大气污染物的植物监测方法研究.doc

大气污染物的植物监测方法研究第33卷第5期2005年10月浙江工业大学JOURNALOFZHEJIANGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVo1.33No.50Ct.20050大气污染物的植物监测方法研究顾朝光,宋爽,何志桥(浙江工业大学生物与环境工程学院,浙江杭州310032)摘要:和传统的监测方法相比,利用植物监测大气污染物是一种经济,简便而且可靠的方法.植物受到不同的大气污染物的危害会表现出不同的受害症状,根据这些受害症状可以判断出大气污染物的种类,并根据植物受害程度和污染时间来估测其质量浓度范围.在总结国内外科研工作者研究的基础上,论述了植物对大气污染物的监测作用的基本原理,监测机理,优点和不足,并列举出大量的监测植物及其监测大气污染物而显示受害症状时的最低质量浓度和时间,最后介绍了大气污染物的植物监测方法和优点.关键词:植物;大气污染物;监测;敏感;受害症状中图分类号:X51文献标识码:A文章编号:10064303(2005)05056604ResearchonthemethodofmonitoringairpollutantsbyplantsGUChaoguang,SONGShuang,HEZhiqiao(CollegeofBiologicalandEnvironmentalEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou320032,China)Abstract:Monitoringairpollutantsviaplantsisaneconomic,convenientandcrediblemethodcomparedwiththetraditionalways.Plantsshowdifferentdamagesymptomstodifferentairpollutants,whichcanbeusedtodeterminethespeciesofairpollutants.Besides.pollutantsmassconcentrationscopecanbeestimatedbythedamageextentofplantsandthespanofpollutedtime.Basedontheresearchathomeandoverseas,thispaperdiscussestheprinciples,mechanism,advantagesanddisadvantagesofplantmonitoring,exemplifiesplentyofsuchplantsandtheminimummassconcentrationandpollutiontjmeoftheplantsshowingdamagesymptoms.Finally,themethodsandmanyadvantagesofusingplantstomonitorairpollutantsareintroduced.Keywords:plants;airpollutants;monitoring;sensitivity;damagesymptoms引言通过不断的观察和研究,发现有些植物对有害气体表现出一定的反映,利用这一特性,可以将某些植物作为指示生物对大气进行监测.国内用唐菖蒲,天竺葵等植物和植物群落监测HF和SO等大气污染物并评估大气污染状况,以及采用树附生苔藓植物作为监测指标,国外用本土植物等的配置监测大气污染物等6伽.运用植物学方法监测大气污染物,其基本原理是利用植物对大气污染物的生物效应,即植物(主要指叶片)受害症状与大气污染物的种类,质量浓度和接触时间有相关性.根据植物群落受害种类和伤害症状来判断大气污染状况,尤其是用来监测大气中污染物的种类,并根据植物受害程度及污染时间,估测污染物的质量浓度.