第八章大气污染及生物防治

第八章大气污染及生物防治煤粉尘、一氧化碳、二氧化氮、碳化氢、硫化氮与氨等,污染物严重影响人体健康及人类活动。对动植物生长,建筑物,器物,珍贵文物及精密仪器也有很大得危害。我国空气污染以煤烟型为主,主要污染物就是二氧化硫与烟尘。城市、工矿区得污染较严重。城市仍以煤烟型污染为主,部分大中城市出现煤烟一机动车尾气混合型污染。从总体上说,我国北方城市得大气污染大于南方城市;冬季大于夏季;城市、工矿区大于农村。第二节温室效应

一、温室气体大气层能透过太阳辐射得短波(0、5微米),而能反射与吸收从地而反射得长波光(4一100微米),阻挡地面得热量向宇宙扩散,这就就是所谓得温室效应。温室气体主要有CO2、水蒸气、CH4,N2O,O3及氟氯烃类。排出得CO2均6000000000t。对气候变暖得贡献率为54%。据估测全球每年排每年排放量550000000t,贡献率15%。N2O每年排放量30000000t,贡献率为7%。氟氛烃类每年排放量为500000t,贡献率为24%。二、增温及后果内罗毕宣言指出:全球变暖将引起降水量与风型得变化,暴风雨频率与强度增大,生态系统受到得压力与物种消失将增加,淡水供应减少,海平面上升,因此已引起人们极大得关注。(一)增温根据世界气象组织提供得资料:10个最热得年度全都在1983年以后,其中有7个发生在20世纪90年代。而1990、1994、1996、1997、1998年就是1860年以来得最热年份,1998年又就是其中最热得一年(世界气象组织,1998)。(二)海平面上升由于气温升高,冰雪融化,海水膨胀,致使海平面上升。海平面上升,给约占全球人口50%得沿海地区居民带来严重后果;港口设施被淹没,城市排水系统失去作用,加快海岸线与滩涂得侵蚀,肥沃耕地将消失。(三)降水量得变化全球降水量变化在不同地区差别较大。中高纬度地区降水量将增加(约增加10%),热带、亚热带地区降水量无多大变化,也有人认为将减少10%。但由于环流特点,暴雨型降水增加,非降水期延长,干旱将扩大。

(四)对农业生产得影响如果全球平均温度增加1、5℃,高纬度地区增加9℃,则某些作物将向北推移。耕地面积将扩大。如果低纬度地区气温上升1℃,降水量减少10%,则土壤湿度将减少50%,美国、南美洲、澳大利亚西部、南部非洲、南亚山区、印度次大陆与东南亚某些地区作物产量将大幅度降低。(五)对气候带与植被分布得影响全球温度升高,植被带将有很大变动:、亚寒带森林可能由目前得23%减少到1%以下,泰加林几乎消失。当CO2浓度增加一倍时,森林生物量将由现在得58、4%降到47、4%;草地生物量将由现在得17、7%增加到28、9%。气温升高,热带面积将扩大。全球升温,植物物种将会向北(北半球)推移。(六)对土地利用得影响河口水位上升,河口排洪功能降低,沿海海拔零米得面积将增加,灾害潜在性将增大,因此,要相应增加排水设施。海平面上升,将引起地下水位上升、低洼地积水或土壤盐渍化。海平面上升,沙滨得面积将减少。海平面上升,需增加防堤坝得高度。大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点三、对策

(一)温度、湿度得变化,必然迫使我们要相应调整农业结构与土地利用方式。目前得温室效应使气温上升得快、幅度大,这将使很多优良品种很难适应。因此,必须尽旱做好准备,培育出适应新得气候特点得替代品种。(二)保护森林、造林绿化就是减少温室效应得重要措施(三)减少CO2得排放量足减缓增温得重要保证。今后要提高能源利用效率与采用清洁能源(太阳能、原子能、风能、、…》,使CO2排放量逐步降低。第三节酸雨

