大气污染的生物监测课件

1、4.2 生物监测与评价4.2.1 大气污染的生物监测与评价植物分布范围广、容易管理，品质众多；空气污染对植物种群、群落的组成和分布也产生影响；早期诊断作用；富集作用。敏感性降低，专一性差，不能定量，费时动物的管理比较困难，目前尚未形成一套完整的监测方法空气污染植物监测概述空气是生物赖以生存的条件，当空气受到污染时，某些植物就会有不同程度的反映；利用植物对空气污染的异常反映可以监测空气污染的种类和含量，这就是空气污染植物监测。植物受空气污染物的伤害一般分为两类：受高浓度污染物的侵袭时，短期内即在叶片上出现坏死伤斑，称为急性伤害；长期与低浓度污染物接触时，因长期受阻、发育不良，出现失绿早衰的现象称

2、为慢性伤害。植物的抗性分类：抗性强的植物抗性中等的植物敏感性植物大气污染的植物监测有以下几种方法：指示植物法现场调查法植物群落调查法现场盆栽定点监测法地衣、苔藓监测法：微核技术的应用污染量指数法大气污染的综合生态指标法指示生物指示生物的概念：指对环境中某些物质（包括污染物）能产生各种反应或信息而被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物。指示生物的种类包括大气污染指示生物和水体污染指示生物。例如：指示节气枣花发，种棉花；杏花开，快种麦指示天气燕子低飞预示雨将来临，蜻蜓高飞预示天晴指示水质美国威斯康星地区湖泊中的软水指示植物为Gratiola，硬水指示植物为Ranunculus aquatili

3、s。指示资源安徽的海州香薷指示铜矿，湖南念同的野韭指示金矿注：指示生物只在一定的时空范围内起作用：安徽的海州香薷只在安徽指示铜矿，在北方则无此作用。指示植物监测法指示植物利用某些植物对某些有害气体的特殊敏感性，可以监测大气中该气体的浓度，这种植物就称为该大气污染物的指示植物。常见大气污染指示植物二氧化硫污染指示植物：如地衣、苔藓、芝麻、向日葵、落叶松、加拿大白杨等氟化物污染指示植物：如郁金香、杏、葡萄、梅、雪松等二氧化氮污染指示植物：向日葵、番茄、秋海棠、烟草等指示植物的选择方法现场比较评比法栽培比较试验法人工熏气法监测方法选择可靠的指示植物，了解其受害症状和受伤阈值，然后根据受害程度大小估测

4、大气污染物的成分、浓度和范围。注：受伤阈值指引起指示植物受害的污染气体的最低浓度和暴露时间。几种大气污染物对植物的危害症状污染物危 害 症 状O3叶面出现白色或褐色不规则斑点或呈条斑分布，叶尖端变成褐色或坏死PAN叶子下表面变光滑或呈银白色或青铜色NO2脉间组织和靠近叶缘边出现不规则的白色或褐色溃伤SO2伤斑多分布于脉间，与健康组织区别明显，阔叶植物脉间出现不规则坏死斑，单子叶植物平行脉间出现斑点或条状坏死区HF叶尖和叶缘出现灼伤、退绿，伤区与健康组织区别明显Cl2叶脉间变白，叶尖和叶缘出现灼伤及落叶酸雾叶上出现细密、近圆形坏死斑表41 几种大气污染物对植物的危害症状6.2.1.1指示植物及其

5、受害症状对大气污染反应灵敏，用以指示和反映大气污染状况的植物，称为大气污染的指示植物。空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进入植物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化反应，从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状。这些症状虽然随污染物的种类、浓度以及受害植物的品种、曝露时间不同而有差异，但具有某些共同特点，如叶绿素被破坏、细胞组织脱水，进而发生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄色、褐色或灰白色）的斑点，叶片脱落，甚至全株枯死等异常现象。 二氧化硫指示植物堇菜苔藓白蜡树云杉地衣棉花白杨图6.3 部分二氧化硫指示植物光化学氧化物指示植物矮牵牛花葡萄菠菜黄瓜马铃薯洋葱图6.4 O3的指示植物雪松葡萄金钱草杏

6、树慈竹郁金香图6.5 氟化物的指示植物氟化物指示植物乙烯的指示植物万寿菊皂荚树黄瓜番茄兰花图6.6 乙烯的指示植物氮氧化物指示植物向日葵菠菜秋海棠番茄烟草图6.7 氮氧化物指示植物6.2.1.2监测方法1.栽培指示植物监测法先将指示植物在没有污染的环境中盆栽或地栽培植，待生长到适宜大小时，移至监测点观察它们的受害症状和程度。 图6.8 植物监测器示意图1.气泵；2.针型阀；3.流量计；4.活性炭净化器；5.盆栽指示植物2、植物群落监测法 先通过调查和试验，确定群落中不同种植物对污染物的抗性等级，将其分为敏感、抗性中等和抗性强三类。如果敏感植物叶部出现受害症状，表明空气已受到轻度污染；如果抗性中

7、等的植物出现部分受害症状，表明空气已受到中度污染；当抗性中等植物出现明显受害症状，有些抗性强的植物也出现部分受害症状时，则表明已造成严重污染。植 物受 害 情 况悬铃木、加拿大白杨桧柏、丝瓜向日葵、葱、玉米、菊、牵牛花、月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌柏葡萄、金银花、枸树、马齿苋广玉兰、大叶黄杨、栀子花、腊梅80100%叶片受害，甚至脱落叶片有明显大块伤斑，部分植株枯死50%左右叶面积受害，叶片脉间有点、块状伤斑30%左右叶面积受害，叶脉间有轻度点、块状伤斑10%左右叶面积受害，叶片上有轻度点状斑无明显症状表6.3 排放SO2的某化工厂附近植物群落受害情况6.2.2利用动物监测6.2.2.1利用动物

8、个体的异常反应 对矿井内瓦斯毒气敏感的动物 金丝雀 金翅雀 鸡老鼠图6.9 对矿井内瓦斯毒气敏感的动物对SO2敏感的动物敏感性水平：本鸟最高俺狗狗第二耐受力最好的当属我们家禽了金丝雀狗家禽图6.10 对SO2敏感的动物6.2.2.2利用动物种群数量的变化 受不了啦，快跑吧！大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移 图6.11 大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、虫瘿昆虫、体表有蜡质的蚧类增加，图6.12为部分该类昆虫。潜叶蛾 瘿蚊 红蜡蚧 图6.12 部分昆虫和蚧类6.2.3利用微生物监测 空气微生物是空气污染的重要因子，它与气溶胶、颗粒物等媒体一起散布并污染环境

