大气中氟化物污染的生物学指标监测评价

1、510生态环境学报 第19卷第3期（2010年3片）大气中氟化物污染的生物学指标监测评价刘启明I,施晶】，黄云凤】，张金丽I,黄志勇】，成路1集矣大学生物程学院樂美大学环境I用研究所.禍建厦门361021；2.仃息产业部电烁合期察研丸院.陕西西安71005J摘要：植物对HFV体的敏感性是由多种因索相互作用而成的复朵综合性状常用J：定性描述大'(环境质星状况 通过在密 闭的培养瓶中一次性通人不同体积浓度的HF气体以不同浓度HF胁迫下的不同类型杭物为例.观察直在不同时间的外观伤 害症状和细胞膜透性QHF浓度的关系结果表明：不同植物对HF的敏感性不同；低浓度长时何和高浓度短时间的症状基本 郴

2、同；植物细胞膜透性数据即电导率直接反映植物受损程度 综合植物外观症状指标'ri j'ri：化指标并賦予不同权直值，建 工相对定呆化的大气质呆生物学指标评价模式以定呆的判断HF气体对植物的伤雪.为应用植物监测和评价大气环境质戢 提供理论和实践依据，关键词：鹹化物：生物学描标：大气质呆评价中图分类号：X143文献标识码：A文章编号：1674-5906 (2010 ) 03-0509-04510生态环境学报 第19卷第3期（2010年3片）510生态环境学报 第19卷第3期（2010年3片）大代质量评价常用的方法有大Y质量综合指 数评价法、牛物指标法、标度指数法、灰色聚类法、 模糊数

3、学法及物尤分析评价法等。牛物指标法是指 利用植物对大Y污染的响应，监测有害Y体的成分 和侖量，达到了解大气环境质量状况的冃的。弑化物是冃前较为关注的取要大Y污染物之 一，其主要来源为生产或生活中烟Y的排放。大Y 中氟化物主耍以代态氟化物(HF .S1F4等)和粉卞态氟 化物的形式存在。粉尘态氟化物粒径较大，扩散距离 小，且毒性较轻，对动植物危害起匸导作用的丿丄代态 氟化物尤其足HF占比例晟大HF的廊性是SO2 的201000倍，且比重比空气轻,扩散距离大，其 対生态系统的危害性L1是仅次丁 S6的影响因此, 利用氟化物含量和植物叶片氟化物含量之间的关系 及杭物叶片受害症状等综合特性反映大气中氟

4、污染 的程度已有一定程度的.作开展。主要匚作包括研 究植物氟化物金量与大气氟化物的相关性不同 植物富集氟化物的特征】；氟化物对植物的危害 问；大气氟化物对不同地区不同植物的生态效应冈 和利用植物对氟化物的富集性能净化环 境等。植物对大气污染物的敏感性是由多种因素相 互作用而成的复朵综合性状，仅以直观的受害症状 作为评价指标不能做出定量化评价还会纭植物水 身表征的假象混淆；细胞膜透性等牛理评价指标又 不能直观反应植物的受害程度。卑于以匕认识，本 文以HF胁迫下的植物为例.拟综合植物外观症状 指标与牛理牛化指标.尝试建立相对定昴:化的大气 质量牛物学指标监测评价模式。1材料和方法1.1植物受试植物

5、枝叶的熏代处理在白行设计的密闭 广1瓶中进行，熏Y体积为2 Lo根据熏Y体积和 所需的浓度，按照公式(1 )所示反应方程以等 帚不同份数产牛不同质最浓度的HF气体。2NaF+H2SO4 = Na2SO4 +2HF( 1 )乞受试植物均采于福建省厦门市集美大学校 园周边及菜市场.主要为适植于南方的杭物类熨. 分为树木、花卉、蔬菜和室内植物4种类型，共计 20 余种植物。(A )树木:榕树(Ficus microcaipa )、 樟树(Citniamonnmi phihppinense 丿、石榴(Pimica grrnintinn 9.芒果( Mangifpra mdica 丿、茶树(Cmnlli