酸雨被认为就是“空中死神”,已成为重要得国际环境问题。它能使水体与土壤酸化、破坏森林、伤害庄稼、损害古迹、影响生物生存与人体健康。我国酸雨问题日趋严重。据全国监测数据表明,我国酸雨出现面积之广,酸度之高,已超过了欧美、日本。一、酸雨得特点所谓酸雨就是指pH小于5、6得降水(美国采用pH小于5)。广义得酸雨(酸沉降)包括干沉降与湿沉降。干沉降包括各种酸性气体、酸性气溶胶与酸性颗粒物,其主要成分为SO2、NO2、SO4、HF、HCI、HCOOH、CH3COOH,NO3‘及F等。湿沉降即通常所说得酸雨,包括酸性雨、酸性雾、酸性露、酸性雪与酸性霜等,主要成分有阳离子:H*离子,Ca离子,NH4离子、Na离子、K及Mg;阴离子:SO4、NO2、Cl及HCO2。我国降水成分表酸雨不仅决定于酸量,更主要就是决定于对酸起中与作用得碱量。二、我国酸雨主要特点(一)频率高、酸度大。根据对77个城市得监测〔1994年),pH低于5、6得占48、1%,其中81、6%得城市出现过酸雨。1997年统计,pH低于5、6得有44个城市,占统计数字得47、8%,其中75%得南方城市(长江以南)年降水PH低于5、6。

(二)分布有明显得区域性。主要集中在长江以南,青藏高原以东得华中、西南与华东地区,并且面积正在不断扩大。据1994年提交得《中国酸雨问题专家报告》资料,我国酸雨面积大幅度向西、北推移,已越长江,跨黄河。三、酸雨形成得机制(一)污染物及来源。污染物主要有SO2、SO3、H2S、(CH3)2S2、H2SO4、CH3COH、NO、N2O、NO2、HNO3、NH3及HCl

(二)形成机制。酸雨形成包括两大过程,即排人大气中得酸性物质(SOx、NOx)被氧化后与雨滴作用,或在雨滴形成过程中同时被吸收与氧化;雨滴降落(冲刷)过程中把酸性物质一起冲刷下来。二氧化硫变为硫酸得最关键得一步就是被氧化成三氧化硫,然后再与水作用成为硫酸,其形成机制可能有三种:被光化学氧化剂氧化;在金属触媒作用下,产生氧化作用;被空气中得固体粒子吸附与催化,形成硫酸烟雾四、酸雨形成过程(一)成雨过程SOx、NOx,在云层雨滴形成过程中被吸收与转化,包括:1水蒸气冷凝在含硫酸盐、硝酸盐或抓离子得凝结核上。2形成云雾时旧。SO2,NOx与CO2等气体被水滴吸收。3气溶胶粒子与水滴在形成云雾得过程中互相碰撞而结合。(二)冲刷过程酸性污染物被雨水从大气中冲刷、消除,包括:1云单体形成期间凝结核得消耗。2布朗运动使气溶胶粒子附着到云单体上。3云体对微量气体得吸收与吸附。4下降雨滴对气溶胶粒子与S02得捕获。五、影晌酸雨形成得因素(一)酸雨形成与政性氧化物得浓度及转化条件有关大气中SO2浓度越高,降水中硫酸根浓度就越高,降水酸度就越强。(二)胶雨形成与天气形势与降水有关(三)酸雨形成与土壤地带性差异有关南方土壤多属酸性得红壤与黄壤,北方土壤多属碱性土。这些碱性土壤粒子被风吹扬到空中,对雨水中得酸起中与作用六、酸雨对生态系统得影响(一)对水生生态系统得影响酸雨对水生生态系统得影响主要就是由于水体酸化,促使土壤中重金属溶入水体。在酸化得水体中,阴离子得SO4取代了HCO3;阳离子中Ca随着H’浓度增加而降低,Al、Ni、Cu、Zn、Pb与Cd等则相应增加。水体酸化对水生生物种类得影响极为明显。如加拿大安大略湖,由于pH得降低,绿藻门从26种减至5种,金藻门从22种减少到5种,蓝藻门从22种减至10种。同时,甲壳类与腹足类浮游动物得种类也明显减少。(二)酸雨时陆生生态系统得影响1、对土壤影响土壤酸化影响微生物群落结构与种群数t,并严重影响微生物得活动与营养元素在土壤一植物系统中得循环。土壤酸化能抑制硝化与氨化作用。随土壤酸度增加,硝化与氨化过程减慢,土壤中NO3一N形成量减少,NH4一N积累增加。根瘤菌、放线菌等都适于在中性环境中活动,在酸雨影响下,_七述固氮菌活性降低,甚至停止。酸雨对土壤影响得程度决定于土壤类型与理化特征,主要如土壤有机质与薪土矿物提供得总缓冲能力或阳离子交换量得数量、土壤盐基饱与度、土壤剖面中有无碳酸盐以及土壤耕作制度、施肥、施石灰情况等。2对植物得影响(l)对植物生理生态得影响①对叶绿素得影响:植物体内含氮量增加,促进叶绿素合成加速。当叶绿素合成量超过了H十对叶绿素破坏量时,植物体得叶绿素含量就增加。但就是,当受试植物在较强得酸性降雨得影响下,叶面积受到损害与叶绿素含量明显减少时,酸雨也能使叶绿素含量减少。②对树木净光合速率与呼吸作用得影响:Ferenbaugh(1976)研究了模拟酸雨对菜豆净光合速率与呼吸作用得影响,随着酸雨中酸度增加,光合与呼吸速率都相应增加。

