大氣污染生物監(jiān)測法

第第頁大氣污染生物監(jiān)測法大氣污染生物監(jiān)測法生物監(jiān)測法是通過生物（動物、植物及微生物）在環(huán)境中的分布、生長、發(fā)育情形及生理生化指標(biāo)和生態(tài)系統(tǒng)的變化來討論環(huán)境污染情況，測定污染物毒性的一類監(jiān)測方法。對比理化監(jiān)測方法，這種方法具有特定的優(yōu)點(diǎn)。例如，可以的確反映污染因子對人和生物的危害及環(huán)境污染的綜合影響；有些生物對特定污染物很敏感，在危害人體之前可起到“早期診斷”作用；對污染物具有富集作用等。當(dāng)然，這種方法也有其固有的局限性。例如，對污染因子的敏感性隨生活在污染環(huán)境中時(shí)間的增長而降低，專一性差，用來進(jìn)行定量測定困難，費(fèi)時(shí)等。監(jiān)測大氣污染的生物可以用動物，也可以用植物，但由于動物的管理比較困難，目前尚未形成比較完整的監(jiān)測方法，而植物分布范圍廣、簡單管理，當(dāng)受到污染物侵襲時(shí)，有不少蒔植物顯示明顯受害癥狀，因此廣泛用于大氣污染監(jiān)測。下面介紹這種方法。一、植物在污染環(huán)境中的受害癥狀大氣污染物通過葉面上進(jìn)**體交換的氣孔或孔隙進(jìn)入植物體內(nèi)，侵襲細(xì)胞組織，并發(fā)生一系列生化反應(yīng)，從而使植物組織受到破壞，呈現(xiàn)受害癥狀。這些癥狀雖然隨污染物的種類、濃度以及受害植物的品種、曝露時(shí)間不同而有差異，但具有某些共同特點(diǎn)，如葉綠素被破壞，葉細(xì)胞組織脫水，進(jìn)而發(fā)生葉面失去光澤，顯現(xiàn)不同顏色（灰白色、黃色或褐色）的斑點(diǎn)，葉片脫落，甚至全株枯死等異?，F(xiàn)象。（一）SO2污染的危害癥狀當(dāng)空氣中的SO2濃度較高時(shí)，就會使一些植物的葉脈間產(chǎn)生不整齊的變色斑塊（俗稱煙斑）。當(dāng)植物受到SO2污染時(shí)，一般其葉脈間葉肉*先顯現(xiàn)淡棕紅色斑點(diǎn)，經(jīng)過一系列的顏色變化，*后顯現(xiàn)漂白斑點(diǎn)，危害嚴(yán)重時(shí)葉片邊緣及葉肉全部枯黃，僅留葉脈仍為綠色。當(dāng)用顯微鏡察看產(chǎn)生煙斑葉子的切片時(shí)，可以看到*初的危害只在柵欄組織細(xì)胞處顯現(xiàn)，危害加重則罹及海綿組織的細(xì)胞和表皮組織細(xì)胞。當(dāng)受害細(xì)胞的葉綠素被破壞更改顏色時(shí)，原生質(zhì)從細(xì)胞分別出來，從而使細(xì)胞干燥枯萎。在葉片外部察看時(shí)，可察看到煙斑部分漸漸枯萎變薄，*后枯死。硫酸霧危害癥狀則為葉片邊緣光滑。受害較輕時(shí)，葉面上呈現(xiàn)分散的淺黃色透光斑點(diǎn)；受害嚴(yán)重時(shí)則成孔洞，這是由于硫酸霧以細(xì)霧狀水滴附著于葉片上所致。圓點(diǎn)或孔洞大小不一，直徑多在1mm左右。（二）NOx污染時(shí)危害癥狀NOx對植物構(gòu)成危害的濃度要大于SO2等污染物。