淺議植物在城市生態安全監測中的應用

明 珠 招康賽 楊立君

(1.深圳市環境監測中心站廣東深圳 518049;2.深圳市環境科學研究院廣東深圳 518001)

淺議植物在城市生態安全監測中的應用

明 珠1招康賽1楊立君2

(1.深圳市環境監測中心站廣東深圳 518049;2.深圳市環境科學研究院廣東深圳 518001)

植物是城市生態系統的組成部分,植物監測具有傳統理化監測沒有的特性,利用地面、航空、衛星監測技術監測植物基因、組織、個體、群落等各個層次對人為脅迫的響應變化,分析污染物、環境因子與植物的綜合作用,對生態環境進行監測和預警,保障城市生態安全。

植物監測;生態安全;生態環境;生態系統

工業、交通運輸業的迅猛發展和城市人口的不斷增加,加速了城市化的進程[1],使城市生態環境發生了很大變化,生物多樣性喪失、水土流失等生態災害頻繁發生。在人類邁向生態文明的今天,城市生態是否安全將關乎人類的福祉。人類的福祉不只是滿足水、食物、住所、健康、工作等物質需求,也是賴以生存的城市生態系統保持著一種完善的結構和健全的生態功能,并具有一定的自我環境調節與凈化能力[2]。城市生態安全問題始終是人類生存和社會經濟可持續發展的核心任務,建設生態安全監測系統,保障生態安全無疑顯得意義重大而深遠。

植物是城市生態系統的組成部分,其分布遍及城市的每一個角落。植物通過光合作用保持大氣中的氧的平衡,在自然環境的物質循環中起到積極和不可替代的作用。植物監測是利用植物基因、組織、器官、個體、種群、群落等各層次對人為脅迫所產生的響應來闡明生態環境質量狀況。植物在城市生態安全監測中的應用可以追溯到1859年,Grindon注意到煙霧和氣體發散使得城市附近地衣數量減少,上世紀五十年代,國外利用植物監測空氣污染研究應用蓬勃發展[3],我國的植物監測從 1973年起步,近三十余年有了長足的發展。

1 利用植物監測的特性

1.1 直觀性

植物與生態環境是一個有機互動的整體,當生態環境在人為活動與自然干擾下受損時,植物的生命活動也將產生異常反應,這種反應可以發生在植物的基因、組織、個體、種群、群落等各個層次,反應強度直接反映出受損生態環境狀況。對于痕量級的污染物,植物監測要比傳統的理化監測手段敏感,如受損環境中存在的“致畸、致癌、致突變”的三致痕量環境污染物進入植物遺傳載體后,植物的形態、結構、組合會出現受害癥狀：植物葉片出現各種傷斑、葉片組織局部壞死、整棵植株死亡等等。痕量污染物對植物的傷害劑量低于人體健康的損害劑量,這樣,可以利用植物這些直觀的變化對環境污染進行監測和預警,保障人類生存環境及人體健康。

1.2 綜合性

植物監測能夠綜合反映環境污染對生態系統的影響,而理化監測方法則無法直接做到這一點。因為環境污染物成分復雜,各種分子和各種離子之間既有協同作用、拮抗作用、疊加作用等[4]。如工業生產所排放的氣體成分是非常復雜的,幾種有毒氣體對植物的綜合毒害作用要比單個有毒氣體作用大得多。同時,污染物的毒性還受到 pH值、水溫、水體懸浮物等環境因子的影響,這是傳統理化監測所不能反映的。而植物接受的是綜合影響,不光是個別因子的作用,因而植物監測反映了污染物、環境因子與植物個體、群落綜合作用的結果。

1.3 長期性

在污染環境中植物能記錄較長一段時間內大氣中有毒物質濃度的變化情況,能反映在一段時間內大氣中污染的平均水平,能及時發出警報[5],如通過分析樹木年輪中各元素的比率,可以觀測到人為活動或自然干擾破壞生態環境質量的歷史與現狀。借助于各種先進檢測儀器和分析手段的理化監測方法,雖然能精確測定環境污染物的瞬時濃度,但不能反映各種污染物混合作用于生態系統的長期影響。大氣中的有毒成分含量會因城市規劃布局、氣候、時間不同而發生變化,有時有毒物質含量很高,有時含量很低。因此,要全面反映生態環境中有毒物質的濃度對城市生態系統的影響,必須進行長期的植物監測。

2 監測植物選擇的原則

2.1 選擇具有敏感性、特異性的植物

監測植物的敏感性直接決定了植物監測方法的靈敏度。監測植物對人為脅迫的生物反應要具有特異性,即對特定脅迫具有特殊的敏感性或抗性,而對其他脅迫反應不敏感。同時,這種植物反應要能及時靈敏地通過形態、生理、生態技術,對痕量級的污染物進行監測和預警,如 SO2濃度達到 1～5ppm時人才能聞到氣味,10～20ppm時人才會感到明顯刺激作用,地衣對 SO2極為敏感：SO2濃度為 0.23mg/m3時,29天內地衣全部死亡;SO2濃度為 0.09mg/m3時,69天約有 60%面積的地衣死亡[3]。

2.2 選擇遺傳穩定、個體健康的植物

遺傳穩定的監測植物,能夠保證監測結果的重復性,是植物監測方法標準化必須具備的條件。監測植物必須生長發育良好、干擾癥狀少。如監測大氣污染時,所選擇的監測植物個體應發育正常、健壯,葉片無斑痕,植株間較為均勻一致。如果植物體本身長勢很弱,葉片有病斑或蟲害痕跡,就很難評價大氣污染的影響效果。

