大气污染的生物监测

4.2生物监测与评价4.2.1大气污染的生物监测与评价空气污染生物监测植物监测（应用较多）动物监测（应用不多）微生物监测植物分布范围广、容易管理，品质众多；空气污染对植物种群、群落的组成和分布也产生影响；早期诊断作用；富集作用。敏感性降低，专一性差，不能定量，费时动物的管理比较困难，目前尚未形成一套完整的监测方法空气污染植物监测概述空气是生物赖以生存的条件，当空气受到污染时，某些植物就会有不同程度的反映；利用植物对空气污染的异常反映可以监测空气污染的种类和含量，这就是空气污染植物监测。植物受空气污染物的伤害一般分为两类：受高浓度污染物的侵袭时，短期内即在叶片上出现坏死伤斑，称为急性伤害；长期与低浓度污染物接触时，因长期受阻、发育不良，出现失绿早衰的现象称为慢性伤害。植物的抗性分类：•抗性强的植物•抗性中等的植物•敏感性植物大气污染的植物监测有以下几种方法：指示植物法现场调查法植物群落调查法现场盆栽定点监测法地衣、苔藓监测法：微核技术的应用污染量指数法大气污染的综合生态指标法指示生物指示生物的概念：•指对环境中某些物质（包括污染物）能产生各种反应或信息而被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物。指示生物的种类•包括大气污染指示生物和水体污染指示生物。例如：•指示节气•枣花发，种棉花；杏花开，快种麦•指示天气•燕子低飞预示雨将来临，蜻蜓高飞预示天晴•指示水质•美国威斯康星地区湖泊中的软水指示植物为Gratiola，硬水指示植物为Ranunculusaquatilis。•指示资源•安徽的海州香薷指示铜矿，湖南念同的野韭指示金矿注：指示生物只在一定的时空范围内起作用：安徽的海州香薷只在安徽指示铜矿，在北方则无此作用。指示植物监测法指示植物•利用某些植物对某些有害气体的特殊敏感性，可以监测大气中该气体的浓度，这种植物就称为该大气污染物的指示植物。常见大气污染指示植物•二氧化硫污染指示植物：如地衣、苔藓、芝麻、向日葵、落叶松、加拿大白杨等•氟化物污染指示植物：如郁金香、杏、葡萄、梅、雪松等•二氧化氮污染指示植物：向日葵、番茄、秋海棠、烟草等指示植物的选择方法•现场比较评比法•栽培比较试验法•人工熏气法监测方法•选择可靠的指示植物，了解其受害症状和受伤阈值，然后根据受害程度大小估测大气污染物的成分、浓度和范围。•注：受伤阈值指引起指示植物受害的污染气体的最低浓度和暴露时间。几种大气污染物对植物的危害症状污染物危害症状O3叶面出现白色或褐色不规则斑点或呈条斑分布，叶尖端变成褐色或坏死PAN叶子下表面变光滑或呈银白色或青铜色NO2脉间组织和靠近叶缘边出现不规则的白色或褐色溃伤SO2伤斑多分布于脉间，与健康组织区别明显，阔叶植物脉间出现不规则坏死斑，单子叶植物平行脉间出现斑点或条状坏死区HF叶尖和叶缘出现灼伤、退绿，伤区与健康组织区别明显Cl2叶脉间变白，叶尖和叶缘出现灼伤及落叶酸雾叶上出现细密、近圆形坏死斑表4－1几种大气污染物对植物的危害症状6.2.1.1指示植物及其受害症状对大气污染反应灵敏，用以指示和反映大气污染状况的植物，称为大气污染的指示植物。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、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。1.二氧化硫指示植物堇菜苔藓白蜡树云杉地衣棉花白杨图6.3部分二氧化硫指示植物2.光化学氧化物指示植物矮牵牛花葡萄菠菜黄瓜马铃薯洋葱图6.4O3的指示植物雪松葡萄金钱草杏树慈竹郁金香图6.5氟化物的指示植物3.氟化物指示植物4.乙烯的指示植物万寿菊皂荚树黄瓜番茄兰花图6.6乙烯的指示植物5.氮氧化物指示植物向日葵菠菜秋海棠番茄烟草图6.7氮氧化物指示植物6.2.1.2监测方法1.栽培指示植物监测法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。图6.8植物监测器示意图1.