6、n sinensis 丿、龙眼(Dimocarpus lonsan Loui*),枇杷 (Eiiobotiya japemica ); ( B )花卉：桂花(Osinanthus fragrans our)、扌夫桑(Hibiscus rosa-sinensis )、茉 莉(Jasmimim sambac 丿、三用梅(Bougainvillea spectabilis willd )、杜鹃(Rhododendron mmae )； (C 廉菜:菠菜(Spinacia oleracea 人小门菜(Brassica cmnpesnis L ssp Clunensis )、存菜(Herba conau

7、dri sativi)、葱(AUium schoenoprasimi 丿、芹菜(Apiimi graveolens ) , 4k (A. tuberosum allium liliaceae )； (D )室内植物:紫花鸭跖草(Commelina communis )、 虎皮弋(Sanseieria tiifasciata )基金项目：国家1*1然科学V；金项II(40771185 )：福建省fl然科学算金项目(DC710021 )作者简介：対门明( 1973年生).列.砒教授.博上.从爭生态环境科学监测与评价研究E-mail, qmliu 收稿日期：2010-01-27采摘的受试植物枝叶生长

8、良好无病虫害.采摘 后的植物插在knop培昴液中，待测'植物熏代实 验分别以浓度和时间作为单因素.并测定了相应的 细胞膜透性指标。1.2处理不同浓度的熏U处理：分别用0、0.05、01、0.15. 0.2 . 0.25 pg-L*1等6个浓度SO?在装置中静 态熏气处理3 h.毎0.5 h观察一次植物枝叶症状 观察各植物出现症状的先肩次序，并观察植物受害 部位和受害情况.同时进行实时的症状记录，选择 部分样品做重复样参考对比C同一浓度不同持续时间的处理：用0、0-05、0.1、0 15、0.2、0 25 pg l?等6个浓度分别各熏气 3、6、9、12 h,分别观察其症状.注意观察低浓

9、度 长时间和高浓度短时间的症状O1.3细胞膜透性指标植物熏Y 8h后，用水洗净叶后擦干，以剪刀将 叶片剪成面移哟为0.5 cmxo.5 cm的30个小片，放 A 50mL烧杯中，加去离子水20 ml搅拌.在25 °C恒温2.5 h用数字式电导仪（DDS-11D型）测定。 2生物学指标数据2.1抗性类型划分及症状表现不同植物对HF的敏感度既表现为对浓度的响 应，同时在显症时间上也农现出差异-本研究以受 害阈值7（浓度x时间）为准.把供试植物的抗性（即 敏感性）划分为5个类型：1 ）高度敏感熨.受害阈 值TW0.05 |igl?x3 h; 2）中度敏感型,受害阈值 0.05 gg L1x

10、3h<TC0.1 pg l/W h; 3 ）敏感型,受 害阈值 0.1 ng L4x3 h < TW0.15h; 4 ）中抗型,受害阈值0.15 pg-L1x3h<TC0.25聘 讣3 h; 5）高抗型,受害阈值TM0.25pgI?x3h。具体 如表1所示。观察试验中不同浓度HF的胁迫卜植物的受害 悄况.发现HF対植物的危害症状主要丧现为开始 叶片略微失去鲜绿，出现暗绿色的斑点,然后叶色 褪绿、干枯.直至出现萎焉，急性氟伤害的典型症 状是叶尖、叶缘部分出现坏死斑撚后这些斑块沿中 脉及较大支脉蔓延，受害叶组织与正常叶组织之间 常形成明显的界限,捷至冇一条红棕色带状边界另 外也有

11、植物会出现褪绿的斑，引起叶片失绿.一般 叶片由叶缘处先出现症状,后向叶片扩散,这种症 状的颜色多为黄色、棕黄色或者棕褐色.冇的到肩 期发展为卷曲皱缩、失水萎滞依据卜.面的分级标 准，本试验中的植物高度敏感的植物有1种.中度 敏感的冇5种，敏感的植物冇5种.中抗的植物冇 4种.高抗性的植物有5种怙其中抗性绘强的是紫 花鸭跖草，在试验中基本无症状反应。2.2细胞膜透性指标植物的细胞质膜透性与HF的浓度密切相关 HF通过植物的Y孔侵入植物体内后S先进入细胞 间隙.再进入叶肉细胞破坏叶绿体.衣现为叶片表 面褪色及其它伤害症状.进而导致叶片电解质渗出 液的增多，使电导率增加。因此膜的变化早丁植物 症状衣

