大氣污染生物監測

大氣污染生物監測是利用生物對大氣污染物的反應，監測有害氣體的成分和含量，以了解大氣的環境質量狀況。

基本介紹

• 中文名：大氣污染生物監測
• 外文名：biological monitoring of air pollution
• 學科：環境科學
• 類型：環境科學最基本的研究手段之一

概述

大氣污染的生物監測包括動物監測和植物監測。動物由於對環境的趨性和管理困難，尚未形成一套完整的監測方法，但一般能起到指示環境污染的作用。如美國的多諾拉事件調查表明，金絲雀對二氧化硫最敏感，其次是狗，再次是家禽，日本有人用鳥類和昆蟲的分布來反映環境質量的變化。利用植物監測大氣污染，在二十世紀初就引起生態學家的注意。幾十年來，這方面的研究工作取得很多成就，如指示植物的選擇和套用，根據植物受害症狀確定大氣污染物，分析葉片的含污量估測環境污染程度等。中國在七十年代初開展利用植物監測大氣污染的研究工作，在測定木本植物葉片中的硫、氯、氟化物和鉛、鎘等含量以了解大氣污染狀況，篩選指示植物，建立植物受害“症狀學”，利用多種植物含污量和生長量綜合評價大氣環境質量等方面，都取得進展。

大氣污染指示生物及選擇

(1)指示生物

其群落結構、種類和數量的變化能反映大氣污染狀況的生物稱為指示生物。

(2)指示生物的選擇

選擇那些對特定大氣污染物很敏感、專一性強、有富集作用、能“早預報”、能確切反映該污染因子對人和生物的危害及環境污染的綜合影響的生物作為指示生物。

植物在受到污染物侵襲後，表現出明顯的傷害症狀或生長形態發生變化、果實或種子變化，以及生產力或產量變化，這種植物就是指示植物。指示植物可以選擇一年生草本植物、多年生木本植物及地衣、苔蘚等。

①二氧化硫(SO₂)污染指示植物：主要有紫花苜蓿、棉株、元麥、大麥、小麥、大豆、芝麻、蕎麥、辣椒、菠菜、胡蘿蔔、嫻草、百日菊、麥稈菊、玫瑰、蘋果樹、雪松、馬尾松、白楊、白樺、杜仲、蠟梅等。

②氟化物污染指示植物：主要有唐菖蒲、金蕎麥、葡萄、玉簪、杏梅、榆樹葉、鬱金香、山桃樹、金絲桃樹、慈竹等。

③二氧化氮(NO₂)污染指示植物：主要有炯草、西紅柿、秋海棠、向日葵、菠菜等。

④O₃的指示植物：菸草、矮牽牛花、馬唐、花生、馬鈴薯、洋蔥、蘿蔔、丁香、牡丹等。

⑤Cl₂的指示植物：白菜、菠菜、韭菜、蔥、菜豆、向日葵、小棉、落葉松等。

⑥氨的指示植物：紫藤、小葉女貞、楊樹、懸鈴術、杜仲、楓樹、刺槐、棉株、芥菜等。

⑦PAN的指示植物：繁縷、早熟禾、矮牽牛花等。

植物對大氣污染物的指示作用

大氣中污染物質很多，其中影響較大的有害氣體是二氧化硫、氟化物、氧化劑、乙烯、氮氧化物等。氯、氨、氮等也會產生危害，但多屬事故性泄漏引起，危害範圍不大。組建水平不同植物，對大氣污染的影響反應不同。

(1)植物群落對大氣污染的反應。植物群落是由不同種的植物組成。在污染物長期作用下，植物群落的組成會發生變化，一些敏感種減少或消失，而抗性強的耐污種保留甚至發展。因而植物群落的變化，本身就反映了環境質量狀況的變化。

