植物在大气环境监测中的应用研究
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作者:雷国明
摘要：本文介绍了植物在大气环境监测中的应用原理、主要方法及优点等，为大气环境监测探寻提供了新的视角和路径，对做好环境监测工作具有积极的现实意义。
关键词：环境监测;植物;应用研究
中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）05-0-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.100
Application of plants in atmospheric environmental monitoring
Lei Guoming
（Nanyang Environmental Monitoring Station，Nanyang He’nan 473000，China）
Abstract：This paper introduces the application principles， main methods and advantages of plants in atmospheric environment monitoring，provides a new perspective and path for atmospheric environment monitoring exploration，and has positive practical significance for environmental monitoring.
Key words：Environmental monitoring;Plants;Applied research
近年来，植物在环境监测中的应用价值逐渐被重视。一些植物对大气、水、土壤等污染反应非常灵敏。如當SO2浓度达到0.3%左右时，一些敏感植物便会表现出受害状态，当其浓度达到1～5%左右时，会被人的嗅觉所察觉，而当其浓度达到10～20%时，便会引起人的不适感（咳嗽或流泪）。
1 植物在大气环境监测中的应用原理
1.1 监测原理
植物监测大气污染物，是指利用植物对存在于大气中的污染物反应，监测出大气中的有害气体成分及含量，确定大气环境质量状况。与动物等其他生物相比，植物遭受到大气污染的可能性及危害性更大。在植物生长过程中，需要借助叶面积接触空气完成气体交换，并利用植物叶片特点、植物长势、新陈代谢程度、元素种类、生物量大小、光合作用等，反应植物所在地区的大气污染程度。如，SO2浓度超过植物的耐受度后，会导致植物叶片褪色甚至坏死;而植物叶片在受到氯气污染时，叶片表面会表现出氯伤斑;叶片在受到氟化物污染，也会出现褪色或枯死。因此，利用植物在监测大气环境质量中表现出的敏感性、指示性、直观性等特点，证明了植物监测的可行性。利用植物监测大气环境污染状况，可通过元素积累、叶片外观、植株长势等判断。
1.2 指示植物
所谓指示植物，是指对大气污染表现出灵敏反应。作为化学性检测器，指示植物应具备如下条件：（1）大气污染物准确反应性。这种反应主要表现为症状、形态、生长及产量的变化等。（2）植物生长的长周期性。即，用以监测大气环境质量的指示植物生长周期应尽量长，且易繁殖、易栽培。（3）监测结果的普适性。即，指示植物周围大气污染物浓度达到一定范围时，所监测获得的结果具有普遍适用性。（4）地理学分布的广泛性。根据监测植物生长过程中自身发出的信息，判断其所在区域环境污染状况及大气环境质量。
1.3 监测植物
目前，指示植物可应用于大气环境中的氯、氟化物、SO2、NO2、O3的监测等。其中，（1）氯。落叶松、桃树、萝卜、向日葵、韭菜、白菜以及木棉等，这些植物在大气中的氯含量0.15～3mg/m3、3～5h后，便会产生不同程度的受害症状。（2）氟化物。唐菖蒲、郁金香、大蒜、玉米、柑橘、葡萄等植物对大气中的氟化物较为敏感。如，常见的唐菖蒲植物，当大气中氟化物浓度在9～10mg/m3、2～3h后，唐菖蒲叶片就会表现出一定的伤害症状。（3）SO2。大麦黄瓜、地瓜、马尾松、苜蓿、棉花、菠菜、月季、玫瑰等，均可对大气环境中污染物SO2的监测。如苜蓿在大气环境中SO2浓度超过3.4mg/m3、超过1h，便出现症状。（4）NO2。洋葱、番茄、马铃薯等植物常用以监测大气中的NO2浓度含量。如，在弱光条件下，NO2浓度达到5～6 mg/m3、2～3h左右，植物叶片就会表现出某些症状。（5）O3。燕麦、牡丹、丁香等可以将其作为大气中O3的监测，当大气中O3的质量浓度达到1～26mg/m3、持续时间达2～4h左右，这些植物便会表现出某些症状。
