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第第页大气污染生物监测法大气污染生物监测法生物监测法是通过生物(动物、植物及微生物)在环境中的分布、生长、发育情形及生理生化指标和生态系统的变化来讨论环境污染情况,测定污染物毒性的一类监测方法。对比理化监测方法,这种方法具有特定的优点。例如,可以的确反映污染因子对人和生物的危害及环境污染的综合影响;有些生物对特定污染物很敏感,在危害人体之前可起到“早期诊断”作用;对污染物具有富集作用等。当然,这种方法也有其固有的局限性。例如,对污染因子的敏感性随生活在污染环境中时间的增长而降低,专一性差,用来进行定量测定困难,费时等。监测大气污染的生物可以用动物,也可以用植物,但由于动物的管理比较困难,目前尚未形成比较完整的监测方法,而植物分布范围广、简单管理,当受到污染物侵袭时,有不少莳植物显示明显受害症状,因此广泛用于大气污染监测。下面介绍这种方法。一、植物在污染环境中的受害症状大气污染物通过叶面上进**体交换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,从而使植物组织受到破坏,呈现受害症状。这些症状虽然随污染物的种类、浓度以及受害植物的品种、曝露时间不同而有差异,但具有某些共同特点,如叶绿素被破坏,叶细胞组织脱水,进而发生叶面失去光泽,显现不同颜色(灰白色、黄色或褐色)的斑点,叶片脱落,甚至全株枯死等异常现象。(一)SO2污染的危害症状当空气中的SO2浓度较高时,就会使一些植物的叶脉间产生不整齐的变色斑块(俗称烟斑)。当植物受到SO2污染时,一般其叶脉间叶肉*先显现淡棕红色斑点,经过一系列的颜色变化,*后显现漂白斑点,危害严重时叶片边缘及叶肉全部枯黄,仅留叶脉仍为绿色。当用显微镜察看产生烟斑叶子的切片时,可以看到*初的危害只在栅栏组织细胞处显现,危害加重则罹及海绵组织的细胞和表皮组织细胞。当受害细胞的叶绿素被破坏更改颜色时,原生质从细胞分别出来,从而使细胞干燥枯萎。在叶片外部察看时,可察看到烟斑部分渐渐枯萎变薄,*后枯死。硫酸雾危害症状则为叶片边缘光滑。受害较轻时,叶面上呈现分散的浅黄色透光斑点;受害严重时则成孔洞,这是由于硫酸雾以细雾状水滴附着于叶片上所致。圆点或孔洞大小不一,直径多在1mm左右。(二)NOx污染时危害症状NOx对植物构成危害的浓度要大于SO2等污染物。一般很少显现NOx浓度达到能直接损害植物的程度,但它往往与O3或SO2混合在一起显示危害症状,首先在叶片上显现密集的深绿色水浸蚀斑痕,随后这种斑痕渐渐变成淡黄色或青铜色。损伤部位重要显现在较大的叶脉之间,但也会沿叶缘进展。(三)氟化物污染的危害症状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呈现伤斑,例如,单子叶植物和针叶树的叶尖,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分界线,随着受害程度的加重,黄斑向叶片中部及靠近叶柄部分进展,*后,使叶片大部分枯黄,仅叶主脉下部及叶柄相近仍保持绿色。可见,龙爪柳的叶片**及前半部的两侧边缘都产生黄斑;箭杆杨的叶片边缘部位产生破损,并沿边缘显现大片黄白斑块,仅叶片中央仍为绿色;洋槐受害后,叶片的上半部边缘黄萎而卷曲。(四)其他污染物的危害症状植物的成熟叶片对O3的危害*敏感,故通常总是在老龄叶片上发觉危害症状。首先,栅栏组织细胞受害,然后叶肉受害。如显现细小点状烟斑,则是急性损害的标志,这是栅栏细胞坏死所致。这种烟斑呈银灰色或褐色,并随叶龄增长渐渐脱色,还可以连成一片,变成大片的块斑,使叶子退绿脱落。植物长时间暴露于低浓度O3中,很多叶片上会显现大片浅褐色或古铜色斑,常导致叶片退绿和脱落。过氧乙酰硝酸酯是大气中的二次污染物,对植物的损害常常发生在幼龄叶片的尖部及敏感老龄叶片的基部,并随所处环境温度的增高而加重损害程度。在以植物作为探测器监测污染物时,应注意以下影响其受害程度的因素:(1)在污染源下风向的植物受害程度比上风向的植物重,并且受害植株往往呈带状或扇形分布。(2)植物受害程度随离污染源距离增大而减轻,即使在同一植株上,面对污染源一侧的枝叶比背向污染源一侧受害明显。无建筑物等屏障阻拦处的植物比有屏障阻拦处的植物受害程度重。(3)对大多数植物来说,成熟叶片及老龄叶片较新长出的嫩叶简单受害。(4)植物受到两种或两种以上有害物质同时作用时,受危害程度可能具有相加、相减或相乘等协同作用。二、大气污染指示植物的选择指示植物在受到污染物的侵袭后,应有明显地显示,包括明显的损害症状、生长和形态的变化、果实或种子的变化及生产力或产量的变化等。指示植物可选择一年生草本植物、多年生木本植物及地衣、苔藓等。下面介绍一些常见污染物的指示植物,在这些植物中,有的能同时显示几种污染物的危害,这就是本节开始所说的“专一性”差的表现。(一)SO2污染指示植物据资料介绍,对SO2敏感的植物已有几十种之多,如紫花苜蓿、棉株、元麦、大麦、小麦、大豆、芝麻、荞麦、辣椒、菠菜、胡萝卜、**、百日菊、麦杆菊、红花鼠尾草、玫瑰、中国石竹、苹果树、雪松、马尾松、白杨、白桦、合欢、杜仲、腊梅等。