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1、长 沙 环 境 保 护 职 业 技 术 学 院课 时 授 课 计 划授课章节目录： 大气污染的生物监测项目十 污染症状监测法授课时数：2目的要求： 1. 掌握大气污染伤害和其他因素伤害的鉴别方法。2. 掌握几种常见污染气体危害植物的症状特点。3. 理解受害阈值的概念。教材分析（难点、重点）：本节重点：污染伤害与其它因素伤害的鉴别方法。本节难点：几种主要有害气体污染症状的鉴别。教学方法：图解法、启发式、问答式教学手段：板书教具、挂图与参考书： 布置作业： 1. 如何区别大气污染伤害和其他因素的影响。2. 简述SO2、HF、03、PAN危害植物的症状特点？课后记要：大气污染的生物监测大气污染监测主
2、要利用植物。大气污染后，植物的形态、结构、生理功能都要发生变化，而且影响很大，我们就可以根据这些变化来监测环境质量状况。一、植物监测的优点1. 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（综合性）这是理化方法不能测定的。如协同作用、颉抗作用，生物积累等。2. 能早期发现大气污染（灵敏性）人能闻到SO2的味道要在15ppm，而紫露草只要SO20.3 ppm就会产生伤害；唐菖蒲HF10ppb 20h 即出现症状；番茄、香石竹对乙烯敏感，C2H4为0.050.1ppm 时，几小时花萼就会产生异常。所以根据这些敏感植物的受害情况，可以及早发现大气污染。3. 能检测出不同的污染物种
3、类，找出污染源因为植物对不同的大气污染物产生的症状不同，如SO2的症状在叶脉之间出现褪色斑；HF在叶尖叶缘出现伤斑；O3在叶表面产生点状伤斑；PAN的症状出现在叶背面。根据植物出现的症状特点，可以初步判断污染物的种类，找到污染源。例如：雪松对HF敏感。南京在大炼钢铁时，大量的雪松出现也怕发黄，后来找出原因，因为到处都是炼钢炉，释放到处HF造成污染。又如：每个的光化学烟雾事件波及27个州，1954年，洛杉矶周围的烟草、番茄和一些蔬菜变成褐色，森林也大面积受害，开始认为是SO2造成的，以后经过研究，证实是汽车排放的尾气造成的光化学烟雾。4. 能监测长时间的慢性影响（长期性、累计性）一般的仪器和理化
4、方法只能监测出短期的污染影响，而周围长期生长在污染区，可随时反映污染状况。所以把周围叫做“不下岗的监测哨”。周围能吸收大气污染物在体内积累，可以反映一定时期内的污染状况。在严重大气污染时期，可以了解污染的大致浓度。另外，通过了解周围体内的含污量。即可知道工厂长期排放的情况，因为在理化监测采样时，工厂的排放可能会减少。5. 能反映一个地区的污染历史（长期性）利用树木的年轮，可以估计几年、甚至几十年前的污染情况。可以取一块年轮的芯条下来，分析其污染物的含量，特别是重金属含量。还可以通过年轮的宽度来了解污染状况。例如：美国有人根据43株美洲五针松和50株鹅掌楸的年轮宽度，监测出一个兵工厂附近30年来
5、的污染情况，并推测出该厂30年内的产量变化，与实际情况非常相近。6. 植物种类多、来源广、成本低植物分布广，各个地方都能找到一些敏感植物，可以就地取材，比起仪器监测来要便宜得多。7. 方法简便、容易掌握根据症状判断污染，或通过含污量判断，易掌握。8. 植物监测可以结合绿化、美化和净化环境来进行产生SO2的工厂，栽2行悬柃木，高15m，宽20 m，使飘尘减少5360，降尘减少2530。 掌握能降噪、改善小气候。例如，加拿大白杨，白天蒸腾量很大，可以带走很大的热量。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，
6、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1. 抗性强的植物2. 抗性中等的植物2. 敏感性植物二、大气污染伤害与其它因素伤害的鉴别方法其它因素伤害：冻害、病虫害、旱害、缺肥、缺微量元素、农药药害等。1. 了解污染源固定污染源：即了解受害植物周围有无排放有害气体的工厂，以及排放有害气体的种类。流动污染源：有无运输化学物质的汽车通过，有无泄漏事故发生。农田管理：化肥、农药使用情况。天气状况：有
7、无寒流、干旱、阴雨、闷热等气候出现。阴雨、闷热易产生病虫害。2. 观察叶子受害症状3. 观察植物受害方式（1）有明显的方向性受害周围从污染源沿下风向呈条状或扇面状分布。（2）植物受害程度与距离有关一般离污染源越近受害越重。但高架源一般在浓度最大落点处受害最重，烟囱下反而轻些。（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病虫害一般发生在一种或几种植物上，有时病虫害发生与大气污染有关，可加重病虫害危害。冻害多发生在不抗寒的植物上；农药药害多发生在喷洒国农药的作物上。4. 叶片污染物质含量