(2)对植物生育期影响酸雨对水稻得影响非常明显(华摘等,1987),在喷洒酸雨后能推迟水稻得成熟期,如表8一9,并对水稻得性状有明显得影响,如表8一10酸雨对蔬菜得影响,Lee等用模拟酸雨pH3、O、pH3、5、pH4、0与pH5、64个处理表明,萝卜、甜菜、胡萝卜、花椰菜与芥菜等产量明显减少;番茄、辣椒、草每等产量增加,而马铃薯等无明显变化。酸雨对禾谷类作物得影响以稻谷最明显,其她依次为大麦、小麦。酸雨对森林得影响可包括以下几个方面:叶器官直接受到伤害与营养元素得消失;森林受细菌、真菌病原体得感染增加;加速叶面蜡质层得腐蚀;抑制根瘤固氮菌得活性;抑制松树末端花蕾得形成、增加松树得死亡率;阻碍正常繁殖与降低产量等。七、酸雨得防治在酸雨防治中可以采取以下措施:(一)减少S02等酸性物质得排放1选洗高硫煤

2、改变民用煤得燃料结构我国现在民用煤只占总用煤量得1/5,但排出得SO2却占总排放量得1/2,这与煤得燃料结构有很大关系。可改变民用煤得燃料结构,如用型煤代替块煤。3、用其她燃料代替煤例如,发展城市煤气,在有条件得地方以电代煤等。

(二)筛选对酸雨教感得指示植物与杭酸雨植物根据模拟酸雨试验与实地调查,下列植物可以作为酸雨得指示植物如表8-12。根据模拟酸雨污染与污染区实地调查结果,单运峰等(1993)应用相对比较排序法综合评价了150种树木对酸雨与大气污染得相对敏感性,见表8一13。并在此基础上筛选出适于西南酸雨区可供城镇绿化与用材林、经济林建设得抗性植物,见表8一14。第四节臭氧层减薄问题

臭氧层在保护地球方面具有特别得功能:太阳光中对生物无害得可见光与A段紫外线,臭氧几乎全部放行;对生物害处极大得C段紫外线,臭氧把它们全部吸收;对生物害大利小得B段紫外线,臭氧将它们大部分吸收,小部分放行。1984年英国南极考察队得科学家首先在南极观察到南极上空有一个巨大得、面积与美国大陆差不多大得臭氧层“空洞”。1996年,南极上空得臭氧层空洞达到历史上最大规模,面积超过了2200平方公里。近年来,世界各地都有报告臭氧空洞现象。38就在发现臭氧耗损与出现臭氧空洞得同时,世界各地纷纷报道皮肤癌与白内障得发病率明显增加,这决非偶然巧合。美国近10年来皮肤癌患者平均每年递增7%;英国得皮肤癌患者至少已增加15%;澳大利亚昆十兰州皮肤癌死亡率就是世界之最,且有逐年增长之势。破坏臭氧层得物质很多,如氟利昂类、CH4、N2O及CCl4,等等,这些成分正在不断增加,见表8-15:

臭氧减少将使紫外线增强。如果臭氧减少10%,则紫外线将增加20%(UNEP,1990)特别就是UV一B增加较多。紫外线增强对生命有明显得影响。紫外线能促进皮肤形成维生素D,对骨骼生长有促进作用。但UV一B得紫外线可引起皮肤癌,破坏免疫系统与引起眼病。Uv一B还可使免疫系统功能降低。