12、现 本试验选择对HF不同敏感程度的典型 植物进行电导率研究。受试檳物受害闽值心gLxh）受害症状收感级别龙眼0.05*1叶片略淡.叶缘出现黑対色斑点，最晴皱编高度敏協芒果0.05x3叶片缺水皱端，褪红三角梅0.05x3从叶缘开的褪绿变趾 酬色变淡肩娄坯0.05x3叶片边缘出现褪绿黄斑，叶片呈皱缩状中度敏感春菜0 05x3叶尖先出现極绿斑块.后叶片变黄绿色枇杷0 05*3叶片出现不规则褪绿黄斑叶片变黄芹菜0.1*3叫片出现遇域黄紙稻变煞黄葱0.1x3醺色梢变黄.后失水皱软石榴01x3叶片褪绿变成棕伺色.龄后皱缩菠菜01*3叶缘腿绿变黄.廡色枯黄.萎爲桂花01*3叶缘先川现决槪色斑点.腐逐渐扩故H

13、.IW0.15x3叶缘先川现瞋鴨色斑点.麻逐渐扩故扶桑0.15x3从叶缘开的遇绿变版后叶片加色稍变枯黄中抗茉柯015x3叶缘出现褪绿的浅黄色艮£点韭菜015*3叶尖叶缘出现他绿黄斑.厉扩歆成片状小门菜0.2«6叶缘便黄0.2x9叶片旳迪成黄型色0.2x9稍出现棕黄色斑块离抗芹菜0.2x12叶片条纹顾色椚变浅績花鸭跖臣>0.2x12从本无变化受试植物对HF的敘感性Table 1 Companson of resistances among plants to HF mjury由衣2可旬，经不同浓度HF熏Y处理后各植 物叶片的电导率随心HF浓度的增加均呈上升趋 势,即其叶

14、片细胞的电解质外渗增加,数据还表明 细胞膜透性对HF的反应通常与植物的抗性右关. 对HF敏感的植物.细胞膜对HF的反应敏感.反 之亦然因此细胞膜的透性变化也町以用来衡吊杭 物抗性强弱的一个巫要指标。刘启明等：大气中氛化物污染的生物学指标监测评价511表2不同浓®HFM气处理后植物叶片电导率Table 2 Conductance of plant leaves responding to different HF contents%受试怕物HF 浓度/(Mg L1)0.050.10.150.20.25龙眼82.4121.218482419292.4高度做展50.567.1883130.

15、4132.5中度1*嬢三角恂48.259874992.2123.8菠莱40652.768473.592.242.748.966.867.588.9隹菜34443455666 867 6中抗茱蓟34.838.748.960.165.9榕树29925.629.745957.2离抗紫花鸭跖策22.126933.852.35333综合指标评价模式3.1指标定量表述植物对HF的敏感性是山多种因素相互作用而 成的复杂的综合性状.而这些因素在抗污性研究中 的应用目前尚未提出一个统一的评价方法，这主要 是因为目前述没有一个可靠的鉴定指标仅用单一 指标来判断氏抗性是不完善的.因为以直观的受害 症状作为评价指标不

16、能做出定最化评价.述会与植 物本口表征的假象混淆（如代候环境等变化导致受 害症状不准确）;而以细胞膜透性为评价指标又不能 直观反向植物的受害程度 基于以上考虑，本文拟 选用直观的受害症状（高度敏感、中度敏感、敏感、 中抗、高抗）和不同浓度不同受害植物的电导率测 定结果作为综合评价指标.将其定竄化后，取不同 的权巫建立i平价模式，进而给出综合评价结果。曲于评价指标各个分量貝冇不同的单位量纲. 首先对各分就进行I丿T化处理心】苴观的受害症状 （高度敏感、中度敏感、敏感、中抗、高抗）有5 个，我们假设这5个敏感等级为Ng, 2. 3, 4, 5 ）, N为高抗、M为中抗、N、为敏感、皿为中度 敏感、

17、皿为高度敏感，将M的范国從在01之间, 则取 N尸0、M=0.25、N3=0.5、M=0.75、M=lo电导率值因HF浓度和受试植物的不同而不 同，为了使其具有普遍性和代表性.我们选取不同 敏感度的典型受试植物来进行计算 再假设0.05、 0.1、0.15、0.2 和 0.25 fig-L1 5 个 HF 熏气浓度分别 为111、“2、”3、"4、”5根据农2所示不同敏感度的 典型受试植物电导率范围为:m （ 22.1-82.4 ）. n2 （26.9121.2 ）、旳（33.8184.8 ）、加（52.3-241.9 ）、 »5（ 53.32924 ）-为了使我们的综合评