9、、左右疾病发生与传播，监测空气微生物状况是掌握其活动和作用的必要前提。 室内空气微生物监测：某医院的空气微生物监测163份标本，合格88份，合格率仅54；表明空气微生物的污染与医院感染密切相关，加强消毒隔离措施、合理使用抗生素，控制医院感染是十分重要的。 室外空气微生物监测：辽宁省某市空气中微生物区系分布与环境质量关系研究表明：空气中微生物的数量随着人群和车辆流动的增加而增多，繁华的中街微生物数量最多，其次是交通路口，居民小区；郊区某公园和农村空气中细菌最少。2001和2002年山东省某海滨城市空气微生物监测发现：该市空气微生物检出率高，空气处于微生物中度污染状态。其中东部、居住区空气污染较重

10、，南部、西部和风景游览区空气污染较轻。滨海区空气陆源细菌少于内陆区，真菌却较多。滨海与内陆区空气微生物含量相近，滨海区空气陆源微生物增多，意味两区空气污染有趋同现象。SO2监测植物矮牵牛氨指示植物木芙蓉植物群落监测法植物群落监测法在空气污染的情况下，植物群落中各种植物对污染物的敏感性不同，因此其反应也不同。所以调查植物群落中各种植物的受害症状和程度，利用植物及其群落光合速率和呼吸速率的测定，可以估测该地区的空气污染程度。如敏感植物受害，表明大气受到污染；如抗性中等的植物受害，表明大气污染较严重；如抗性强的植物受害，表明大气污染十分严重；在严重污染地区，敏感植物不存在。在长期受污染地区，一些群落

11、多样性受到影响，从而使植物退化，由此可根据群落中物种多少及个体数量多少来评价大气污染状况。实例：某化工厂附近的植物群落调查实例：某化工厂3050m范围内植物受害情况说明及分析植物名称受 害 情 况悬铃木、加拿大白杨80或全部叶片受害，甚至脱落桧柏、丝瓜叶片有明显大块伤斑，部分植物枯死向日葵、葱、玉米、菊花、牵牛花50左右叶面积受害，叶脉间有点、块状伤斑月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌桕80左右叶面积受害，叶片有轻度点、块状伤斑葡萄、金银花、构树、马齿苋10左右叶面积受害，叶片有轻度点状伤斑广玉兰、大叶黄杨、腊梅肉眼观察无明显症状表42 某化工厂3050m范围内植物受害情况情况分析： 根据植物叶片出现

12、的症状特点（伤斑出现叶脉间），表明该厂附近的大气已被SO2污染。从受害程度上看，由于一些对SO2抗性强的构树、马齿苋等已受到损害，可以判断该地区发生过急性危害，估测其SO2浓度为310 ppm。植物光合速率和呼吸速率的测定：红外线气体分析仪或光合作用测定仪群落净光合速率的计算群落呼吸速率的计算栽培指示植物监测法： 先将指示植物在没有污染的环境中盆栽培植，待生长到适宜大小时，移至监测点，观测它们受害症状和程度。植物指示器如图所示。地衣、苔藓监测法地衣、苔藓作为指示植物的特点这两类植物对二氧化硫和氟化氢等的反应比高等植物敏感；例如SO2年平均浓度在0.0150.105 ppm范围内就可使地衣绝迹；

13、浓度超过0.017ppm时大多数苔藓植物不能生存。地衣、苔藓生长在树干上，故可以减少土壤或水体污染的干扰。地衣、苔藓所需水分和养分等全部依赖于雨水和露，同时以植物整体吸收养分，而高等植物靠气孔来吸收大气中的污染物，故前者吸收污染物的量相对较多。生长速度比高等植物慢，一旦受损不易恢复，有利于掌握长时间的污染积累结果。两者为多年生长绿色植物，一年四季均可作为监测器。而高等植物往往冬季落叶，难以显示受害情况。取材方便，成本低，有直观效果，但在自然条件下难以获得精确可靠的定量数据。形体小，分类困难，不经过专门的学习不易掌握辨识方法。地衣、苔藓监测法观察指标通常观察地衣、苔藓植物的多度、盖度、频度、种类

14、数量以及内外部受害症状等指标。在大气污染状况下，地衣、苔藓分布规律污染严重地区，地衣、苔藓植物很少或完全绝迹；随污染的减轻，地衣、苔藓植物种属增加，多度、盖度、频度等也逐渐增高并且在树干上的分布高度也升高。植物监测的其他方法微核技术的应用：根据环境污染物会引起染色体畸变而形成微核的原理，利用紫路草花粉母细胞的微核数量指示环境污染状况，我国已应用该法来监测水、大气污染状况。污染量指数法KIPC监测点指示植物叶片中某污染物的含量/对照点同种植物中某污染物的含量大气污染的综合生态指标法思考：应用植物监测应注意哪些问题？采取哪些措施？应注意区分大气污染对植物的伤害与其他因素对植物伤害，如冻害、病虫害、

15、肥料不足、农药药害等也可使植物受害。可从调查污染源入手，通过观察植物叶片受害症状、受害方式，或进行叶片污染物的含量分析来进行判断，这要求工作人员观察细心，并有较为丰富的实践经验。利用动物监测在一个区域内，利用动物种群数量的变化，特别是对污染物敏感动物种群数量的变化，也可以监测该区域空气污染状况。美国多偌拉事件：金丝雀对SO2最敏感，其次是狗，再次是家禽。日本：日本学者利用鸟类与昆虫的分布来反映空气质量的变化。保加利亚：一些矿区利用蜜蜂监测空气中金属污染物的浓度。我国：用金丝雀、金翅雀、老鼠、鸡等动物的异常反应（不安、死亡）来探测矿井内的瓦斯毒气；如果一些大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移，而不易直