收稿日期:20050222作者简介:顾朝光,(1979一),男.河南台前人,硕士研究生.研究方向为大气污染物控制第5期顾朝光,等:大气污染物的植物监测方法研究1监测原理1.1植物监测大气污染物的机理大气污染物从植物叶片的气孔进入植物体内,植物叶片是植物的重要组成部分,是植物进行光合作用与蒸腾作用的主要器官.而大气污染物可以直接使叶片受害,植物受伤害的程度与污染大气从气孔进入与否,以及进入多少直接相关.从植物受伤害的症状,可以监测出有害气体的种类,并估测污染物的质量浓度.1.2几种有害大气污染物危害植物的症状大气中几种主要污染物对植物的危害症状见表1.表1几种有害大气污染物危害植物的症状1.3监测植物和监测质量浓度可用来监测SO的植物主要有紫花苜蓿,芝麻,苔藓,菠菜,胡萝卜,地瓜,黄瓜,燕麦,棉花,大豆,辣椒,烟草,百日菊,麦秆菊,红花鼠尾草,玫瑰,中国石竹,苹果树,月季,合欢,杜仲,梅花,悬铃木,白杨,白桦,雪松,油松,马尾松和落叶松等.据监测紫花苜蓿和芝麻在大气中SO:质量浓度为3.4rag/m下,暴露1h就发生可见症状;SO:质量浓度高于0.44mg/m时,苔藓产生伤害;菠菜,黄瓜和燕麦在O.141.4mg/m3S的作用下8h或在3llmg/mS()2的作用下经30min就表现出受害症状.用来监测氟化物最常用的植物是唐菖蒲,HF质量浓度为910mg/m下延续23h或为910mg/m下延续20min就要受到伤害.此外,杏,李,梅和某些柑桔类,以及郁金香,葡萄,大蒜,玉簪,苔藓,烟草,芒果,荞麦,玉米,蕃茄,榆树,山桃树,金丝桃树,慈竹,池柏,南洋楹和雪松等植物也可用来监测氟化物.可用来监测o的植物有烟草,矮牵牛花,蕃茄,豌豆,菠菜,马铃薯,燕麦,马唐,花生,丁香,牡丹,萝卜,甜瓜和美国五针松等.当大气中o.的质量浓度达到0.1100.2610mg/m,时间24h时,这些植物就会表现出受害症状.可用来监测PAN的植物有矮牵牛花,繁缕,早熟禾,莴苣,烟草,菜豆,烟草,番茄,芥菜等.当大气中PAN的质量浓度为0.40.5mg/m时,经过4h就会发生可见症状.可用来监测NO:的植物有烟草,燕麦,胡萝卜,小麦,玉米,番茄,马铃薯,洋葱,蚕豆,柑桔,瓜类等.这些植物在弱光下,NO:质量浓度为56mg/m时,持续时间23h,植物就会表现出受害症状.可用来监测氯及氯化物的植物有复叶槭,落叶松,油松,木棉,假连翘,苹果树,桃树,苜蓿,荞麦,玉米,大麦,白菜,菠菜,萝卜,韭菜,葱,冬瓜,洋葱,番茄,菜豆,繁缕,向日葵等.当空气中Cl:含量达到0.153mg/m时,污染时间持续35h,这些植物就会表现出受害症状.Cl.对植物的毒性不及HC1强烈,但较SO2强24倍,如紫花苜蓿,萝卜在Cl:质量浓度0.8mg/m时接触1h受害,而3mg/m质量浓度SO2接触1h才表现出较强的毒害.植物受到两种或两种以上有害物质同时复合作用时,受害程度可能具有相加,相减或相乘等协同作用.如0.69mg/mSO2和0.058mg/mO的复合污染,能使烟草的受害面积达38,而这两种污染物单独作用都不发生烟草面积伤害.这就是对植物的伤害起了增效作用.而SO2和NH的复合污染,则由于浙江工业大学第33卷两种气体的中和作用而对植物的伤害起了减效作用.2监测方法2.1根据植物可见症状判断大气污染状况(1)利用指示植物站岗放哨监测大气污染状况.如在工厂周围种植各种敏感性不同的植物,既美化了环境又监测了环境污染.(2)利用植物群落估测大气污染程度.受到大气污染,植物群落中各种植物由于对污染敏感性的差异,其反应有着明显的不同.表2是对排放SO的化工厂周围植物群落的调查结果l_】.