(2)植物個體對大氣污染的反應。植物個體對大氣污染的反應，主要是生長減慢，發育受阻，失綠髮黃，早衰和落果等。

(3)植物組織器官對大氣污染的反應。大氣環境受污染後，植物葉片會出現各種傷斑，甚至葉組織局部壞死。有些大氣污染物會影響植物的結實，深究其原因，有的是由於污染物直接影響了花粉的萌發和花粉管的伸長。如HF影響番茄花粉管萌發和花粉管柱頭上生長，同樣O₃，也會阻礙番茄花粉管的伸長。在高濃度O₃中，菸草和矮牽牛的花粉管會暫時停止生長和花粉管尖變窄。由此看來，花粉管的萌發和生長是指示大氣污染較為直接的指示標誌。這些“傷害疾狀”是診斷植物對大氣反應的重要依據。

(4)植物細胞結構對大氣污染的反應。大氣環境污染有時會引起細胞質壁分離，細胞膜系統的透性破壞，常造成水分和離子平衡失調。臭氧使膜類脂發生過氧化，干擾它們的生物合成。電鏡觀察到葉綠體結構在臭氧和二氧化硫作用下被破壞。

(5)植物酶系統對大氣污染的反應。大氣污染物可以影響植物體的酶活性變化，從而導致代謝過程的變化。有些酶對某些污染物非常敏感。如葡萄糖-6-磷酸脫氫酶很容易被PAN鈍化；氟化物對肌醇六磷酸酶有抑制作用；O₃能引起硝酸還原酶、酸性磷酸酶、核糖核酸酶、細胞色素氧化酶等活性的增加。其中特別是過氧化酶對一些污染物更為敏感，常被人們用來監測大氣污染物對植物的影響。

(6)植物生理對大氣污染的反應。

①光合作用。大氣污染對植物光合作用有明顯影響。在缺乏可見傷害症狀的情況下，測定光合作用則能指示出植物中短暫的或可逆的變化。在污染物濃度超過閥值劑量後，光合作用減弱程度與污染物的濃度成正比。②呼吸作用。呼吸作用是植物不斷與外界進行氣體交換的生理過程，因此受大氣污染的影響較大。例如氟化物能引起呼吸強度的增高，而且與受損害的規模呈明顯的比例關係。所以呼吸作用也可作為監測大氣指染的生理指標。③氣孔開放度。氣孔是植物體進行氣體交換的通道。植物體受害程度與氣孔的啟閉狀況很有關係，同時有害氣體又能影響氣孔的活動。所以氣孔開放度是監測大氣污染程度的較好指標。④細胞膜的透性。O₃和SO₂都能使植物細胞膜的脂類過氧化，導致細胞膜的透性增加，改變細胞外滲物的電導率。有人注意到非離子化氣體傷害程度與電導率變化成正比增加。因此電導率可作為衡量污染的一個指標。⑤pH值或耐酸力。植物對SO₂的抗性與葉組織汁液的pH有關。凡是偏酸的容易受害，接近中性的則抗性強。因此提出葉組織汁液的pH可作為指示植物抗性的生理指標，適宜用來間接、快速地測定植物對SO₂的抗性。

監測方法

（1）盆栽植物監測方法

先將指示植物在沒有污染的環境中盆栽培植，待生長到適宜大小時，移至監測點，觀測它們受害症狀和程度。

（2）現場調查法

①植物群落調查法。調查現場植物群落中各種植物受害症狀和程度，估測大氣污染情況。

②調查地衣和苔蘚法。通過調查樹幹上的地衣和苔蘚的種類與數量，便可估計大氣污染程度。在工業城市，通常距市中心越近，地衣的種類越少，重污染區內一般僅有少數殼狀地衣分布，隨著污染程度的減輕，便出現枝狀地衣；在輕污染地區，葉狀地衣數量最多。

③調查樹木的年輪。剖析樹木的年輪，可以了解所在地區大氣污染的歷史。

一般，污染嚴重或氣候條件惡劣年份樹木的年輪較窄，木質比重小。

（3）其他監測法

如生產力測定法、指示植物中污染物質含量測定法等。