气泵；2.针型阀；3.流量计；4.活性炭净化器；5.盆栽指示植物2、植物群落监测法先通过调查和试验，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；如果抗性中等的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，则表明已造成严重污染。植物受害情况悬铃木、加拿大白杨桧柏、丝瓜向日葵、葱、玉米、菊、牵牛花、月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌柏葡萄、金银花、枸树、马齿苋广玉兰、大叶黄杨、栀子花、腊梅80％～100%叶片受害，甚至脱落叶片有明显大块伤斑，部分植株枯死50%左右叶面积受害，叶片脉间有点、块状伤斑30%左右叶面积受害，叶脉间有轻度点、块状伤斑10%左右叶面积受害，叶片上有轻度点状斑无明显症状表6.3排放SO2的某化工厂附近植物群落受害情况6.2.2利用动物监测6.2.2.1利用动物个体的异常反应对矿井内瓦斯毒气敏感的动物金丝雀金翅雀鸡老鼠图6.9对矿井内瓦斯毒气敏感的动物对SO2敏感的动物敏感性水平：本鸟最高俺狗狗第二耐受力最好的当属我们家禽了金丝雀狗家禽图6.10对SO2敏感的动物6.2.2.2利用动物种群数量的变化受不了啦，快跑吧！大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移图6.11大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、虫瘿昆虫、体表有蜡质的蚧类增加，图6.12为部分该类昆虫。潜叶蛾瘿蚊红蜡蚧图6.12部分昆虫和蚧类6.2.3利用微生物监测空气微生物是空气污染的重要因子，它与气溶胶、颗粒物等媒体一起散布并污染环境、左右疾病发生与传播，监测空气微生物状况是掌握其活动和作用的必要前提。室内空气微生物监测：某医院的空气微生物监测163份标本，合格88份，合格率仅54％；表明空气微生物的污染与医院感染密切相关，加强消毒隔离措施、合理使用抗生素，控制医院感染是十分重要的。室外空气微生物监测：辽宁省某市空气中微生物区系分布与环境质量关系研究表明：空气中微生物的数量随着人群和车辆流动的增加而增多，繁华的中街微生物数量最多，其次是交通路口，居民小区；郊区某公园和农村空气中细菌最少。2001和2002年山东省某海滨城市空气微生物监测发现：该市空气微生物检出率高，空气处于微生物中度污染状态。其中东部、居住区空气污染较重，南部、西部和风景游览区空气污染较轻。滨海区空气陆源细菌少于内陆区，真菌却较多。滨海与内陆区空气微生物含量相近，滨海区空气陆源微生物增多，意味两区空气污染有趋同现象。SO2监测植物——矮牵牛氨指示植物——木芙蓉植物群落监测法植物群落监测法在空气污染的情况下，植物群落中各种植物对污染物的敏感性不同，因此其反应也不同。所以调查植物群落中各种植物的受害症状和程度，利用植物及其群落光合速率和呼吸速率的测定，可以估测该地区的空气污染程度。•如敏感植物受害，表明大气受到污染；如抗性中等的植物受害，表明大气污染较严重；如抗性强的植物受害，表明大气污染十分严重；在严重污染地区，敏感植物不存在。•在长期受污染地区，一些群落多样性受到影响，从而使植物退化，由此可根据群落中物种多少及个体数量多少来评价大气污染状况。实例：某化工厂附近的植物群落调查实例：某化工厂30～50m范围内植物受害情况说明及分析植物名称受害情况悬铃木、加拿大白杨80％或全部叶片受害，甚至脱落桧柏、丝瓜叶片有明显大块伤斑，部分植物枯死向日葵、葱、玉米、菊花、牵牛花50％左右叶面积受害，叶脉间有点、块状伤斑月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌桕80％左右叶面积受害，叶片有轻度点、块状伤斑葡萄、金银花、构树、马齿苋10％左右叶面积受害，叶片有轻度点状伤斑广玉兰、大叶黄杨、腊梅肉眼观察无明显症状表4－2某化工厂30～50m范围内植物受害情况情况分析：根据植物叶片出现的症状特点（伤斑出现叶脉间），表明该厂附近的大气已被SO2污染。