表2某化工厂周围3050m植物受害状况植物名称受害情况悬玲木,加拿大白杨,桧柏,丝瓜向日葵,葱,玉米,菊花,牵牛花月季,蔷薇,枸杞,香椿,乌柏葡萄,金银花,枸杞,马齿苋广玉兰,大叶黄杨,栀子花,腊梅8O以上叶片受害甚至脱落,叶片有明显大块伤斑,部分植物枯死5O左右叶面受害,叶片脉问有点,块状伤斑3O左右叶面受害,叶脉间有轻度点,块状伤班1O左右叶面受害,叶片有轻度点状伤斑无明显症状根据分析SOz对该厂危害,对SO抵抗性强的一些植物马齿苋等也受到危害,表明该厂附近的大气已受到严重污染,估测其SO:质量浓度可能在8.629mg/m.的范围.(3)利用指示植物定点报警.先在没有大气污染地区培植(一般是盆栽)好监测植物,生长一段后,把它移到需要监测地区,安放不同地点,观察记载受害症状和程度,以此来估测该地区大气污染状况.用唐菖蒲监测大气中的氟化物,先在非污染区将其球茎栽培在花盆中,待长出34片叶后,移至污染区,放在污染源主导风向下风侧不同距离处,定期观察其受害情况,结果见表3,说明该地区的污染范围至少达1150mEIO.表3不同监测点上唐菖蒲受害情况距离,/m受害叶面积/%伤斑长度/cm5503505001150135053.928.616.66.86.50.322.815.913.56.O5.30.32.2利用地衣监测大气污染地衣是灌菌共生体,最能忍耐恶劣的环境条件,但对SO:,HS等大气污染物很敏感,甚至极少量的有毒物质就能影响其生长,以致死亡.(1)调查污染地区的地衣种类,数量和分布.在重工业区移植地衣,用来监测该地区的大气污染程度.表4是对某工厂不同距离处地衣属,种,数量的变化调查.表4某工厂不同距离地衣属种及数量的变化调查状况污染带空气中SO质量浓度和地衣特征0带S02质量浓度超过0.17rag/m,没有地衣存在,只有联球藻属(Pleurococcus)存在第1带SO2质量浓度在0.1250.15mg/m.,地衣种类有Lecunoraconizacoides,混有联球藻属的绿藻生长其间第2带SO2质量浓度为0.07mg/m,有叶状地衣Parme|ia生长于树上,Xanthoria生长于石灰石上第3带SO2质量浓度为0.06mg/m,地衣Parmelia和Xanthoria在树上均见到第4带SO2质量浓度为0.04O.05mg/ms,地衣有Parmelia第5带SO2质量浓度为0.035mg/ms,地衣有Evernia和Rarmelia第6带S02质量浓度为0.03mg/m.,地衣有Usnea和Lobsria,这两种都是清洁空气中才能找到的典型种类第5期顾朝光,等:大气污染物的植物监测方法研究(2)选择一种生长在树干上比较敏感的地衣,一般以叶状地衣为好.把它和树皮一起切下来,移植到需监测地区同种植物上,定期观察它们受害程度和死亡率,以此估测该地区大气污染的影响.地衣中不同的种类对SO的敏感性不同,在英国利用地衣的这一特性研究制定出了一个检索(见表5),监测S01的污染程度引.2.3利用苔藓监测大气污染苔藓是仅次于地衣的指示植物,如果大气中SO质量浓度超过0.05mg/m.时,大多数苔藓会死亡.在日本对市区,郊区和农村等地的苔藓分布情况进行统计:(1)在市区公园,工业区包括郊区和城镇的中心,苔藓植物极少见,仅出现于多树木的公园,祠堂和庙宇周围,这一带SO.的质量浓度为0.10.14mg/m.(2)在市区外围和临近区,树木上有丰富的与市区中相同种的苔藓植物,该地区SO质量浓度为0.060.1mg/m.(3)在郊区,农村,树木上有许多种类的苔藓植物.SO质量浓度为0.030.06mg/m.(4)完全到农村,SO质量浓度在0.03mg/m.以下,苔藓植物能够完全生长.2.4根据植物叶片毒物成分含量估测污染植物叶片是大气污染物的主要吸收器官.因此,测定叶片污染物含量,可以说明该地区的污染情况.2.5通过树木年轮分析树木年轮能反映若干年的污染历史状况,一般受污染的树木年轮变窄.