2 植物在大气环境监测中的主要方法
2.1 植物症状指示法
利用指示植物的“站岗放哨”功能，实现大气污染物监测的预期效果。如，在化工厂附近种植各种敏感性植物，不仅可以起到良好的美化效果，还可以发挥对环境监测的作用。通过评估植物群落在受大气污染后的症状，判断其大气污染敏感性。此外，将用以监测的植物种植于没有大气污染地方，经过一段时间培育、生长后移栽至监测地，再对植物的受害症状表征进行观察、登记，从而对大气污染状况进行评价。
2.2 植物体内污染物含量监测法
植物体内污染物含量监测法，主要是基于植物生长过程中长时间吸收大气中的污染物，并在植物体内不断累积，再分析植物体内污染物含量，从而达到大气污染物含量浓度的监测评估。植物体内污染物含量监测法属较为可靠的一类监测法。如，（1）植物叶片，对于大气中重金属、HF、氯、二氧化硫等污染物具有较强的富集能力，与大气污染物含量具有较强的相关性。（2）树皮。树皮每天都会与大气有着直接的接触，也会直接对大气中的污染物具有较强的吸收和累积效果，即便植物处于休眠期，树皮也会对大气中的污染物具有持续的吸收效果。通过观察树皮pH的分析变化，可以帮助人们掌握城市地区酸性降雨情况，以及该区域车辆总酸性的气体状况。（3）年轮。乔木植物的年轮相当于其履历表，在植物的生长过程中，气候、环境及大气污染等都会留下清洗记录，且大气中的污染物会在木材中形成不溶的化合物，逐渐在木材中留下深厚沉积。通过植物年轮的色泽、宽窄等，判定大气污染情况。 2.3 地衣、苔藓监测法
地衣对大气环境因子具有很强的敏感性，也是大气环境污染物监测中最常应用到的一类监测方法。将地衣应用于大气环境污染物监测的方法主要有：一是对被监测地区地衣的分布、种类及数量进行现场调查，在重工业区进行地衣移植，并对当地大气污染程度进行监测。二是选择生长于树干等较为敏感的地衣，将树皮连同地衣一起切割下来，移植至待监测地区同类植物上，然后对其受害程度及死亡情况进行定期的观察、分析和记录，从而评估该地区大气污染状况。苔藓也是一类常用于大气污染物监测的指示植物。苔藓受到大气污染物污染后，其明显表现出黑斑或褐化现象，此外，在苔藓的叶片表面还会出现银灰色光泽。大气中的污染物会破坏苔藓体内的叶绿体，使其叶片伴有白化或褐化现象。在长时间污染环境下，苔藓的植物群落便会出现衰退现象，且物种的多样性会减少，直至消失。通过苔藓的这些表征，可以帮助人们了解大气环境污染状况。
2.4 细胞遗传法
细胞遗传法监测大气污染，主要应用于对化学诱变因子的筛选方面，用以判别大气环境中污染物是否存在致癌、致突變化学物质。如微核测定法、非预定DNA合成法、姐妹染色体交换率等细胞遗传学。
2.5 生理指示法
生理指示方法主要是借助大气污染物会导致植物个体行为、生理生化变化及发育情况作为评价指标，达到监测环境污染状况的一种监测方法。当大气环境中有毒有害气体浓度超标达到一定浓度时，酶活性、叶绿素含量及光合强度等生理生化指标会出现变化。
3 植物在大气环境监测中的优点
（1）易操作。与大气污染物监测需要利用诸多仪器相比，植物监测大气污染取材广泛，操作简便，成本低廉。（2）长期性。与其他监测方法相比，植物监测能够在更广范围内，长期地观察大气污染物对植物累积性的影响，从而反映出大气污染对整个生态系统的影响强度等，监测结果更加全面、科学。（3）更准确。植物对大气污染的反应更为敏感，在生物体系中，由于植物叶面长期与大气接触，进行充分而活跃的气体交换，且与动物相比，植物缺乏相应的循环系统来缓冲外界对其影响，固定生长无法避开大气污染物危害，因此，大气污染物更容易造成植物伤害。（4）历史性。大气污染物对植物的影响，可以通过年轮分析，反映某一地区污染历史。（5）广泛性。自然界中，不同植物能够监测出大气中的不同污染物，且同一植物又可以对不同类型污染物表现出不同的受害状况。
4 结语及展望
植物监测属于生物监测的重要组成部分，具有简便、快捷、低廉，易操作等优势，具有良好的发展和应用前景。随着植物监测在大气污染物监测中应用研究的深入，指示植物、监测指标日益多元化。应用植物中的稳定性同位素含量来监测大气污染及其来源、利用生物磁技术监测大气中的颗粒物浓度、用原位植物生物检验技术评估城市大气污染遗传毒性，以及植物对多种混合污染物长期影响的响应等技术方法也逐渐得到了更为广泛地应用。
参考文献
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收稿日期：2020-03-02
作者简介：雷国明（1971-），男，汉族，本科学历，研究方向为环境监测、环保工程。
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