16、接接触污染物的潜叶性昆虫、体表有蜡质的蚧类等数量增加，说明该地区空气污染严重。利用微生物监测空气不是微生物生长繁殖的天然环境，故没有固定的微生物种群，它主要通过土壤尘埃、水滴、人和动物体表的干燥脱落物、呼吸道的排泄物等方式带入空气中。空气中微生物区系组成及数量变化与空气污染有密切关系，可以用于监测空气质量。沈阳市空气微生物区系分布与环境质量关系：空气中微生物的数量随着人群和车辆流动的增加而增多，繁华的中街微生物数量最多，其次是交通路口、居民小区；郊区东陵公园和农村空气中细菌最少。大气污染的生物监测 一、植物监测的优点 植物能直接反映大气污染，而且能综合地反映大气污染对生态系统的影响 能早期发现

17、大气污染 能检测出不同的污染物种类，找出污染源 能监测长时间的慢性影响 能反映一个地区的污染历史 植物种类多、来源广、成本低 方法简便、容易掌握 植物监测可以结合绿化、美化和净化环境来进行 二、植物监测的不足之处 在自然条件下很难获得准确可靠的定量数据。不象仪器监测能精确地测出各种污染物的浓度及其瞬时变化。 在污染严重时，植物本身也会死亡，失去连续监测的能力。 同一植物在不同生长期敏感性不同，不能一年四季都进行监测。如唐菖蒲在4叶期最为敏感，开花以后，叶片逐渐老化，敏感性显著降低。 植物个体之间有一定差异，容易产生误差。 项目十 污染症状监测法 一、植物对大气污染的抗性 抗性强的植物 抗性中等

18、的植物 敏感性植物 二、大气污染伤害与其它因素伤害的鉴别方法1.了解污染源 固定污染源、流动污染源、农田管理、天气状况等。 2. 观察叶子受害症状 3.观察植物受害方式 （1）有明显的方向性 （2）植物受害程度与距离有害气体污染源的远近密切相关 （3）在有害气体扩散过程中遇障碍物，如建筑物、山丘、高墙、林带等，则气体会被阻挡，障碍物后面的植物可避免受害 （4）危害不局限在一种植物上，而是涉及到各种植物 4. 叶片污染物质含量分析 第一节 污染症状监测法三、各种污染物造成的生物反应 1. 二氧化硫（SO2） 初始典型症状为：微微失去膨压，失去原来光泽，出现呈暗绿色的水渍状斑点，叶面微微有水渗出并

19、起皱。随着时间推移，症状继续发展，成为比较明显的失绿斑，呈灰绿色，然后逐渐失水干枯，直至出现显著的坏死斑。坏死斑颜色有深(从黄褐色、红棕色、深褐色、黑色)有浅(灰白色、象牙色、灰黄色、淡灰色)，但以浅色为主。阔叶植物中典型急性中毒症状是叶脉间有不规则的坏死斑，伤害严重时，点斑发展成为条状、块斑，坏死组织和健康组织之间界限明显。单子叶植物在平行叶脉之间出现斑点状或条状的坏死区。针叶植物受二氧化硫伤害首先从针叶尖端开始，逐渐向下发展，呈红棕色或褐色。 SO2 气孔 叶组织SO2 H2O SO 或HSO O2 SO 2.氟化物 型症状是叶尖和叶缘坏死，伤区和非伤区之间常有一红色或深褐色界线。氟污染容

20、易危害正在伸展中的幼嫩叶子，因而出现枝梢顶端枯死现象。 3. 光化学烟雾（氧化剂）光化学烟雾主要是指氮氧化物和碳氢化合物(HC)在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后产生一种浅兰色烟雾。 臭氧（O3） 初始典型症状为：叶片上散布细密点状斑，几乎是均匀地分布在整个叶片上，并且其形状、大小也比较规则、一致，颜色呈银灰色或褐色，随着叶龄的增长逐渐脱色，变成黄褐色或白色。这些斑点还会连成一片，变成大片的块斑（blotch），致使叶片褪绿或脱落。 第一节 污染症状监测法过氧乙酰基硝酸酯（PAN） 早期症状是在叶背面出现水渍状或亮斑。随着伤害的加剧，气孔附近的海绵叶肉细胞崩溃并为气窝取代。结果使受害叶片的叶

21、背面呈银灰色，两三天后变为褐色。PAN诱发的一个最重要的受害症状是出现“伤带” 。这些症状出现于最幼嫩的对PAN敏感的叶片的叶尖上 4. 乙烯 导致“偏上生长”，即叶片下垂；落叶、落花、落果 5. 氨（NH3） 主要症状为脉间点状或块状伤斑。中龄叶片似乎对NH3最为敏感，整个叶片会因受NH3的伤害而变成暗绿色，然后变成褐色或黑色。伤斑与正常组织之间界限明显。另外，症状一般出现较早，稳定得快。 6. 氯气（C12） C12对许多植物的伤害大多为脉间点状或块状伤斑，与正常组织之间界限模糊，或有过渡带。有些植物的症状出现在叶缘附近，先是出现深绿色至黑色斑点，继而转变成白色或褐色。严重危害时造成全叶失

22、绿漂白，甚至脱落。针叶树种也会出现叶尖枯斑或斑迹。 四、受害阈值 临界浓度：污染气体使植物产生受害症状的最低浓度称为临界浓度 临界时间：在临界浓度时，使植物产生受害症状的最短时间称为临界时间 一般急性伤害值以植物叶片产生5%的伤害为标准 五、污染程度判断 无污染 叶片无明显伤害症状；轻度污染 叶片受害面积25%以下；中度污染 叶片受害面积25%50%；较重污染 叶片受害面积50%75%；严重污染 叶片受害面积75%以上。 4.2 生物监测与评价4.2.1 大气污染的生物监测与评价大气污染的生物监测 利用生物对大气污染物的反 应，监测有害气体的成分和 含量，以了解大气的环境质 量状况。大气污染的