还可以用射线对年轮材质进行测定,判断其污染情况,污染严重的年份木质比重小.2.6其他监测法利用指示植物在污染的大气环境中进行光合作用等生理指标的变化来反映污染状况,如植物进行光合作用产生氧能力的测定,叶绿素a的测定等.3结果与讨论相比传统仪器监测方法,植物监测大气污染物有以下的优点:(1)反应灵敏.许多植物对环境污染的反应比人和动物敏感的多,如空气中SO质量浓度达到314mg/m.时,人才能闻到气味,而紫花苜蓿在0.9rag/m.时就会出现症状.如利用唐菖蒲监测氟化物,空气中有十亿分之一有害气体时,就会出现叶子干枯,而一般监测仪器尚不能达到这样的敏感程度.(2)使用方便,灵活,切实可行.利用植物监测污染方便,灵活,可以不受时间,地点,条件等限制,尤其作为对污染源的长期监测更加切合实际和行之有效.(3)成本低廉,取材方便.它不需要购买复杂昂贵的仪器和附属设备,所需费用低廉,并且监测的方法简单,有直观效果.(4)可以反映大气污染的历史状况.植物监测更能反映出近来一个历史时期监测地的综合污染状况,这是任何仪器不能做到的.(5)具有多重功能.植物不仅可以达到监测的目的,而且还可以吸收有害气体,净化水体和土壤,吸滞灰尘,降噪杀菌,改善小气候,美化环境以及调节人的精神等多重功能.利用植物来监测大气污染,越来越受到人们的重视.但也存在一定的局限性:首先很难取得精确的监测数据.其次专一性较差.再者由于植物是活的有机体,其本身生长发育状况的不同以及一些环境条件如温度,气压,降水,风向及土壤营养等的变化都会在一定程度上影响监测的结果.另外,植物会随季节的变化而变化,在落叶季节要选择常绿树种与之搭配.4结论植物对大气污染物有很好的监测作用,尤其是利用多种植物构成群落搭配效果更好.但大气污染是个复杂的环境问题,植物能否有效地监测大气污染物受很多因素的影响.因此今后工作的重点是:(1)寻找更多,监测效果更好的大气污染物的指示植物.(2)建立植物监测器供应中心,以鉴别,评价,保存,繁殖并提供监测各种污染物的植物监测器.(3)建立植物监测器和大气质量标准相联系的标准化系统,使植物监测的数据广泛地应用于大气环境质量标准上.(4)结合多学科的知识,从宏观和微观研究大气污染指示植物的作用机理.可以把生物工程,基因工程等应用到植物上,提高其指示大气污染的各种性能.(下转第582页)浙江工业大学第33卷越大,这就迫使供应商不能忽视中间品的质量水平,以免产生败德行为.3结论供应链系统的主要目的是实现全局利益最优化,但现实中系统成员受自身利益最大化的内在驱动,如果供应链合同中缺乏有效的奖惩措施,成员的行为往往会偏离合同中制定的最优选择水平,去追求局部最优,最终的结果不仅使供应链整体收益下降,而且还可能使自身收益也下降.本文考虑存在产品质量失误的情况下,结合供应链的实际运作情况,根据质量失误的不同分摊方式,讨论了两种合同制定策略,得到下列结论:(1)采用内部损失由供应商承担,外部损失由制造商承担的策略,不能保证局部行为符合全局利益.(2)采用供应链整体损失由两者共同承担的策略,通过制定合理的内,外部损失分配系数,可以实现成员的局部利益和供应链的全局利益相一致.上述结论,尤其是第2个结论,对指导供应链的运作及其成员间合同的制定,有着较好的实际意义和参考价值.同时,本文所采用的研究方法和理论思想同样适合于供应链环境中其他相邻节点企业间决策问题的具体应用分析.参考文献:1张翠华,黄小原.非对称信息对供应链质量成本决策的影响J-I.东北大学(自然科学版).2003,24(3):303305.2科斯.哈特,斯蒂克利茨.契约经济学M.李风圣译.北京:经济科学出版社,2001.3ChopraS,MeindlP.SupplyChainManagement:Strategy,Planning,andOperationM.NewJersey:PrenticeHal1.200l_(责任编辑:陈石平)(上接第569页)参考文献:1孙志成,陈伟,王桂娟.指示植物在监浏大气污染中的应用j.中国环境管理,19