[科普中国]-大气污染生物监测

大气污染生物监测是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。

概述大气污染的生物监测包括动物监测和植物监测。动物由于对环境的趋性和管理困难，尚未形成一套完整的监测方法，但一般能起到指示环境污染的作用。如美国的多诺拉事件调查表明，金丝雀对二氧化硫最敏感，其次是狗，再次是家禽，日本有人用鸟类和昆虫的分布来反映环境质量的变化。利用植物监测大气污染，在二十世纪初就引起生态学家的注意。几十年来，这方面的研究工作取得很多成就，如指示植物的选择和应用，根据植物受害症状确定大气污染物，分析叶片的含污量估测环境污染程度等。中国在七十年代初开展利用植物监测大气污染的研究工作，在测定木本植物叶片中的硫、氯、氟化物和铅、镉等含量以了解大气污染状况，筛选指示植物，建立植物受害“症状学”，利用多种植物含污量和生长量综合评价大气环境质量等方面，都取得进展。

大气污染指示生物及选择(1)指示生物

其群落结构、种类和数量的变化能反映大气污染状况的生物称为指示生物。

(2)指示生物的选择

选择那些对特定大气污染物很敏感、专一性强、有富集作用、能“早预报”、能确切反映该污染因子对人和生物的危害及环境污染的综合影响的生物作为指示生物。

植物在受到污染物侵袭后，表现出明显的伤害症状或生长形态发生变化、果实或种子变化，以及生产力或产量变化，这种植物就是指示植物。指示植物可以选择一年生草本植物、多年生木本植物及地衣、苔藓等。

①二氧化硫(SO2)污染指示植物：主要有紫花苜蓿、棉株、元麦、大麦、小麦、大豆、芝麻、荞麦、辣椒、菠菜、胡萝卜、娴草、百日菊、麦秆菊、玫瑰、苹果树、雪松、马尾松、白杨、白桦、杜仲、蜡梅等。

②氟化物污染指示植物：主要有唐菖蒲、金荞麦、葡萄、玉簪、杏梅、榆树叶、郁金香、山桃树、金丝桃树、慈竹等。

③二氧化氮(NO2)污染指示植物：主要有炯草、西红柿、秋海棠、向日葵、菠菜等。

④O3的指示植物：烟草、矮牵牛花、马唐、花生、马铃薯、洋葱、萝卜、丁香、牡丹等。

⑤Cl2的指示植物：白菜、菠菜、韭菜、葱、菜豆、向日葵、小棉、落叶松等。

⑥氨的指示植物：紫藤、小叶女贞、杨树、悬铃术、杜仲、枫树、刺槐、棉株、芥菜等。

⑦PAN的指示植物：繁缕、早熟禾、矮牵牛花等。1

植物对大气污染物的指示作用大气中污染物质很多，其中影响较大的有害气体是二氧化硫、氟化物、氧化剂、乙烯、氮氧化物等。氯、氨、氮等也会产生危害，但多属事故性泄漏引起，危害范围不大。组建水平不同植物，对大气污染的影响反应不同。

(1)植物群落对大气污染的反应。植物群落是由不同种的植物组成。在污染物长期作用下，植物群落的组成会发生变化，一些敏感种减少或消失，而抗性强的耐污种保留甚至发展。因而植物群落的变化，本身就反映了环境质量状况的变化。

(2)植物个体对大气污染的反应。植物个体对大气污染的反应，主要是生长减慢，发育受阻，失绿发黄，早衰和落果等。

(3)植物组织器官对大气污染的反应。大气环境受污染后，植物叶片会出现各种伤斑，甚至叶组织局部坏死。有些大气污染物会影响植物的结实，深究其原因，有的是由于污染物直接影响了花粉的萌发和花粉管的伸长。如HF影响番茄花粉管萌发和花粉管柱头上生长，同样O3，也会阻碍番茄花粉管的伸长。在高浓度O3中，烟草和矮牵牛的花粉管会暂时停止生长和花粉管尖变窄。由此看来，花粉管的萌发和生长是指示大气污染较为直接的指示标志。这些“伤害疾状”是诊断植物对大气反应的重要依据。

(4)植物细胞结构对大气污染的反应。大气环境污染有时会引起细胞质壁分离，细胞膜系统的透性破坏，常造成水分和离子平衡失调。臭氧使膜类脂发生过氧化，干扰它们的生物合成。电镜观察到叶绿体结构在臭氧和二氧化硫作用下被破坏。

(5)植物酶系统对大气污染的反应。大气污染物可以影响植物体的酶活性变化，从而导致代谢过程的变化。有些酶对某些污染物非常敏感。如葡萄糖-6-磷酸脱氢酶很容易被PAN钝化；氟化物对肌醇六磷酸酶有抑制作用；O3能引起硝酸还原酶、酸性磷酸酶、核糖核酸酶、细胞色素氧化酶等活性的增加。其中特别是过氧化酶对一些污染物更为敏感，常被人们用来监测大气污染物对植物的影响。

(6)植物生理对大气污染的反应。

①光合作用。大气污染对植物光合作用有明显影响。在缺乏可见伤害症状的情况下，测定光合作用则能指示出植物中短暂的或可逆的变化。在污染物浓度超过阀值剂量后，光合作用减弱程度与污染物的浓度成正比。②呼吸作用。呼吸作用是植物不断与外界进行气体交换的生理过程，因此受大气污染的影响较大。例如氟化物能引起呼吸强度的增高，而且与受损害的规模呈明显的比例关系。所以呼吸作用也可作为监测大气指染的生理指标。③气孔开放度。气孔是植物体进行气体交换的通道。植物体受害程度与气孔的启闭状况很有关系，同时有害气体又能影响气孔的活动。所以气孔开放度是监测大气污染程度的较好指标。④细胞膜的透性。O3和SO2都能使植物细胞膜的脂类过氧化，导致细胞膜的透性增加，改变细胞外渗物的电导率。有人注意到非离子化气体伤害程度与电导率变化成正比增加。因此电导率可作为衡量污染的一个指标。⑤pH值或耐酸力。植物对SO2的抗性与叶组织汁液的pH有关。凡是偏酸的容易受害，接近中性的则抗性强。因此提出叶组织汁液的pH可作为指示植物抗性的生理指标，适宜用来间接、快速地测定植物对SO2的抗性。2

监测方法（1）盆栽植物监测方法

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。

（2）现场调查法

①植物群落调查法。调查现场植物群落中各种植物受害症状和程度，估测大气污染情况。

②调查地衣和苔藓法。通过调查树干上的地衣和苔藓的种类与数量，便可估计大气污染程度。在工业城市，通常距市中心越近，地衣的种类越少，重污染区内一般仅有少数壳状地衣分布，随着污染程度的减轻，便出现枝状地衣；在轻污染地区，叶状地衣数量最多。

③调查树木的年轮。剖析树木的年轮，可以了解所在地区大气污染的历史。

一般，污染严重或气候条件恶劣年份树木的年轮较窄，木质比重小。

（3）其他监测法

如生产力测定法、指示植物中污染物质含量测定法等。3

本词条内容贡献者为:

吴俊文 - 博士 - 厦门大学