23、生物监测：动物监测、植物监测大气污染监测手段： 利用指示植物监测大气污染 测定植物污染物的含量，估计大气污染状况； 观测植物的生理生化反应，对大气污染的长期效应 作出判断； 观测植物的生长状况、年轮变化，以估计大气污染 现状与历史。大气污染的植物监测有以下几种方法：指示植物法 见下一页现场调查法植物群落调查法现场盆栽定点监测法地衣、苔藓监测法：微核技术的应用污染量指数法大气污染的综合生态指标法指示植物监测法大气污染指示生物 对大气污染反应灵敏，用来监测和评 价大气污染状况的生物。 大气污染指示生物：指示动物、指示植物大气污染指示植物应具备的条件：常见大气污染指示植物二氧化硫污染指示植物：如地衣

24、、苔藓、芝麻、向日葵、 落叶松、加拿大白杨等氟化物污染指示植物： 如郁金香、杏、葡萄、梅、雪松等二氧化氮污染指示植物：向日葵、番茄、秋海棠、烟草等指示植物的选择方法 现场比较评比法 栽培比较试验法 人工熏气法监测方法选择可靠的指示植物，了解其受害症状和受伤阈值，然 后根据受害程度大小估测大气污染物的成分、浓度和 范围。注：受伤阈值 引起指示植物受害的污染气体的最低 浓度和暴露时间。几种大气污染物对植物的危害症状污染物危 害 症 状O3叶面出现白色或褐色不规则斑点或呈条斑分布，叶尖端变成褐色或坏死PAN叶子下表面变光滑或呈银白色或青铜色NO2脉间组织和靠近叶缘边出现不规则的白色或褐色溃伤SO2伤

25、斑多分布于脉间，与健康组织区别明显，阔叶植物脉间出现不规则坏死斑，单子叶植物平行脉间出现斑点或条状坏死区HF叶尖和叶缘出现灼伤、退绿，伤区与健康组织区别明显Cl2叶脉间变白，叶尖和叶缘出现灼伤及落叶酸雾叶上出现细密、近圆形坏死斑选择观察点调查了解主要大气污染物的种类、浓度、分布扩散规律选择观察对象根据调查目的，人力条件确定观测时间确定观测项目根据调查资料对比分析现场调查法植物群落监测法该法是利用植物群落中各种植物对环境污染的反应估测大气污染的方法。如敏感植物受害，表明大气受到污染； 如抗性中等的植物受害，表明大气污染较严重； 如抗性强的植物受害，表明大气污染十分严重； 在严重污染地区，敏感植物

26、不存在。在长期受污染地区，一些群落多样性受到影响，从而使植物退化，由此可根据群落中物种多少及个体数量多少来评价大气污染状况。实例：某化工厂附近的植物群落调查实例：某化工厂3050m范围内植物受害情况说明及分析植物名称受 害 情 况悬铃木、加拿大白杨80或全部叶片受害，甚至脱落桧柏、丝瓜叶片有明显大块伤斑，部分植物枯死向日葵、葱、玉米、菊花、牵牛花50左右叶面积受害，叶脉间有点、块状伤斑月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌桕80左右叶面积受害，叶片有轻度点、块状伤斑葡萄、金银花、构树、马齿苋10左右叶面积受害，叶片有轻度点状伤斑广玉兰、大叶黄杨、腊梅肉眼观察无明显症状情况分析： 根据植物叶片出现的症状特点

27、（伤斑出现叶脉间），表明该厂附近的大气已被SO2污染。从受害程度上看，由于一些对SO2抗性强的构树、马齿苋等已受到损害，可以判断该地区发生过急性危害，估测其SO2浓度为310 ppm。地衣、苔藓监测法 地衣、苔藓作为指示植物的特点这两类植物对SO2和HF等的反应比高等植物敏感； 例如SO2年平均浓度在0.0150.105 ppm范围内，地衣绝迹； 浓度超过0.017ppm时大多数苔藓植物不能生存。地衣、苔藓生长在树干上，可以减少土壤或水体污染的干扰。地衣、苔藓所需水分和养分等全部依赖于雨水和露，同时以植 物整体吸收养分，而高等植物靠气孔来吸收大气中的污染物， 故地衣、苔藓吸收污染物的量相对较多

28、。生长速度比高等植物慢，一旦受损不易恢复，有利于掌握长时 间的污染积累结果。两者为多年生长绿色植物，一年四季均可作为监测器。而高等 植物往往冬季落叶，难以显示受害情况。取材方便，成本低，有直观效果，但在自然条件下难以获得精 确可靠的定量数据。形体小，分类困难，不经过专门的学习不易掌握辨识方法。地衣、苔藓监测法观察指标 通常观察地衣、苔藓植物的多度、盖度、频度、 种类数量以及内外部受害症状等指标。在大气污染状况下，地衣、苔藓分布规律 污染严重地区，地衣、苔藓植物很少或完全绝迹； 随污染的减轻，地衣、苔藓植物种属增加，多度、 盖度、频度等也逐渐增高并且在树干上的分布 高度也升高。植物监测的其他方法

29、微核技术的应用： 根据环境污染物会引起染色体畸变而形成微核的原理， 利用紫路草花粉母细胞的微核数量指示环境污染状况， 我国已应用该法来监测水、大气污染状况。 污染量指数法 KIPC 监测点指示植物叶片中某污染物的含量 / 对照点同种植物中某污染物的含量 KIPC 1.2 清洁大气 1.21 2.0 轻度污染 2.01 3.0 中度污染 3.0 严重污染大气污染的综合生态指标法思考：应用植物监测应注意哪些问题？采取哪些措施？ 应注意区分大气污染对植物的伤害与其他因素对 植物伤害，如冻害、病虫害、肥料不足、农药药 害等也可使植物受害。 可从调查污染源入手，通过观察植物叶片受害症 状、受害方式，或进

30、行叶片污染物的含量分析来 进行判断，这要求工作人员观察细心，并有较为 丰富的实践经验。大气污染的细菌总数测定测定方法：沉降平皿法吸收管法撞击平皿法滤膜法空气污染的微生物学评价指标细菌总数链球菌总数一、大气中主要的污染物及其植物监测利用植物监测大气污染的依据是植物对大气污染的生物效应，这种效应可表现为慢性伤害,如酶系统被破坏或产生其他生理反应;也可表现为急性伤害，如叶片出现伤斑，生长量和生产量受到影响等等；还表现为植物群落结构的改变。生物效应同植物种类，污染物的种类、浓度以及作用时间等因素有关。如各种污染物造成的叶伤害症状所表现的颜色、形状、部位因植物种类和污染物的种类而异，根据这些症状即可估测