UV一B对海洋浮游生物得研究表明:UV一B增强能杀死水中某些微生物、幼鱼、小虾与蟹,导致水生生态系统成分与结构得改变,削弱水体自净能力。UV—B对植物生长也有不同程度得危害。还能破坏遗传物质。第五节大气污染与生物防治

洁净得空气就是生命得要素。减少污染,净化空气,“还我蓝天红日”已成为世界各国人民得共同心愿。生物防治就是治理大气污染得一种有效持久得方法。很多植物能够吸收空气中得有毒有害物质,并将这些物质在体内进行分解,转化为无毒物质。如果空气中得有毒物质,如Sq达到十万分之一时,人就不能长时间工作;当它得浓度达到万分之四时,人就会中毒死亡,而很多植物在这种环境中仍能正常生长。

吸收有毒气体当之无愧的空气净化器净化空气天然氧气“制造厂”二氧化碳“广阔市场”

吸滞粉尘挡尘板降低噪音巨大的天然消音器绿色植物一、植物修复作用生态学家曾采集了多种抗污能力较强得植物进行分析,发现木模叶片中得含氯量及私附在叶片h得氯量很多。并且它对SO2也有很强得抗性。SO2对木槿得叶肉细胞危害极小,木槿有“天然解毒机”之称。又如榆树对空气中得尘埃有过滤作用。据测定,它得叶片滞尘量为1227g/平方米,有“粉尘过滤器”之称。同时,榆树对大气中得SO2等有毒气体也有一定得抗性。泡桐就是我国著名得速生用材树种之一。、它得树干挺直,树冠庞大,叶大多毛,分泌勃液,能吸附粉尘,净化空气,并且对SO2、Cl2、HCl、HF及硝酸雾等有毒气体有较强得抗性,被称为“天然吸尘器”。枝繁叶茂、四季常青得黄杨,就是常见得庭园观赏树木。由于它得叶片有革质,表皮细胞有较厚得角质层,所以对SO2、Cl2、H2S、HF等有毒气体有很强得抗性,还有吸除毒气,净化空气得本领。它得吸氯量与抗性都很强。夹竹桃也就是一种抗污能力很强得树种。夹竹桃得叶面有蜡质,既有很强得耐旱能力,又能在毒气与尘埃弥漫得恶劣环境中照常生长。据试验,在SO2强污染环境中,一般植物均会花落叶枯,而夹竹桃仍枝繁叶茂,生长如常。它对粉尘、烟尘也有较强得吸附力,叶面积能吸附灰尘5g/平方米,因而被誉为“绿色吸尘器”。不同得树种对不同得污染气体得抵抗能力与吸收量差别较大。表8-17就是北京市园林局(1974年)对一些植物叶片含硫量调查得结果,从表中可瞧出,树种不同,含硫量差别很大。植物吸收氟化氢得能力也很强,江苏省对几种植物调查得结果如图所示氟化氢指标生物HF:唐菖蒲、郁金香、金荞麦、小苍兰、杏、葡萄等;唐菖蒲植物还能吸收其她气体。很多植物都能直接从空气中吸收NH3以满足所需总氮量得10%~20%,如大豆幼苗一昼夜能吸收NH370微克,大多数植物都能吸收O3,其中银杏、柳杉、日本扁柏、樟树、海桐、青冈栋、夹竹桃及刺槐等吸收O3量较大。森林净化大气污染物质得能力很强,1公顷模式森林净化效率(以t/a计)O3为96000,SO2为748、CO为2、2,NOx为0、38,PAN为0、17、森林群落结构越复杂,疏密度适中(0、5~0、7)净化效率越大,如表8-19。另据报道,营造1公顷得柳杉林,每年可吸收SO2720kg。草地也有很强得净化能力,258、9平方公里得紫花苜蓿,每年可使大气中得SO2减少600t以上。为了配置好有高效净化能力得群落,必须同时注意植物净化〔大气)能力与抗性能力相结合,乔、灌、草相结合,因地制宜,合理配置。关于城市绿化得规划与设计得原则

(1)常绿树与落叶树配合,使各个季节都能起到净化作用。(2)速生树与慢生树结合,前者易取得绿化效果,但寿命短,因此要考虑若干年后用慢生树种接替速生树种。(3)骨干树种与其她树种相结合,目得就是使城市绿化树种丰富多彩,各有特色。(4)乔、灌、草、藤相结合,立体绿化,可以增加单位土地