一般很少顯現(xiàn)NOx濃度達(dá)到能直接損害植物的程度，但它往往與O3或SO2混合在一起顯示危害癥狀，首先在葉片上顯現(xiàn)密集的深綠色水浸蝕斑痕，隨后這種斑痕漸漸變成淡黃色或青銅色。損傷部位重要顯現(xiàn)在較大的葉脈之間，但也會沿葉緣進(jìn)展。（三）氟化物污染的危害癥狀一般植物對氟化物氣體很敏感，其危害特點(diǎn)是先在植物的特定部位呈現(xiàn)傷斑，例如，單子葉植物和針葉樹的葉尖，雙子葉植物和闊葉植物的葉緣等。開始這些部位發(fā)生萎黃，然后顏色轉(zhuǎn)深形成棕色斑塊，在發(fā)生萎黃組織與正常組織之間有一條明顯分界線，隨著受害程度的加重，黃斑向葉片中部及靠近葉柄部分進(jìn)展，*后，使葉片大部分枯黃，僅葉主脈下部及葉柄相近仍保持綠色?？梢姡堊α娜~片**及前半部的兩側(cè)邊緣都產(chǎn)生黃斑；箭桿楊的葉片邊緣部位產(chǎn)生破損，并沿邊緣顯現(xiàn)大片黃白斑塊，僅葉片中央仍為綠色；洋槐受害后，葉片的上半部邊緣黃萎而卷曲。（四）其他污染物的危害癥狀植物的成熟葉片對O3的危害*敏感，故通?？偸窃诶淆g葉片上發(fā)覺危害癥狀。首先，柵欄組織細(xì)胞受害，然后葉肉受害。如顯現(xiàn)細(xì)小點(diǎn)狀煙斑，則是急性損害的標(biāo)志，這是柵欄細(xì)胞壞死所致。這種煙斑呈銀灰色或褐色，并隨葉齡增長漸漸脫色，還可以連成一片，變成大片的塊斑，使葉子退綠脫落。植物長時(shí)間暴露于低濃度O3中，很多葉片上會顯現(xiàn)大片淺褐色或古銅色斑，常導(dǎo)致葉片退綠和脫落。過氧乙酰硝酸酯是大氣中的二次污染物，對植物的損害常常發(fā)生在幼齡葉片的尖部及敏感老齡葉片的基部，并隨所處環(huán)境溫度的增高而加重?fù)p害程度。在以植物作為探測器監(jiān)測污染物時(shí)，應(yīng)注意以下影響其受害程度的因素：（1）在污染源下風(fēng)向的植物受害程度比上風(fēng)向的植物重，并且受害植株往往呈帶狀或扇形分布。（2）植物受害程度隨離污染源距離增大而減輕，即使在同一植株上，面對污染源一側(cè)的枝葉比背向污染源一側(cè)受害明顯。無建筑物等屏障阻攔處的植物比有屏障阻攔處的植物受害程度重。（3）對大多數(shù)植物來說，成熟葉片及老齡葉片較新長出的嫩葉簡單受害。（4）植物受到兩種或兩種以上有害物質(zhì)同時(shí)作用時(shí)，受危害程度可能具有相加、相減或相乘等協(xié)同作用。二、大氣污染指示植物的選擇指示植物在受到污染物的侵襲后，應(yīng)有明顯地顯示，包括明顯的損害癥狀、生長和形態(tài)的變化、果實(shí)或種子的變化及生產(chǎn)力或產(chǎn)量的變化等。指示植物可選擇一年生草本植物、多年生木本植物及地衣、苔蘚等。下面介紹一些常見污染物的指示植物，在這些植物中，有的能同時(shí)顯示幾種污染物的危害，這就是本節(jié)開始所說的“專一性”差的表現(xiàn)。（一）SO2污染指示植物據(jù)資料介紹，對SO2敏感的植物已有幾十種之多，如紫花苜蓿、棉株、元麥、大麥、小麥、大豆、芝麻、蕎麥、辣椒、菠菜、胡蘿卜、**、百日菊、麥桿菊、紅花鼠尾草、玫瑰、中國石竹、蘋果樹、雪松、馬尾松、白楊、白樺、合歡、杜仲、臘梅等。