31、大气污染物的成分。污染物的浓度愈大，植物受害愈重。植物受害的最低浓度称为临界浓度或极限浓度。植物从接触临界浓度以上的有毒气体时起，到植物体出现受害症状时为止，这段时间称为临界时间。一般情况下，污染物的浓度愈高，植物受害的临界时间愈短；浓度愈低，临界时间愈长。植物种类不同，各种污染物的临界浓度和临界时间也不同。部分植物对大气污染物极为敏感，在人和动物达到受害浓度之前，就开始显示出可察觉的受害症状，植物本事不宜移动，便于管理，因而利用历史悠久，能有效的监测大气污染。（一）光化学氧化剂（光化学烟雾）（二）二氧化硫（三）氟化物（四）乙烯（C2H4）（一）光化学氧化剂（光化学烟雾）臭氧、过氧酰基硝酸酯类

32、和氮氧化物 统称为光化学氧化剂，又称为光化学烟雾。1. 臭氧2. 过氧酰基硝酸酯类（PANs）1 臭氧植物与其周围环境进行正常的气体交换时O3就经气孔进入植物叶片内，诱发一系列的污染伤害症状，许多叶片会呈现大片浅赤褐色或古铜色，并导致叶片褪绿、衰老和脱落。Ozone injury to soybean（大豆） foliage植物受臭氧急性伤害后出现的初始典型症状：叶片上散布细密点状斑，几乎是均匀地分布在整个叶片上，并且其形状、大小也比较规则、一致，颜色呈 棕色或黄褐色。O3伤害植物的一个共同特征，人们称之为“点斑”，这种斑点呈银灰色或褐色，随着叶龄的增长逐渐脱色，变成黄褐色或白色。这些斑点还会

33、连成一片变成大片的块斑（blotch），致使叶片褪绿或脱落。点斑通常是急性伤害的一个标志。Dark pigmented stipple on upper surface of yellow poplar（白杨） leaves exposed to ozone.针叶树对O3的反应针叶树对O3的反应有所不同，先是针叶的尖部变红，然后变为褐色，进而褪为灰色，针叶上会出现一些孤立的黄斑或斑迹。贴梗海棠在0.5mg/L的臭氧下暴露半小时就会受到伤害。 Tipburn on eastern white pine exposed to ozone.P167-1682.过氧酰基硝酸酯类（PANs）包括过氧乙酰

34、硝酸酯（PAN）、过氧丙酰硝酸酯（PPN）、过氧丁基硝酸酯（PBN）及过氧异丁基硝酸酯（PisoBN）。PAN诱发的早期症状： 在叶背面出现水渍或亮斑。随着伤害的加剧，气孔附近的海绵叶肉细胞崩溃并为气窝取代。结果使受害叶片的叶背面呈银灰色，两三天后变为褐色。PAN诱发的一个最重要的受害症状是出现“伤带”（banding）。 这些症状出现于最幼嫩的对PAN敏感的叶片的叶上尖上（与O3伤害成熟叶的情形恰恰相反）。随着叶片组织的逐渐生长和成熟，受害的部分就表现为许多伤带。 用于监测PAN的植物有：长叶莴苣（Lactuca sativa）、瑞士甜菜（Beta chilensis）以及一年生虫熟禾（Po

35、a annua）。 光化学氧化物指示植物矮牵牛花葡萄菠菜黄瓜马铃薯洋葱O3的指示植物（二）二氧化硫（SO2）二氧化硫（SO2）具有毒性，还能形成酸雨。主要来源于化石燃料的燃烧。如果SO2浓度超过极限值,就会引起伤害。这一极限值称为伤害阈值，它因植物种类和环境条件而异。综合大多数已发表的数据,敏感植物的SO伤害阈值为：8小时0.25ppm，4小时0.35ppm，2小时0.55ppm，或1小时0.95ppm。Marginal and interveinal necrosis on American beech（山毛榉） leaves exposed to sulfur dioxide.植物受二氧化

36、硫伤害后出现的初始典型症状：微微失去膨压，失去原来光泽，出现呈暗绿色的水渍状斑点，叶面微微有水渗出并起皱。这几种症状可以单独出现，也可能同时出现。随着时间推移，症状继续发展，成为比较明显的失绿斑，呈灰绿色，然后逐渐失去干枯，直至出现显著的坏死斑。坏死斑颜色有深（黄褐色、红棕色、深褐色和黑色）有浅（灰白色、象牙色、灰黄色和浅灰色），但以浅色为主。二氧化硫对大波斯菊的危害二氧化碳对棉花的影响阔叶植物中同共型急性中毒症状是叶脉间有不规则的坏死斑，伤害严重时，点斑发展成为条状、块斑，坏死组织和健康组织之间有一失绿过渡带。单子叶植物在平行叶脉之间出现斑点状或条状的坏死区。针叶植物受二氧化硫伤害首先从针叶

37、尖端开始，逐渐的向下发展，呈线棕色或褐色。二氧化硫熏绣球 Acute sulfur dioxide injury to raspberry（黑莓） 二氧化硫对杉木的危害二氧化硫对玉米叶的危害 监测二氧化硫的植物有一年生早熟禾、芥菜、堇菜、百日草、欧洲蕨、苹果树、颤杨、美国白腊树、紫花苜蓿、大麦、荞麦等，以及苔藓和地衣。紫花苜蓿在二氧化硫浓度 达到0.3mg/L时就有明显反应; 二氧化硫指示植物堇菜苔藓白蜡树云杉地衣棉花白杨部分二氧化硫指示植物（三）氟化物大气中的氟化物以气态氟化氢（HF）、颗粒态或气态形式吸附其他颗粒物上等三种形态存在，其中以HF的毒性最大，主要来源铝等金属冶炼工业排放的废气。