2.3 選擇易于繁殖、管理的常見植物

植物監測需要大量個體,因此監測植物應具備大量增殖后代的能力,種質保存和擴大繁殖應簡便易行,并避免選用珍稀瀕危物種。同時監測植物應易于管理,以降低監測成本,提高植物監測的實用價值。如監測乙烯通常選擇番茄、蘭花、萬壽菊等常見、易于繁殖和生長的植物。

2.4 選擇有監測功能并兼有其他功能的植物

監測植物應盡量選擇既有監測功能又兼有經濟價值或觀賞價值的植物。如國內外常選擇秋海棠、石竹監測 SO2;選擇貼梗海棠、牡丹監測 O3;蘭花、萬壽菊監測乙烯;千日紅、大波斯菊監測 CL2污染等。這些生物既可觀賞,又能預警,一舉兩得。

3 植物監測城市生態安全的技術

3.1 地面監測

地面監測是傳統采用的技術。地面野外觀測可以提供最詳細的情況,植被監測從觀測不同類型的植物群落入手,找出群落本身特征及其與生態環境的關系,以及各類群落間的相互關系,然后加以綜合分析。抽樣調查乃是最基本的方法,其實質是選擇有代表性的一定數量的小面積“樣地”進行詳細調查,以此估計推斷此類群落整體,或者以“樣地”的中心點向一組對角的方向延伸的走向設定“樣線”,通常順著現存的地貌,如公路、小徑、鐵路線及家畜行走的小道,記錄點放在這些地貌相對不受干擾一側的生境點上,監測斷面的位置間隔一般為 0.5及 1.0km。采樣點收集的數據包括氣象參數、物種名稱、物種密度、物種長勢、植被覆蓋率等。必要時需要采集植物標本,獲取樣品進行基因、組織檢測,分析成因,制定防治對策。

地面監測技術目前仍是非常重要的,因為其結果可以提供詳細情況。許多生態結構與功能的變化只能通過在野外進行監測,諸如降雨量、土壤濕度等環境因子及植物樣品只能從地面采集數據。地面監測能驗證并提高遙感數據的精確性并有助于對數據的解譯[2],盡管遙感技術能提供有關土地覆蓋和土地利用情況變化等綜合性信息,但這些信息需要通過更細致的地面觀測來進行補充和核查。

3.2 航空監測

空中測量是當前三種監測技術中最經濟有效的一種。航空監測首先用坐標圖覆蓋研究區域,典型的坐標是 10km×10km,飛行時,這個坐標用于系統的記錄位置,以及發送分析獲得的數據。坐標畫在比例為 1：250000的地圖上或地球資源衛星的圖片上。目前系統勘察飛行的費用較低,并能提供范圍廣泛的資料。其內容有：

(1)提供植物種群、群落特征、森林覆蓋表示的植物圖。

(2)提供以土壤顏色類型表示的土壤圖。

(3)提供以水分特征表示的水域圖。

(4)提供野生動物重要的活動區域輪廓圖。

(5)顯示居民住宅區、行政辦公區、商業區、工業區、交通干線等的土地利用圖。

3.3 衛星監測

隨著衛星和自動觀測系統的迅速發展,衛星監測技術在生態安全監測中發揮了越來越重要的作用。采用資源衛星進行生態安全監測的最大優點是資料極其豐富,且時段間隔短,這意味著可以跟蹤觀察某些變化著的現象,獲得具有潛在價值的資料。NOAA氣象衛星是面向世界的無償信息源,我國擁有完善的接收處理設備,資源來源立足國內,成本低,其在氣象觀測、植被群落種類組成、植被長勢、環境監測、災害監測等領域獲得廣泛應用。根據衛星圖片可制作“人造色”圖像,通過“人造色”圖像檢出圖像中的不同特征,如果這些特征等同于與地面、航空觀測中獲得的已知特征,衛星圖像就能被用作可靠資料。衛星監測技術對城市發展影響全球氣候變化的深入研究具有不可替代的作用。

4 結語

我國的一些城市生態環境基礎原本就脆弱,龐大的人口對環境又造成了持久的壓力,加上以犧牲環境求發展的傳統產業模式對生態環境造成很大沖擊和破壞,植物長期生活在這種環境中,最能真實表現城市區域生態環境的變化。某些植物對特定污染物極為敏感,甚至有時精密儀器也難檢測的一些痕量污染物就能對植物體產生嚴重傷害：基因結構發生改變、生理生化過程受阻、生長和生殖受限、植株死亡、群落異常、生態系統功能發生變化。在各種先進理化檢測儀器和分析手段可以利用的現代環境監測及預警實踐中,植物監測及預警以其獨特的應用價值和理化監測不能有效替代的特性而日益受到人們重視。城市生態安全監測系統利用這些高敏感、高蓄積的監測植物,從地面、空中、太空三種水平上收集數據,能夠監測、預警生態環境中存在的污染物,真正做到保護城市生態系統的健康與安全。

[1]苗明升,李兆智,田雨,王碩,布乃順.城市化對綠化植物的影響[J].山東科學,2006,(1)：42-44.

[2]曹偉.城市生態安全導論[M].中國建筑工業出版社,2004.5.

[3]譚燕宏.植物監測在環境監測和環境管理中的應用.中國西部科技[J],2007,(4)：35-36.

[4]范旭東,顧泳潔.植物在環境監測中的應用.阜陽師范學院學報 (自然科學版)[J],2006,23(4)：46-49.

[5]冀鴻.植物在環境監測中的應用[J].山東環境,2003,(6)：54-56.

X835

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1673-288X(2010)01-0063-03

明珠 (1979.5—),女,廣東深圳人,工程師,碩士,從事生態監測工作。