8、分析（要全面了解，不能轻易下结论）三、各种污染物造成的生物反应提问：植物最容易受害的部位是哪里？为什么？叶片。因为叶片经常和环境发生气体交换。1. 二氧化硫（SO2）提问：哪些企业SO2排放多？火电站、冶金、化工行业。（煤和石油燃烧产生）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
9、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。刚伸展开的嫩叶易受害，中龄叶次之。SO2 气孔 叶组织SO2 H2O SO或HSO O2 SO2.HF （化工、冶金）典型症状是叶尖和叶缘坏死，呈环带状分布，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。3. 光化学烟雾（氧化剂）光化学烟雾：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。主要成分是O3和PAN。 臭氧（O3）
10、植物受臭氧急性伤害后出现的初始典型症状为：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。点斑通常是急性伤害的一个标志。 过氧乙酰基硝酸酯（PAN）PAN诱发的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（air pocket）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
11、的叶片的叶尖上（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。4. 乙烯导致“偏上生长”，即叶片下垂；落叶、落花、落果5. 氨（NH3）NH3对植物的伤害，大多为脉间点状或块状伤斑。中龄叶片最为敏感，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绿漂白，甚至脱落。针叶树种也会
12、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。了解受害阈值的意义：是制定环境标准的必要基准值是植物监测的终于依据根据植物受害达到什么程度，可以了解大气污染的程度。如可以根据唐菖蒲的受害症状，反映大气污染程度。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。第二节 指示植物监测法【复习指示生物的概念，导出指
13、示植物的概念。】一、指示植物应具备的条件1. 对污染物反应敏感或比较敏感；2. 症状明显、典型；3. 是当地常见种，分布广；4. 生长期长，能不断地萌发新叶。二、指示植物的选择1. 野外现场调查法 对污染源排放有害气体的种类和大致浓度有所了解，最好能配合进行所调查地区的大气测定。 调查工作最好在当工厂附近发生有害气体急性危害后进行，因为这时植物叶上受害症状明显，便于比较各种植物的受害程度。 调查时应注意区别气体危害与其它环境条件影响及人为破坏。2.栽培法分为盆栽试验和现场栽培（露天种植）。将试验植物（草本花卉或两年生苗木）预先移入盆内，待成活后，连盆移放在污染源附近。定期观察、记录受害反应情况
14、（症状出现的时间、形态及受害面积），筛选出敏感性的指示植物。或将试验植物直接移入污染区栽上，定期观察。3. 植物人工熏气（1）静态式熏气优点：简单缺点：浓度不均匀，不稳定CO2与O2平衡失调影响水分代谢（2）动式熏气有一个气体发生系统，气体不断产生，不断流出是动态的A. 二氧化硫储气瓶； B. 气体稀释装置；C. 气体测定器;D. 气体接触玻璃室； E.气流调节器（3）开顶式熏气：（中国林科院云南，南京植物所有）造价高，开顶，周围用塑料薄膜围起来，也有一气体发生系统，植物栽在里面，气体从底部进入，顶部流出，占地面积大，范围大，更接近于实际。（4）田间全开放式熏气范围更大，植物栽在田间，整个田间