38、氟化物对植物的影响大气氟污染物主要为氟化氢（HF）。它的排放量远比SO2小,影响范围也小些，一般只在污染源周围地区。但它对植物的毒性很强。空气含ppb级浓度HF时,接触几个星期可使敏感植物受害。氟是积累性毒物，植物叶子能继续不断地吸收空气中极微量的氟，吸收的F随蒸腾流转移到叶尖和叶缘，在那里积累至一定浓度后就会使组织坏死。这种积累性伤害是氟污染的一个特征。叶子含氟量高到4050ppm时,多数植物虽不致受害,但牛羊等牲畜吃了这些被污染的叶子,就会中毒，如引起关节肿大、蹄甲变长、骨质变松、卧栏不起，以至于死亡。蚕吃了含氟量大于 30ppm的桑叶后，不食、不眠、不作茧，大量死亡。氟化氢对叶植物的伤害

39、症状：植物受氟害的典型症状是叶尖和叶缘坏死，伤区和非伤区之间常有一红色或深褐色界线。氟污染容易危害正在伸展中的幼嫩叶子，因而出现枝梢顶端枯死现象。此外，氟伤害还常伴有失绿和过早落叶现象，使生长受抑制，对结实过程也有不良影响。（1）一般是叶缘或叶片顶部出现坏死区，坏死区有明显的有色边缘。这种坏死的组织可能发生分离，甚至脱落，但通常情况下叶子并不脱落。受害组织与正常组织之间有明显的分界。氟化物对植物叶的影响Fluoride injury to plum（李子） foliage. （2）在针叶树中，氟化氢导致的组织坏死，首先从当年的针叶的叶尖开始，然后逐渐向针叶基部蔓延。被伤害的部分逐渐由绿色变为黄

40、色，再变为赤褐色。严重枯焦的针叶则发生脱落。新长出的幼叶对氟化氢敏感，而比较老的叶片则不易被伤害。Tip necrosis on needles of eastern white pine exposed to fuorides.监测氟化氢的植物有杏树、北美黄彬、美国黄松、唐菖蒲、小苍兰以及地衣等。如氟化氢浓度为 10ppb时，20小时使唐菖蒲（Gladiolus gandavensis）开始受害；浓度为50ppb时,69小时可使棉花开始受害。 雪松葡萄金钱草杏树慈竹郁金香氟化物的指示植物唐菖蒲（四）乙烯（C2H4）乙烯本是植物生成的一种天然的植物激素，具有重要的生理功能。但目前成为大气中的主

41、要污染物，主要由机动车辆排放。（C2H4）对植物的影响，一般是影响植物的生长及花和果实的发育，并且加速植物组织的老化。引起植物产生反应的乙烯阈值浓度为10100ppb，饱和反应浓度为110ppm。乙烯对植物的危害不像其他污染物那样会造成叶组织的破坏，它的作用是多方面的，其中一个特殊的效应是“偏上生长”，就是使叶柄上下两边的生长速度不等,从而使叶片下垂(见彩图乙烯污染指示植物番茄。左为污染引起的偏上反应，右为正常、乙烯污染指示植物中国石竹。左为污染引起的闭花反应,右为正常)。乙烯的另一个作用是引起叶片、花蕾、花和果实的脱落，因而影响某些农作物产量和花卉的观赏效果。如棉花、芝麻、油菜、茄子、辣椒等

42、作物极易受乙烯影响而落花落蕾,大叶黄杨、苦楝 、女贞、 刺槐、 油橄榄、柑桔等遇到乙烯则易落叶。有一些植物因接触乙烯而产生不正常的生长反应，如茎变粗，节间变短，顶端优势消失，侧枝丛生等，还有一些植物会产生一些特殊现象，如棉花花蕾萼片张开，黄瓜卷须弯曲等。乙烯使某些植物如石竹、紫花苜蓿、夹竹桃等正在开放的花朵发生闭花现象（又称“睡眠”效应,图2下）,使洋玉兰的花瓣和花萼脱水枯萎，使菊花、一串红、 三色堇的花期缩短， 使花石榴、凤仙花、紫茉莉等不能开花，使向日葵、蓖麻、小麦等结实不良、空秕率增加，使西瓜、桃子等产生畸形果和开裂果，座果率降低。乙烯使植物产生反应的浓度，一般认为是0.010.1PPm

43、，引起达到最大反应的一半时，所需浓度是0.11.0PPm，饱和反应浓度为110PPm，植物发生急性伤害的阈值浓度为0.051.0PPm。植物对乙烯的敏感性有很大差别，芝麻、棉花等属于敏感植物，而水稻、小麦、玉米、高梁及叶菜类、葱等则不敏感。监测（C2H4）的植物通常有兰花、麝香石竹、黄瓜、西红柿、万寿菊及皂荚树等。乙烯的指示植物万寿菊皂荚树黄瓜番茄兰花（五）氯气Cl2 对叶肉细胞有很强的杀伤力,进入叶肉细胞后很快破坏叶绿素,产生点、块状褪色伤斑,叶片严重失绿,甚至全叶漂白脱落。其伤斑部位大多在脉间,伤斑与健康组织之间没有明显界限。氯气对植物的危害对Cl2 敏感的植物: 圆柏、垂柳、加拿大杨、油

44、松、紫薇、栾树等。对Cl2 抗性强的植物:樱花、丝棉木、臭椿、小叶女贞、接骨木、木槿、乌桕、龙柏等。较强者:海桐、大叶黄杨、小叶黄杨、女贞、棕榈、丝兰、香樟、枇杷、石榴、构树、泡桐、刺槐、葡萄、天竺葵等。 Cement-dust coating on apple leaves and fruit. The dust had no injurious effect on the foliage, but inhibited the action of a pre-harvest crop spray. 煤烟粉尘和金属飘尘利用植物监测大气污染的方法： （1）现场生态调查 在污染现场调查植物的受害症

45、状。如敏感植物受害，表明大气受到污染；抗性中等的植物受害，表明污染比较严重；抗性强的植物受害，表明污染已十分严重。在严重污染区，敏感植物基本消失。根据植物叶片的受害症状，可以判断大气中的主要污染物；根据受害症状面积的大小，也可以判断大气污染的程度。综合抗性不同的植物的受害状况，即可绘制出大气污染的分级分区图，确定区域性污染的程度和范围。 在污染现场调查植物的慢性伤害状况时，可把污染区的一年生枝条的长度、叶面积的变化、叶重及年轮等，同非污染区的这些指标进行比较，也可了解污染的程度、范围和污染的历史。（2） 现场盆栽定点监测 将监测用的指示植物栽在污染区选定的监测点上，定期观察、记录其受害症状和受