18、价结果在01 的范围内.必须将电殳率在不同浓度条件下的电品 率定帚在0-1之间.则假设定呆化后的电导率为 Hj （j=l,2,3,4,5 ）,浓度小、"2、“3、“4、"5 则対应 H、H】、刊、H- H5 （冯=01 ）。将上述”1、血、 ”3、山、"5对应的电导率范闱分成5个差值相等的 数值。等分差值计算方法为：（HyH4即不 同浓度的呆大的电导率值减去呆小的电导率值肩 四等分则不同敏感度的典型受试植物的等分差值 为："1 （ 15 ）、»2 （ 24 ）、“3（ 38 ）、n4 （ 47 ）、n5 （ 60 ）。 再将差值换算成01范圉的

19、数值即：15/60: 24/60: 38/60: 47/60: 60/60 = 0.25: 0 40: 0 63: 0.7&1 所以浓 度”1、n2、”3、“4、"5对应定量化后数据为:Hi=0-25、 讯=0.41、日3=0 63、皿=0.78、H5=1q3.2综合指标评价模式综合指标评价模式尝试对外观伤害症状和细 胞膜透性（电导率）2个指标赋予不同权重值权 區值的确定主要考虑植物的外观症状具有直观表 述性，是工物指标法中最丛础的内容，可以粗略地 判断杭物对HF的抗性等级 细胞膜透性（电导率） 的测定不受外界因素如Y候条件和上壤等变化所 引起的表面假象的混淆影响,但是由于缺

20、乏更多的 氏他牛理学指标的裤加以优化评价模式。因此本研 究中取植物的外规伤害症状权噸为J,=0 6.而细胞 膜透性（电导率）的权巫为）尸0.4。则综合评价结 果（M）可衣示为：A仁N"HjXy将已计算出对 应的M、耳数据代入.得岀评价结果，授后再设定 相对应所谓参考标准.即町直观地反应植物的受害 情况，数据如表3所示。表3定化的综合评价及标准设定Table 3 Quantification of the comprehensive evaluation resultsand standards set综合症状（腮）电导率（列）综合评价CW）评价标准 范闱评价畚考 标准00 250 1

21、0020250410310.2-04轻度0500 630 550406中度0750.780.760.408為度1001001000.8-1 0定量化的综合评价结果是结合直观的植物外 观伤害症状和细胞膜透性（电导率）这2个评价指 标，取二者的不同权重，通过假设条件来建立模型 并进行计算，同时将综合评价结果设定成参考标 准.将其定义为轻微（092 ）、轻度（0.204 ）、中 度（040.6 ）、高度（0.60.8 ）、严巫（0.8L0 ） 5 个受害等级，因此通过牛物监测对照具评价的参 考标准.即町定帚的判断HF对植物的伤害情况 4结论与建议（1 ） HF对植物的危雷症状主要表现为开始叶 片略微

22、失去鲜绿出现暗绿色的斑点，然后叶色褪 绿、T枯，直至出现萎焉，敏感植物急性氟伤害的 典型症状是叶尖、叶缘部分出现坏死斑撚后这些斑 块沿中脉及较大支脉蔓延，受害叶组织与正常叶组 织之间常形成明显的界限另外也有植物会出现褪 绿的斑.引起叶片失绿.一般叶片由叶缘处先出现 症状，后向叶片扩散。(2 )经不同浓度HF熏代处理后各植物叶片的 电导率随杵HF浓度的增加均呈上升趋势即具叶 片细胞的电解质外渗增加-(3 )综合植物外观伤害症状和细胞膜透性(电 导率)这2个评价指标.建立综合指标评价模式. 即划分为轻微(022)、轻度(0.27.4)、中度 (047).6 )、高度(0.60-8 )、严觅(0.8