紫花苜蓿对SO2很敏感,有试验表明,当将它于SO2浓度为1.2ppm的环境中暴露1h,就会显示可见受害症状;若在20ppm浓度下,只需暴露10min,叶面上就会显现灰白色斑点。(二)氟化物污染指示植物对氟化物危害比较敏感的指示植物有唐菖蒲、金荞麦、葡萄、玉簪、杏梅、榆树叶、郁金香、山桃树、金丝桃树、慈竹、池柏、南洋楹等。唐菖蒲对氟化物*为敏感,当它暴露在10ppb氟化氢环境中,20h后就会显现可见损害症状。(三)NO2污染指示植物对NO2污染较敏感的植物有**、番茄、秋海棠、向日葵、菠菜等。**在3ppmNO2环境中经4—8h即可显示受害症状;25ppm浓度下经7小时可使番茄的叶子变白。(四)其他污染物质的指示植物O3的指示植物有**、矮牵牛花、马唐、花生、土豆、洋葱、萝卜、丁香、牡丹等。Cl2的指示植物有白菜、菠菜、韭菜、葱、番茄、菜豆、繁缕、向日葵、木棉、落叶松等。氨的指示植物有紫藤、小叶女贞、杨树、悬铃木、杜仲、枫树、刺槐、棉株、芥菜等。过氧乙酰硝酸酯(PAN)的指示植物有繁缕、早熟禾、矮牵牛花等。三、监测方法(一)盆栽植物监测法先将指示植物在没有污染的环境中盆培养植,待生长到适合大小时,移至监测点,观测它们受害症状和程度。例如,用唐菖蒲监测大气中的氟化物,先在非污染区将其球茎培养在直径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侧不同距离(如5、50、300、500、1150、1350m)处,定期察看受害情况。几天之后,如发觉部分监测点上的唐菖蒲叶片**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,说明这些地方已受到严重污染。依据预先试验获得的氟化物浓度与损害程度关系,即可估量出大气中氟化物的浓度。假如一周后,除*远的监测点外,都发觉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1150m。利用紫露草微核监测技术可以测定大气、水体等中的三致(致癌、致畸、致突变)物质,目前国外已被广泛应用,我国也已推举作为生物监测方法之一、紫露草是一种多年生草本植物,单子叶、鸭趾草科、紫露草属,可以盆栽,也可以地栽。用于监测三致物质的原理是它的花粉母细胞在减数分裂过程中的染色体受到污染物攻击和破坏后,在四分体中形成微核,以微核加添的数量作为判定污染程度的指标。测定时,选择紫露草开花盛期的幼期花序,随机采栽肯定数量的花枝条(枝长6—8cm,带有两片叶子,每个花枝上有十个以上花蕾,顶端开**朵花),插入盛有清洁自来水的杯子中,移到监测点上,经肯定时间后,进行固定处理,切下适龄花蕾,剥出花粉并轻压成片,在显微镜下察看形成的微核(呈圆形或椭圆形)数量。图3-80(图略)为植物监测器。该监测器由A、B两室构成,A室为测量室,B室为对比室。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。待通入充足量的污染空气后,即可依据A室内指示植物显现的症状和预先确定的与污染物浓度的相关关系或变**阶估算空气中的污染物浓度。(二)现场调查法现场调查法是选择监测区域现有植物作为大气污染的指示植物。该方法需先通过调查和试验,确定现场生长的植物对有害气体的抗性等级,将其分为敏感植物、抗性中等植物和抗性较强植物三类。假如敏感植物叶部显现受害症状,表明大气已受到轻度污染;假如抗性中等的植物显现部分受害症状,表明大气已受到中度污染;当抗性中等植物显现明显受害症状,有些抗性较强的植物也显现部分受害症状时,则表明已造成严重污染。同时,依据植物叶片呈现的受害症状和受害面积百分数,可以判定重要污染物和污染程度。1.植物群落调查法调查现场植物群落中各莳植物受害症状和程度,估测大气污染情况。表3—18为排放SO2的化工厂相近植物群落的调查结果。可见,对SO2抗性强的一些植物如枸树、马齿苋等也受到危害,表明该厂相近的大气已受到严重污染。表3—18排放SO2的某化工厂相近植物群落受害情况2.调查地衣和苔藓法地衣和苔藓是低等植物,分布广泛,但对某些污染物反应敏感。例如,SO2的年平均浓度在0.015—0.105ppm范围内就可以使地衣绝迹;浓度达0.017ppm时,大多数苔藓植物便不能生存。调查树干上的地衣和苔藓适于大气污染监测。当知道树干上的地衣和苔藓的种类与数量后,就可以估量大气污染程度。在工业城市中,通常距市中心越近,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,便显现枝状地衣;在轻污染区,叶状地衣数量*多。日本学者调查了东京四周苔藓的分布,依据发觉的21种苔藓分布情形,将该地区分成五个带,各带的大气污染程度不同,如将这些结果绘制在地图上,便得到大气污染分布图。对于没有适当的树木或石壁察看地衣和苔藓的地方,可以进行人工培养并放在苔藓监测器中进行监测。苔藓监测器的构成和测定原理与前面介绍的指示植物监测器相同,只是可以更小型化。3.调查树木的年轮剖析树木的年轮,可以了解所在地区大气污染的历史。在气候正常、未曾受到污染的年份树木的年轮宽,而大气污染严重或气候条件恶劣的年份树木的年轮

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