)附近種植各種敏感性植物，不僅可以起到良好的美化效果，還可以發(fā)揮對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的作用。通過(guò)評(píng)估植物群落在受大氣污染后的癥狀，判斷其大氣污染敏感性。此外，將用以監(jiān)測(cè)的植物種植于沒(méi)有大氣污染地方，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間培育、生長(zhǎng)后移栽至監(jiān)測(cè)地，再對(duì)植物的受害癥狀表征進(jìn)行觀察、登記，從而對(duì)大氣污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 植物體內(nèi)污染物含量監(jiān)測(cè)法

植物體內(nèi)污染物含量監(jiān)測(cè)法，主要是基于植物生長(zhǎng)過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間吸收大氣中的污染物，并在植物體內(nèi)不斷累積，再分析植物體內(nèi)污染物含量，從而達(dá)到大氣污染物含量濃度的監(jiān)測(cè)評(píng)估。植物體內(nèi)污染物含量監(jiān)測(cè)法屬較為可靠的一類(lèi)監(jiān)測(cè)法。如，（1）植物葉片，對(duì)于大氣中重金屬、HF、氯、二氧化硫等污染物具有較強(qiáng)的富集能力，與大氣污染物含量具有較強(qiáng)的相關(guān)性。（2）樹(shù)皮。樹(shù)皮每天都會(huì)與大氣有著直接的接觸，也會(huì)直接對(duì)大氣中的污染物具有較強(qiáng)的吸收和累積效果，即便植物處于休眠期，樹(shù)皮也會(huì)對(duì)大氣中的污染物具有持續(xù)的吸收效果。通過(guò)觀察樹(shù)皮pH的分析變化，可以幫助人們掌握城市地區(qū)酸性降雨情況，以及該區(qū)域車(chē)輛總酸性的氣體狀況。（3）年輪。喬木植物的年輪相當(dāng)于其履歷表，在植物的生長(zhǎng)過(guò)程中，氣候、環(huán)境及大氣污染等都會(huì)留下清洗記錄，且大氣中的污染物會(huì)在木材中形成不溶的化合物，逐漸在木材中留下深厚沉積。通過(guò)植物年輪的色澤、寬窄等，判定大氣污染情況。

2.3 地衣、苔蘚監(jiān)測(cè)法

地衣對(duì)大氣環(huán)境因子具有很強(qiáng)的敏感性，也是大氣環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)中最常應(yīng)用到的一類(lèi)監(jiān)測(cè)方法。將地衣應(yīng)用于大氣環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)的方法主要有：一是對(duì)被監(jiān)測(cè)地區(qū)地衣的分布、種類(lèi)及數(shù)量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在重工業(yè)區(qū)進(jìn)行地衣移植，并對(duì)當(dāng)?shù)卮髿馕廴境潭冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)。二是選擇生長(zhǎng)于樹(shù)干等較為敏感的地衣，將樹(shù)皮連同地衣一起切割下來(lái)，移植至待監(jiān)測(cè)地區(qū)同類(lèi)植物上，然后對(duì)其受害程度及死亡情況進(jìn)行定期的觀察、分析和記錄，從而評(píng)估該地區(qū)大氣污染狀況。苔蘚也是一類(lèi)常用于大氣污染物監(jiān)測(cè)的指示植物。苔蘚受到大氣污染物污染后，其明顯表現(xiàn)出黑斑或褐化現(xiàn)象，此外，在苔蘚的葉片表面還會(huì)出現(xiàn)銀灰色光澤。大氣中的污染物會(huì)破壞苔蘚體內(nèi)的葉綠體，使其葉片伴有白化或褐化現(xiàn)象。在長(zhǎng)時(shí)間污染環(huán)境下，苔蘚的植物群落便會(huì)出現(xiàn)衰退現(xiàn)象，且物種的多樣性會(huì)減少，直至消失。通過(guò)苔蘚的這些表征，可以幫助人們了解大氣環(huán)境污染狀況。

2.4 細(xì)胞遺傳法

細(xì)胞遺傳法監(jiān)測(cè)大氣污染，主要應(yīng)用于對(duì)化學(xué)誘變因子的篩選方面，用以判別大氣環(huán)境中污染物是否存在致癌、致突變化學(xué)物質(zhì)。如微核測(cè)定法、非預(yù)定DNA合成法、姐妹染色體交換率等細(xì)胞遺傳學(xué)。

2.5 生理指示法

生理指示方法主要是借助大氣污染物會(huì)導(dǎo)致植物個(gè)體行為、生理生化變化及發(fā)育情況作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，達(dá)到監(jiān)測(cè)環(huán)境污染狀況的一種監(jiān)測(cè)方法。當(dāng)大氣環(huán)境中有毒有害氣體濃度超標(biāo)達(dá)到一定濃度時(shí)，酶活性、葉綠素含量及光合強(qiáng)度等生理生化指標(biāo)會(huì)出現(xiàn)變化。

3 植物在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的優(yōu)點(diǎn)

（1）易操作。與大氣污染物監(jiān)測(cè)需要利用諸多儀器相比，植物監(jiān)測(cè)大氣污染取材廣泛，操作簡(jiǎn)便，成本低廉。（2）長(zhǎng)期性。與其他監(jiān)測(cè)方法相比，植物監(jiān)測(cè)能夠在更廣范圍內(nèi)，長(zhǎng)期地觀察大氣污染物對(duì)植物累積性的影響，從而反映出大氣污染對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的影響強(qiáng)度等，監(jiān)測(cè)結(jié)果更加全面、科學(xué)。（3）更準(zhǔn)確。植物對(duì)大氣污染的反應(yīng)更為敏感，在生物體系中，由于植物葉面長(zhǎng)期與大氣接觸，進(jìn)行充分而活躍的氣體交換，且與動(dòng)物相比，植物缺乏相應(yīng)的循環(huán)系統(tǒng)來(lái)緩沖外界對(duì)其影響，固定生長(zhǎng)無(wú)法避開(kāi)大氣污染物危害，因此，大氣污染物更容易造成植物傷害。（4）歷史性。大氣污染物對(duì)植物的影響，可以通過(guò)年輪分析，反映某一地區(qū)污染歷史。（5）廣泛性。自然界中，不同植物能夠監(jiān)測(cè)出大氣中的不同污染物，且同一植物又可以對(duì)不同類(lèi)型污染物表現(xiàn)出不同的受害狀況。

4 結(jié)語(yǔ)及展望

植物監(jiān)測(cè)屬于生物監(jiān)測(cè)的重要組成部分，具有簡(jiǎn)便、快捷、低廉，易操作等優(yōu)勢(shì)，具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。隨著植物監(jiān)測(cè)在大氣污染物監(jiān)測(cè)中應(yīng)用研究的深入，指示植物、監(jiān)測(cè)指標(biāo)日益多元化。應(yīng)用植物中的穩(wěn)定性同位素含量來(lái)監(jiān)測(cè)大氣污染及其來(lái)源、利用生物磁技術(shù)監(jiān)測(cè)大氣中的顆粒物濃度、用原位植物生物檢驗(yàn)技術(shù)評(píng)估城市大氣污染遺傳毒性，以及植物對(duì)多種混合污染物長(zhǎng)期影響的響應(yīng)等技術(shù)方法也逐漸得到了更為廣泛地應(yīng)用。

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收稿日期：2020-03-02

作者簡(jiǎn)介：雷國(guó)明（1971-），男，漢族，本科學(xué)歷，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)保工程。