23、-1.0 ) 5 个受 害等级以定杲的判断HF对植物的伤害°(4 )本研究仅对外观症状和电导率2个指标进 行讨论，其他的牛-理学指标没有叠加以优化模型， 需继续深入研究以完善评价模式。(5)冃前单一污染对植物的影响研究相对较 多。而 SO?、HF、HC1、NH3、。3、NO2 等的复合 污染对植物的影响能更真实地反映大气污染状况. 应为今后的研究趋势。参考文献：1 TKE E. Air-pollutant dispersal patterns and vegetation damage in the vicinity of three aluminium smelters in No

24、nvayJ Science of the To tai Environment. 1999,236: 75-90.2 UTINSTENA L H. DAVISON A SKELLY J M. Native plant species suitable as biomdicators and biomonitors for airborae fluonde J. Enxironmental Pollution. 2003,125: 3-11.3 FRANZARING J. HRENN H. SCHUNfM C. et al. Environmental momtonng of fluoride

25、emissions using precipitation, dust, plant and soil $ample$(J. Environmental Pollution, 2006.144:158-165.4 陈卓枸，杜国坚，缪宇明.浙江省38种囲林绿化榊物对氟化氯气体 的抗件及吸收能力!浙江林学院学报.2008. 25(4) 475-4S0 CHEN Zhuomei. DU Guojian. MIAO Yurning Resistance to and absorption of gaseous HF with 38 landscapmg plant species in Zhqiang

26、 PiomceJ. Journal of Zhejiang Forestry College, 200S. 25(4): 475-180.5 BUSE A. Fluonde acaimulation in invertebrates near an aluminium "Auction plant in WalesJ). Ennonmental Pollution Senes A, 1986. 41: 199-217. 令凍蛾.云，胡液聪，簞 佛山市几种绿地植物袄化物时空累 积待征几生态学杂2007,26(10): 1600-1605.LI Hane. WANG Zzhiyun、HU

27、 Xiancong, et al. Spatiotemporal char- actenstics of fluonde acaimulation in several greenbelt plants in Fodian City of Guangdong ProvinceJ. Chinese Journal of Ecology. 2007.26(10): 16004605.7 SUN E J. SU H J Fluonde injury to nee plants caused by air pollution emitted from ceramic and bnck factones

28、J. Enironmental Polhition- SenesA, 1985. 37: 335-342.8 火作牛，邙存淫，倚文浩.大气緘化物对橡胶树的伤雷实总研究J 农村生态环境,2001,17(4): 3034.WU Giunhuo. KUANG Chiinlan, TANG Wenhao Lab experiment on hmn of fluonde on rubber treesJ Rural Eco-Enxuonment. 2001. 17(4): 30-34.9 PANDEY G P Effects of gaseous hydrogen fluonde on leaves o

29、f Tennmalia tomentosa and Buchanania lanzan trees J Enxironmental PoUution: Senes A, 1985,37: 323-334.10 张徳强. 改林丄门 子.园林绿化植物对大气二氧化瞌和載 化物污染的净化能力及修及功能几热借亚婕带榊物学損，2003. 11(4): 393J99.ZHANG Dequng. YU Mengde. LIN Zzhihong. et al. Mathem ahcal models of biological momtonng of atmospheric environment qualit

30、y in polluted areaJ. Journal of Tropical and Subtropical Botany, 2003. 11(4): 393-39911 赵鸿杰,胡抉聪，邙健智,红花很悴对大气SO2和竄化紡的净 化能力几亚热带农业研究,2009.5:124427.ZHAO Hongjie, HU Xiancong, KUANG Jianzhi. et al. Grevillea baiks it's purification ability to SO： and fluonde in atmosphere J. Subtropical Agnculture Res

31、earch, 2009, 5(2): 124-127.12 飾天锡,刘晓琴归一化主成份及应用jj.天津棘范大学学报：n 然科学版,1999.19(4): 2932.HAN Tianxi TH： Yiaoqin Pnnrial component ofrim for on?atd its application(J. Journal of Tianjin Normal University Nahiral Science Edition. 1999,19(4) 29-32.刘启明等：大气中氛化物污染的生物学指标监测评价511刘启明等：大气中氛化物污染的生物学指标监测评价511Biological indicators for air quality assessment effects of fluorideLIU Qinung, SHI Jmg, HUANG Yxmfeng, ZHANG Jmli, HUANG Zhiyong. CHENG Lu1. School of Biotechnology Engineering. Institute of Enironmeutal Engineenng. Jimei Umversity. Xiamen. Fxyian 361021, China：2 Electronic Compr