紫花苜蓿對SO2很敏感，有試驗(yàn)表明，當(dāng)將它于SO2濃度為1.2ppm的環(huán)境中暴露1h，就會顯示可見受害癥狀；若在20ppm濃度下，只需暴露10min，葉面上就會顯現(xiàn)灰白色斑點(diǎn)。（二）氟化物污染指示植物對氟化物危害比較敏感的指示植物有唐菖蒲、金蕎麥、葡萄、玉簪、杏梅、榆樹葉、郁金香、山桃樹、金絲桃樹、慈竹、池柏、南洋楹等。唐菖蒲對氟化物*為敏感，當(dāng)它暴露在10ppb氟化氫環(huán)境中，20h后就會顯現(xiàn)可見損害癥狀。（三）NO2污染指示植物對NO2污染較敏感的植物有**、番茄、秋海棠、向日葵、菠菜等。**在3ppmNO2環(huán)境中經(jīng)4—8h即可顯示受害癥狀；25ppm濃度下經(jīng)7小時(shí)可使番茄的葉子變白。（四）其他污染物質(zhì)的指示植物O3的指示植物有**、矮牽牛花、馬唐、花生、土豆、洋蔥、蘿卜、丁香、牡丹等。Cl2的指示植物有白菜、菠菜、韭菜、蔥、番茄、菜豆、繁縷、向日葵、木棉、落葉松等。氨的指示植物有紫藤、小葉女貞、楊樹、懸鈴木、杜仲、楓樹、刺槐、棉株、芥菜等。過氧乙酰硝酸酯（PAN）的指示植物有繁縷、早熟禾、矮牽?；ǖ?。三、監(jiān)測方法（一）盆栽植物監(jiān)測法先將指示植物在沒有污染的環(huán)境中盆培養(yǎng)植，待生長到適合大小時(shí)，移至監(jiān)測點(diǎn)，觀測它們受害癥狀和程度。例如，用唐菖蒲監(jiān)測大氣中的氟化物，先在非污染區(qū)將其球莖培養(yǎng)在直徑20cm、高10cm的花盆中，待長出3—4片葉后，移至污染區(qū)，放在污染源的主導(dǎo)風(fēng)向下風(fēng)側(cè)不同距離（如5、50、300、500、1150、1350m）處，定期察看受害情況。幾天之后，如發(fā)覺部分監(jiān)測點(diǎn)上的唐菖蒲葉片**和邊緣產(chǎn)生淡棕黃色片狀傷斑，且傷斑部位與正常組織之間有一明顯界線，說明這些地方已受到嚴(yán)重污染。依據(jù)預(yù)先試驗(yàn)獲得的氟化物濃度與損害程度關(guān)系，即可估量出大氣中氟化物的濃度。假如一周后，除*遠(yuǎn)的監(jiān)測點(diǎn)外，都發(fā)覺了唐菖蒲不同程度的受害癥狀，說明該地區(qū)的污染范圍至少達(dá)1150m。利用紫露草微核監(jiān)測技術(shù)可以測定大氣、水體等中的三致（致癌、致畸、致突變）物質(zhì)，目前國外已被廣泛應(yīng)用，我國也已推舉作為生物監(jiān)測方法之一、紫露草是一種多年生草本植物，單子葉、鴨趾草科、紫露草屬，可以盆栽，也可以地栽。用于監(jiān)測三致物質(zhì)的原理是它的花粉母細(xì)胞在減數(shù)分裂過程中的染色體受到污染物攻擊和破壞后，在四分體中形成微核，以微核加添的數(shù)量作為判定污染程度的指標(biāo)。測定時(shí)，選擇紫露草開花盛期的幼期花序，隨機(jī)采栽肯定數(shù)量的花枝條（枝長6—8cm，帶有兩片葉子，每個(gè)花枝上有十個(gè)以上花蕾，頂端開**朵花），插入盛有清潔自來水的杯子中，移到監(jiān)測點(diǎn)上，經(jīng)肯定時(shí)間后，進(jìn)行固定處理，切下適齡花蕾，剝出花粉并輕壓成片，在顯微鏡下察看形成的微核（呈圓形或橢圓形）數(shù)量。圖3－80（圖略）為植物監(jiān)測器。