46、害程度，可估测大气污染物的成分、浓度和范围。如中国利用京桃监测氯气，用唐菖蒲、金荞麦 监测氟化物；美国洛杉矶利用矮牵牛监测过氧乙酰硝酸酯,用烟草监测臭氧等氧化剂，都取得较好的效果。利用紫花苜蓿 (Medicago sativa)监测二氧化硫已为人们所熟知。 一旦这些敏感植物受害，就等于发出空气被污染的“警报”。采用盆栽植物，可以根据需要设置监测点，不受污染现场环境条件的限制，在厂区、室内、车间到处都可进行，便于开展群众性的监测活动。（3）植物体内污染物含量分析 叶片对重金属、二氧化硫、氟化物、氯等有一定的富集能力。对叶片中的这些污染物进行含量分析，可以了解大气污染物的种类、污染范围和污染程度。

47、如植物的自然含氟量为0.525ppm，自然含硫量一般为0.10.3，如果排除根系吸收等因素，测得叶片中氟或硫的含量高于上述自然含量，就表明空气中存在着氟或二氧化硫污染。树皮一年四季都能固定大气中的氟，监测树皮中的含氟量的工作在植物休眠期仍可进行。 可以分析叶片、树皮、年轮等。（4）利用地衣、苔藓植物监测 地衣和苔藓植物都属于隐花植物，对大气中不同浓度的二氧化硫、氟化氢等反应很敏感。二氧化硫年平均浓度在 0.0150.105ppm范围，就能使地衣绝迹，没有地衣生长的地带称为“地衣沙漠”。 苔藓是仅次于地衣的指示植物，如大气中二氧化硫浓度超过0.017ppm，大多数苔藓植物就不能生存。1968年，

48、在荷兰瓦赫宁根举行的大气污染对动植物影响讨论会上，附生隐花植物（主要指地衣和苔藓）被推荐为大气污染的指示生物。用生态学方法调查污染区树干上距地12.5米高度范围内的树生地衣或附生苔藓植物的种类、数量和分布，在污染源附近会发现“地衣沙漠区”，苔藓植物也是愈接近污染源种类愈少，甚至完全消失。根据地衣、苔藓植物的多度、盖度、频度以及种类数量的变化，绘制污染分级图，能清楚地显示出大气污染的程度和范围，还可以在一定程度上反映污染历史。实例：某化工厂3050m范围内植物受害情况说明及分析植物名称受 害 情 况悬铃木、加拿大白杨80或全部叶片受害，甚至脱落桧柏、丝瓜叶片有明显大块伤斑，部分植物枯死向日葵、葱

49、、玉米、菊花、牵牛花50左右叶面积受害，叶脉间有点、块状伤斑月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌桕80左右叶面积受害，叶片有轻度点、块状伤斑葡萄、金银花、构树、马齿苋10左右叶面积受害，叶片有轻度点状伤斑广玉兰、大叶黄杨、腊梅肉眼观察无明显症状表42 某化工厂3050m范围内植物受害情况情况分析： 根据植物叶片出现的症状特点（伤斑出现叶脉间），表明该厂附近的大气已被SO2污染。从受害程度上看，由于一些对SO2抗性强的构树、马齿苋等已受到损害，可以判断该地区发生过急性危害，估测其SO2浓度为310 ppm。二、大气污染的动物监测（一）利用动物个体的异常反应 对矿井内瓦斯毒气敏感的动物 金丝雀 金翅雀 鸡老

50、鼠图6.9 对矿井内瓦斯毒气敏感的动物对SO2敏感的动物敏感性水平：本鸟最高俺狗狗第二耐受力最好的当属我们家禽了金丝雀狗家禽（二）利用动物种群数量的变化 受不了啦，快跑吧！大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移 图6.11 大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、虫瘿昆虫、体表有蜡质的蚧类增加，图6.12为部分该类昆虫。潜叶蛾 瘿蚊 红蜡蚧 图6.12 部分昆虫和蚧类蜜蜂是大气污染最理想的监测动物。As、氟化物、铅、汞、O3等影响蜜蜂体内污染物的含量和蜜蜂的寿命；蜜蜂的活动范围比较广；可以用一个区域中动物种群数量的变化监测大气污染状况。三、大气污染的微生物监测（一）

51、利用空气中微生物的发生率监测大气污染 空气中没有微生物可以利用的营养物质，它不是微生物生长和繁殖的天然环境。空气中的微生物没有固定的种群，使通过土壤尘埃、水滴、人和动物体表的脱落物，呼吸道的排泄物等进入大气的。 因此尘埃多的空气中微生物也多。因此，可以利用大气微生物物种数量及其分布来检测大气环境质量。辽宁省某市空气中微生物区系分布与环境质量关系研究表明：空气中微生物的数量随着人群和车辆流动的增加而增多，繁华的中街微生物数量最多，其次是交通路口，居民小区；郊区某公园和农村空气中细菌最少。2001和2002年山东省某海滨城市空气微生物监测发现：该市空气微生物检出率高，空气处于微生物中度污染状态。其

52、中东部、居住区空气污染较重，南部、西部和风景游览区空气污染较轻。滨海区空气陆源细菌少于内陆区，真菌却较多。滨海与内陆区空气微生物含量相近，滨海区空气陆源微生物增多，意味两区空气污染有趋同现象。（二）利用病原微生物的致病性监测大气污染 许多大气污染物具有杀菌作用，能够改变微生物的种类区系及活性，改变微生物的数量、分布特征、代谢活动、致病性及其他生理功能。借助对这些特征的调查、比较可以估计当地的空气污染情况。SO2污染严重的地区，柱锈菌属、鞘锈菌属、栅锈菌属、皮孢锈菌属等不存在或受到抑制。黑痣病是几种槭树常见的病害，它对SO2有抗性。因此槭树上的黑痣病的发病率的严重程度与相应的SO2的平均浓度有关

