植物在大氣環境監測中的應用研究

摘要：本文介紹了植物在大氣環境監測中的應用原理、主要方法及優點等，為大氣環境監測探尋提供了新的視角和路徑，對做好環境監測工作具有積極的現實意義。

關鍵詞：環境監測;植物;應用研究

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：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 Henan 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

近年來，植物在環境監測中的應用價值逐漸被重視。一些植物對大氣、水、土壤等污染反應非常靈敏。如當SO2濃度達到0.3%左右時，一些敏感植物便會表現出受害狀態，當其濃度達到1～5%左右時，會被人的嗅覺所察覺，而當其濃度達到10～20%時，便會引起人的不適感（咳嗽或流淚）。

1 植物在大氣環境監測中的應用原理

1.1 監測原理

植物監測大氣污染物，是指利用植物對存在于大氣中的污染物反應，監測出大氣中的有害氣體成分及含量，確定大氣環境質量狀況。與動物等其他生物相比，植物遭受到大氣污染的可能性及危害性更大。在植物生長過程中，需要借助葉面積接觸空氣完成氣體交換，并利用植物葉片特點、植物長勢、新陳代謝程度、元素種類、生物量大小、光合作用等，反應植物所在地區的大氣污染程度。如，SO2濃度超過植物的耐受度后，會導致植物葉片褪色甚至壞死;而植物葉片在受到氯氣污染時，葉片表面會表現出氯傷斑;葉片在受到氟化物污染，也會出現褪色或枯死。因此，利用植物在監測大氣環境質量中表現出的敏感性、指示性、直觀性等特點，證明了植物監測的可行性。利用植物監測大氣環境污染狀況，可通過元素積累、葉片外觀、植株長勢等判斷。

1.2 指示植物

所謂指示植物，是指對大氣污染表現出靈敏反應。作為化學性檢測器，指示植物應具備如下條件：（1）大氣污染物準確反應性。這種反應主要表現為癥狀、形態、生長及產量的變化等。（2）植物生長的長周期性。即，用以監測大氣環境質量的指示植物生長周期應盡量長，且易繁殖、易栽培。（3）監測結果的普適性。即，指示植物周圍大氣污染物濃度達到一定范圍時，所監測獲得的結果具有普遍適用性。（4）地理學分布的廣泛性。根據監測植物生長過程中自身發出的信息，判斷其所在區域環境污染狀況及大氣環境質量。

1.3 監測植物

目前，指示植物可應用于大氣環境中的氯、氟化物、SO2、NO2、O3的監測等。其中，（1）氯。落葉松、桃樹、蘿卜、向日葵、韭菜、白菜以及木棉等，這些植物在大氣中的氯含量0.15～3mg/m3、3～5h后，便會產生不同程度的受害癥狀。（2）氟化物。唐菖蒲、郁金香、大蒜、玉米、柑橘、葡萄等植物對大氣中的氟化物較為敏感。如，常見的唐菖蒲植物，當大氣中氟化物濃度在9～10mg/m3、2～3h后，唐菖蒲葉片就會表現出一定的傷害癥狀。（3）SO2。大麥黃瓜、地瓜、馬尾松、苜蓿、棉花、菠菜、月季、玫瑰等，均可對大氣環境中污染物SO2的監測。如苜蓿在大氣環境中SO2濃度超過3.4mg/m3、超過1h，便出現癥狀。（4）NO2。洋蔥、番茄、馬鈴薯等植物常用以監測大氣中的NO2濃度含量。如，在弱光條件下，NO2濃度達到5～6 mg/m3、2～3h左右，植物葉片就會表現出某些癥狀。（5）O3。燕麥、牡丹、丁香等可以將其作為大氣中O3的監測，當大氣中O3的質量濃度達到1～26mg/m3、持續時間達2～4h左右，這些植物便會表現出某些癥狀。

2 植物在大氣環境監測中的主要方法

2.1 植物癥狀指示法

利用指示植物的“站崗放哨”功能，實現大氣污染物監測的預期效果。如，在化工廠附近種植各種敏感性植物，不僅可以起到良好的美化效果，還可以發揮對環境監測的作用。通過評估植物群落在受大氣污染后的癥狀，判斷其大氣污染敏感性。此外，將用以監測的植物種植于沒有大氣污染地方，經過一段時間培育、生長后移栽至監測地，再對植物的受害癥狀表征進行觀察、登記，從而對大氣污染狀況進行評價。