从受害程度上看，由于一些对SO2抗性强的构树、马齿苋等已受到损害，可以判断该地区发生过急性危害，估测其SO2浓度为3～10ppm。植物光合速率和呼吸速率的测定：红外线气体分析仪或光合作用测定仪群落净光合速率的计算群落呼吸速率的计算栽培指示植物监测法：先将指示植物在没有污染的环境中盆栽培植，待生长到适宜大小时，移至监测点，观测它们受害症状和程度。植物指示器如图所示。地衣、苔藓监测法地衣、苔藓作为指示植物的特点•这两类植物对二氧化硫和氟化氢等的反应比高等植物敏感；例如SO2年平均浓度在0.015～0.105ppm范围内就可使地衣绝迹；浓度超过0.017ppm时大多数苔藓植物不能生存。•地衣、苔藓生长在树干上，故可以减少土壤或水体污染的干扰。•地衣、苔藓所需水分和养分等全部依赖于雨水和露，同时以植物整体吸收养分，而高等植物靠气孔来吸收大气中的污染物，故前者吸收污染物的量相对较多。•生长速度比高等植物慢，一旦受损不易恢复，有利于掌握长时间的污染积累结果。•两者为多年生长绿色植物，一年四季均可作为监测器。而高等植物往往冬季落叶，难以显示受害情况。•取材方便，成本低，有直观效果，但在自然条件下难以获得精确可靠的定量数据。•形体小，分类困难，不经过专门的学习不易掌握辨识方法。地衣、苔藓监测法观察指标•通常观察地衣、苔藓植物的多度、盖度、频度、种类数量以及内外部受害症状等指标。在大气污染状况下，地衣、苔藓分布规律•污染严重地区，地衣、苔藓植物很少或完全绝迹；•随污染的减轻，地衣、苔藓植物种属增加，多度、盖度、频度等也逐渐增高并且在树干上的分布高度也升高。植物监测的其他方法微核技术的应用：•根据环境污染物会引起染色体畸变而形成微核的原理，利用紫路草花粉母细胞的微核数量指示环境污染状况，我国已应用该法来监测水、大气污染状况。污染量指数法•KIPC＝监测点指示植物叶片中某污染物的含量/对照点同种植物中某污染物的含量大气污染的综合生态指标法思考：应用植物监测应注意哪些问题？采取哪些措施？•应注意区分大气污染对植物的伤害与其他因素对植物伤害，如冻害、病虫害、肥料不足、农药药害等也可使植物受害。•可从调查污染源入手，通过观察植物叶片受害症状、受害方式，或进行叶片污染物的含量分析来进行判断，这要求工作人员观察细心，并有较为丰富的实践经验。利用动物监测在一个区域内，利用动物种群数量的变化，特别是对污染物敏感动物种群数量的变化，也可以监测该区域空气污染状况。美国多偌拉事件：金丝雀对SO2最敏感，其次是狗，再次是家禽。日本：日本学者利用鸟类与昆虫的分布来反映空气质量的变化。保加利亚：一些矿区利用蜜蜂监测空气中金属污染物的浓度。我国：用金丝雀、金翅雀、老鼠、鸡等动物的异常反应（不安、死亡）来探测矿井内的瓦斯毒气；如果一些大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移，而不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、体表有蜡质的蚧类等数量增加，说明该地区空气污染严重。利用微生物监测空气不是微生物生长繁殖的天然环境，故没有固定的微生物种群，它主要通过土壤尘埃、水滴、人和动物体表的干燥脱落物、呼吸道的排泄物等方式带入空气中。空气中微生物区系组成及数量变化与空气污染有密切关系，可以用于监测空气质量。沈阳市空气微生物区系分布与环境质量关系：空气中微生物的数量随着人群和车辆流动的增加而增多，繁华的中街微生物数量最多，其次是交通路口、居民小区；郊区东陵公园和农村空气中细菌最少。大气污染的生物监测一、植物监测的优点植物能直接反映大气污染，而且能综合地反映大气污染对生态系统的影响能早期发现大气污染能检测出不同的污染物种类，找出污染源能监测长时间的慢性影响能反映一个地区的污染历史植物种类多、来源广、成本低方法简便、容易掌握植物监测可以结合绿化、美化和净化环境来进行二、植物监测的不足之处在自然条