53、。第三节 水污染的生物监测水体中的污染物十分复杂，洗涤剂、染料、酚类物质、油类物质、重金属、放射性物质以及一些富营养化物质如氮、磷。现有的水质污染综合指标即BOD、COD、TOD、DO等化学监测只能检测出某一指标，并不能反映出多种毒物的综合影响。测定的结果不能说明其对生物界和人类的危害程度。而利用生物监测能够避免这一弊端。生物监测可以利用水中生物及早警报水体中存在的有毒物质。在用生物方法进行水体监测时，可以用浮游生物、着生生物、底栖生物、鱼和微生物作为监测生物。一、水污染的植物监测水生植物的个体、种群和群落均可以作为水污染的指示生物。举例：1 滇池-合适的监测生物2 太子河-河流分段以滇池为例

54、，水生植被与水体污染程度的关系如下：（）严重污染各种高等沉水植物全部死亡。（）中等污染敏感植物如海菜化、轮藻、石龙尾等消失，篦齿眼子菜等敏感植物稀少，抗性强的如红线草、狐尾藻等相当繁茂。（）轻度污染敏感植物如海菜花、轮藻等渐趋消失，中等敏感植物和抗污植物均有生长。（）无污染轮藻生长茂盛，海菜花生长正常。上述各类植物均能够正常生长。海菜花、轮藻等敏感植物可以用作监测植物。1 滇池 通过太子河本溪段河流上不同的5个断面的检测，计算各种指数，通过各断面的藻类种群组成和数量分布可见：上游河段水质较好，藻类种类多、密度大，种群中寡污性种类多，耐污性种类较少；下游水质污染严重；浮游植物种类数减少，清洁种类

55、显著减少以至消失，被耐污性种类所取代；离开市区后，水质通过自净而转好，藻类种类和数量回升，硅藻数量增加。个主要排污沟的浮游植物种类少而单调，以耐污性种类为优势，说明水质受到严重污染。2 太子河二、 水污染的动物监测水污染指示生物一般采用底栖动物中的环节动物、软体动物、固着生活的甲壳动物以及水生昆虫等。它们个体大，在水中相对位移小、生命周期较长，能够反映环境污染特点，已经成为水体污染指示生物的重要研究对象。 主要有颤蚓、水蛭、鱼类以及原生动物等作为监测动物。颤蚓：用单位面积颤蚓数作为水体污染程度的指标，例如，颤蚓类条/m2）为未污染；颤蚓类条/m2属轻污染；颤蚓类条/m2属中污染；颤蚓类条/m2

56、属严重污染。往往还形成单一种类。水蛭：水蛭也是一种相当耐污染的无脊椎动物，有些种类只有在富含有机物的水域中生活。鱼类：由于水土污染严重，鱼类的大量死亡和数量的急剧下降，鱼可以作为水体污染的监测生物。鱼类的呼吸系统是鱼体与水环境之间联系最广的界面。鱼的呼吸系统是受污染物影响的最敏感的系统，可利用污染物对鱼类毒害前后呼吸频率的变化来判断污染物的毒性大小和污染程度。 在用鱼来监测水体污染的方法中，监测参数包括咳嗽反应、耗氧量、运动类型、回避反应、趋流性、游泳耐力、心跳速率和血液成分等。(徐士霞等，2003)(徐士霞等，2003)第三节 生物污染监测生物污染监测就是应用各种检测手段测定生物体内的有害物

57、质，以便及时掌握被污染的程度。生物污染监测的步骤：生物样品的采集 预处理 污染物的测定 生物样品制备 6.3.1生物对污染物的吸收及在体内分布 (一) 植物对污染物的吸收 及在体内分布空气污染物主要通过粘附、从叶片气孔或茎部皮孔侵入方式进入植物体；植物通过根系从土壤或水体中吸收水溶态污染物。 氟化物、农药等 污染物 图6.13 植物对气态污染物的吸收图6.14 植物从土壤或水体中吸收污染物植物内污染物的分布见表6.4和表6.5。植株部位放射性计数/(脉冲min-1g干样-1)含镉量/(gg干样-1)分配百分数/%不同部位合计地上部位叶、叶鞘茎 杆穗 轴穗 壳糙 米1483754437350.6

58、71.700.200.160.153.59.01.10.80.815.2根系部分354016.1284.484.8表6.4 成熟期水稻各部位中的含镉量 品 种叶 片根茎果 实番 茄茄 子黄 瓜菜 豆菠 菜青萝卜胡萝卜14910711016457.034.063.032.031.050.018.73.82.419.59.033.07.32.53.83.617.0表6.5 氟污染区蔬菜不同部位的含氟量 单位：g/g 表6.6 农药在稻谷中的蓄积情况农 药糠 / %米 / %农 药糠 / %米 / %p,p-DDT六六六马拉硫磷704087306013苯硫磷乙拌磷倍硫磷80659420356表6.7

59、 农药在水果中的蓄积情况农 药品种果皮 / %果肉 / %农 药品种果皮/ %果肉/ %p,p-DDT西维因敌菌丹倍硫磷苹果苹果苹果桃97229770378330异狄氏剂杀螟松乐果柿子葡萄橘子9698854215 （二）动物对污染物的吸收及在体内分布环境中的污染物一般通过呼吸道、消化道、皮肤等途径进入动物体内;水和土壤中的污染物质主要通过饮用水和食物摄入，经消化道被吸收;脂溶性污染物质通过皮肤吸收后进入动物肌体。 呼吸道消化道皮肤吸收图6.15 动物对污染物的吸收方式6.3.2生物样品的采集和制备1. 植物样品的采集(1) 对样品的要求：采集的植物样品要具有代表性、典型性和适时性。(2) 布点

60、方法：在划分好的采样小区内，常采用梅花形布点法或交叉间隔布点法确定代表性的植株。 6.3.2.1植物样品的采集和制备 (3) 采样方法：在每个采样小区内的采样点上分别采集510处植株的根、茎、叶、果实等，将同部位样混合，组成一个混合样；采集样品量要能满足需要，一般经制备后，至少有2050g干重样品。图6.16 采样点布设方法2. 植物样品的制备(1) 鲜样的制备：测定植物内容易挥发、转化或降解的污染物质、营养成分，以及多汁的瓜、果、蔬菜样品，应制备成新鲜样品。样品洗净晾干或拭干捣碎机捣碎制浆研磨 (2) 干样的制备： 风干、烘干磨碎过筛保存 3. 分析结果表示方法常以干重为基础表示（mg/kg