2.2 植物體內污染物含量監測法

植物體內污染物含量監測法，主要是基于植物生長過程中長時間吸收大氣中的污染物，并在植物體內不斷累積，再分析植物體內污染物含量，從而達到大氣污染物含量濃度的監測評估。植物體內污染物含量監測法屬較為可靠的一類監測法。如，（1）植物葉片，對于大氣中重金屬、HF、氯、二氧化硫等污染物具有較強的富集能力，與大氣污染物含量具有較強的相關性。（2）樹皮。樹皮每天都會與大氣有著直接的接觸，也會直接對大氣中的污染物具有較強的吸收和累積效果，即便植物處于休眠期，樹皮也會對大氣中的污染物具有持續的吸收效果。通過觀察樹皮pH的分析變化，可以幫助人們掌握城市地區酸性降雨情況，以及該區域車輛總酸性的氣體狀況。（3）年輪。喬木植物的年輪相當于其履歷表，在植物的生長過程中，氣候、環境及大氣污染等都會留下清洗記錄，且大氣中的污染物會在木材中形成不溶的化合物，逐漸在木材中留下深厚沉積。通過植物年輪的色澤、寬窄等，判定大氣污染情況。

2.3 地衣、苔蘚監測法

地衣對大氣環境因子具有很強的敏感性，也是大氣環境污染物監測中最常應用到的一類監測方法。將地衣應用于大氣環境污染物監測的方法主要有：一是對被監測地區地衣的分布、種類及數量進行現場調查，在重工業區進行地衣移植，并對當地大氣污染程度進行監測。二是選擇生長于樹干等較為敏感的地衣，將樹皮連同地衣一起切割下來，移植至待監測地區同類植物上，然后對其受害程度及死亡情況進行定期的觀察、分析和記錄，從而評估該地區大氣污染狀況。苔蘚也是一類常用于大氣污染物監測的指示植物。苔蘚受到大氣污染物污染后，其明顯表現出黑斑或褐化現象，此外，在苔蘚的葉片表面還會出現銀灰色光澤。大氣中的污染物會破壞苔蘚體內的葉綠體，使其葉片伴有白化或褐化現象。在長時間污染環境下，苔蘚的植物群落便會出現衰退現象，且物種的多樣性會減少，直至消失。通過苔蘚的這些表征，可以幫助人們了解大氣環境污染狀況。

2.4 細胞遺傳法

細胞遺傳法監測大氣污染，主要應用于對化學誘變因子的篩選方面，用以判別大氣環境中污染物是否存在致癌、致突變化學物質。如微核測定法、非預定DNA合成法、姐妹染色體交換率等細胞遺傳學。

2.5 生理指示法

生理指示方法主要是借助大氣污染物會導致植物個體行為、生理生化變化及發育情況作為評價指標，達到監測環境污染狀況的一種監測方法。當大氣環境中有毒有害氣體濃度超標達到一定濃度時，酶活性、葉綠素含量及光合強度等生理生化指標會出現變化。

3 植物在大氣環境監測中的優點

（1）易操作。與大氣污染物監測需要利用諸多儀器相比，植物監測大氣污染取材廣泛，操作簡便，成本低廉。（2）長期性。與其他監測方法相比，植物監測能夠在更廣范圍內，長期地觀察大氣污染物對植物累積性的影響，從而反映出大氣污染對整個生態系統的影響強度等，監測結果更加全面、科學。（3）更準確。植物對大氣污染的反應更為敏感，在生物體系中，由于植物葉面長期與大氣接觸，進行充分而活躍的氣體交換，且與動物相比，植物缺乏相應的循環系統來緩沖外界對其影響，固定生長無法避開大氣污染物危害，因此，大氣污染物更容易造成植物傷害。（4）歷史性。大氣污染物對植物的影響，可以通過年輪分析，反映某一地區污染歷史。（5）廣泛性。自然界中，不同植物能夠監測出大氣中的不同污染物，且同一植物又可以對不同類型污染物表現出不同的受害狀況。

4 結語及展望

植物監測屬于生物監測的重要組成部分，具有簡便、快捷、低廉，易操作等優勢，具有良好的發展和應用前景。隨著植物監測在大氣污染物監測中應用研究的深入，指示植物、監測指標日益多元化。應用植物中的穩定性同位素含量來監測大氣污染及其來源、利用生物磁技術監測大氣中的顆粒物濃度、用原位植物生物檢驗技術評估城市大氣污染遺傳毒性，以及植物對多種混合污染物長期影響的響應等技術方法也逐漸得到了更為廣泛地應用。

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收稿日期：2020-03-02

作者簡介：雷國明（1971-），男，漢族，本科學歷，研究方向為環境監測、環保工程。