該監(jiān)測器由A、B兩室構(gòu)成，A室為測量室，B室為對比室。將同樣大小的指示植物分別放入兩室，用氣泵將污染空氣以相同流量分別打入A、B室的導(dǎo)管，并在通往B室的管路中串接一活性炭凈化器，以獲得凈化空氣。待通入充足量的污染空氣后，即可依據(jù)A室內(nèi)指示植物顯現(xiàn)的癥狀和預(yù)先確定的與污染物濃度的相關(guān)關(guān)系或變**階估算空氣中的污染物濃度。（二）現(xiàn)場調(diào)查法現(xiàn)場調(diào)查法是選擇監(jiān)測區(qū)域現(xiàn)有植物作為大氣污染的指示植物。該方法需先通過調(diào)查和試驗(yàn)，確定現(xiàn)場生長的植物對有害氣體的抗性等級，將其分為敏感植物、抗性中等植物和抗性較強(qiáng)植物三類。假如敏感植物葉部顯現(xiàn)受害癥狀，表明大氣已受到輕度污染；假如抗性中等的植物顯現(xiàn)部分受害癥狀，表明大氣已受到中度污染；當(dāng)抗性中等植物顯現(xiàn)明顯受害癥狀，有些抗性較強(qiáng)的植物也顯現(xiàn)部分受害癥狀時(shí)，則表明已造成嚴(yán)重污染。同時(shí)，依據(jù)植物葉片呈現(xiàn)的受害癥狀和受害面積百分?jǐn)?shù)，可以判定重要污染物和污染程度。1.植物群落調(diào)查法調(diào)查現(xiàn)場植物群落中各蒔植物受害癥狀和程度，估測大氣污染情況。表3—18為排放SO2的化工廠相近植物群落的調(diào)查結(jié)果。可見，對SO2抗性強(qiáng)的一些植物如枸樹、馬齒莧等也受到危害，表明該廠相近的大氣已受到嚴(yán)重污染。表3—18排放SO2的某化工廠相近植物群落受害情況2.調(diào)查地衣和苔蘚法地衣和苔蘚是低等植物，分布廣泛，但對某些污染物反應(yīng)敏感。例如，SO2的年平均濃度在0.015—0.105ppm范圍內(nèi)就可以使地衣絕跡；濃度達(dá)0.017ppm時(shí)，大多數(shù)苔蘚植物便不能生存。調(diào)查樹干上的地衣和苔蘚適于大氣污染監(jiān)測。當(dāng)知道樹干上的地衣和苔蘚的種類與數(shù)量后，就可以估量大氣污染程度。在工業(yè)城市中，通常距市中心越近，地衣的種類越少，重污染區(qū)內(nèi)一般僅有少數(shù)殼狀地衣分布，隨著污染程度的減輕，便顯現(xiàn)枝狀地衣；在輕污染區(qū)，葉狀地衣數(shù)量*多。日本學(xué)者調(diào)查了東京四周苔蘚的分布，依據(jù)發(fā)覺的21種苔蘚分布情形，將該地區(qū)分成五個(gè)帶，各帶的大氣污染程度不同，如將這些結(jié)果繪制在地圖上，便得到大氣污染分布圖。對于沒有適當(dāng)?shù)臉淠净蚴诓炜吹匾潞吞μ\的地方，可以進(jìn)行人工培養(yǎng)并放在苔蘚監(jiān)測器中進(jìn)行監(jiān)測。苔蘚監(jiān)測器的構(gòu)成和測定原理與前面介紹的指示植物監(jiān)測器相同，只是可以更小型化。3.調(diào)查樹木的年輪剖析樹木的年輪，可以了解所在地區(qū)大氣污染的歷史。在氣候正常、未曾受到污染的年份樹木的年輪寬，而大氣污染嚴(yán)重或氣候條件惡劣的年份樹木的年輪