15、都铺上轨道（一般在行间），更接近于自然。4. 叶片浸蘸法把生长的植物叶片直接在污染物的水溶液中浸泡1分钟，取出后，隔24h观察比较，受害重的即为敏感种类。三、常用的指示植物1.监测SO2的指示植物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、美国白蜡树、欧洲白桦、紫花苜蓿、大麦、荞麦、南瓜、美洲五针松、加拿大短叶松、挪威云杉，以及苔藓和地衣等。2.监测HF的指示植物对HF特别敏感的植物是唐菖蒲，因此常用它作生物监测器。此外，金荞麦、葡萄、玉米、郁金香、桃、杏、落叶杜鹃、北美黄杉、美国黄松、小苍兰等都能作为监测HF的指示生物。3. 监测O3的指示植物监测植物典型症状
16、美国白蜡菜豆黄瓜葡萄牵牛花洋葱松树马铃薯菠菜烟草西瓜白色刻斑、紫铜色古铜色、褪绿白色刻斑赤褐色至黑色刻斑褐色斑点、褪绿白色斑点、尖部漂白烧尖、针叶呈杂色斑灰色金属状斑点灰白色斑点浅灰色斑点灰色金属状斑点4. 监测PAN的指示植物PAN的监测植物有牵牛花、瑞士、甜菜、菜豆、蕃茄、长叶莴苣、芹菜、大丽花以及一年生早熟禾等。5. 监测乙烯的指示植物乙烯的指示植物以洋玉兰最为有名。其他有麝香、石竹、蕃茄、玫瑰、香豌豆、黄瓜、万寿菊和皂荚树等。6. 监测NH3的指示植物监测NH3的指示植物有向日葵、悬铃木、枫杨、女贞等。7. 监测C12的指示植物监测C12的指示植物有荞麦、向日葵、萝卜、曼陀罗、百日草、
17、蔷薇、郁金香、海棠、落叶松、火炬松、油松、枫杨等。四、利用指示植物监测大气污染的方法1. 在工厂周围栽培各种敏感性不同的植物2. 植物群落监测法3. 利用指示植物定点监测报警图7-2 简易植物监测装置意图（钵B左上方圆圈表示排水孔）4. 利用简易植物监测装置监测空气污染式中Wc为对照点植物监测结束时平均每株干重减监测开始时的平均每株干重；Wm为监测点监测植物监测结束时的平均每株干重减去监测开始时的平均每株干重。五、地衣、苔藓监测法【复习地衣、苔藓的形态结构】SO2年平均浓度在0.040.3mg/m3时，就可以使地衣绝迹。苔藓仅次于地衣、当大气中SO2浓度超过0.05 mg/m3时，大多数苔藓植
18、物便不能生存。（一）利用地衣监测和评价1. 种类分布调查（1）生长型调查 地衣对大气污染的耐受能力是壳状地衣叶状地衣枝状地衣，通过对监测地区各类生长型地衣分布状况的调查，可把大气的污染程度分为四级，即： 最严重污染区，一切地衣均绝迹； 严重污染区，只有壳状地衣 轻度污染区，具壳状地衣和叶状地衣，无枝状地衣 清洁区，枝状地衣与其它地衣生长均良好。（2）种属分布调查 在对监测地区地衣的种属分布，数量和生长状态进行调查的基础上，进行综合分析，以敏感种类是否消失或分布的数量，以及较敏感种类的生长发育状态等为依据，进行评价。由于各地地衣的种属分布不一，进行评价时应结合当地属种具体分析，进行判断。（3）含
19、量分析 在调查地区选择抗性较强、吸污能力也较强的种类，分析原植体内污染物质的含量，根据含量的多少，做出相应评价。（4）用盖度和频度进行评价 地衣的盖度以地衣覆盖树皮的面积表示，又由于地衣在树干上多形成上下的带状群落，所以，也可以面积比，即地衣生长的宽度与树于周长之比表示，一般可分为五个梯度或三个梯度。地衣分布的频度以出现地衣的乔木的棵数占总调查棵数的百分比表示，也以五个梯度（20%为度）表示为宜。调查时应分别记录各种和全部地衣的盖度和频度，最后进行归纳分析，提出评价。2. 人工移植法把地衣连同树皮一起切下，固定在监测地区的同种树干上。也可制作地衣、苔藓监测器，把地衣同时置于通入清洁空气和污染空
20、气的两个小室，经过一定时间，进行观测。评价方法：一是根据受害面积或受害长度的百分率，一般以受害面积的百分率为0时，定为清洁，025%为相对清洁，2550%为轻度污染，5075%为中度污染，75100%为严重污染。二是分析原植体污染物的含量，根据污染物含量的多少，结合具体情况制定相应标准，进行评价。（二）利用苔藓监测和评价1. 根据种类和多度绘制大气污染分级图2. 移植法从非污染区连树皮切下附生苔藓，切成直径为5cm左右的圆盘，置于各监测点810m高的树干或其它支架上，面向污染源。也可把附生苔藓放入用窗纱做成的袋内，制成直径为45cm圆球型苔袋，代替上述圆盘。2. 苔藓监测器式中HR-受害率；S
21、0-净化室内苔藓绿色部分的面积；S1-污染室内苔藓绿色部分的面积。六、树木年轮监测法（一）树木年轮分析法常用的监测指标1. 年轮的宽度测定时选择树龄在30年以上的树，从茎的基部离地面4060cm处，用生长锥挖取一定数量的树木年轮芯条。或从伐倒的树干基部取离地面4060cm高处的圆盘，作为测定年轮的标本。在放大镜下，用锉刀按年轮顺序分层剥离，按年轮年代分别保存样品，然后分别测定年轮宽度。2. 年轮中重金属的变化（二）应用举例第三节 污染物含量监测法一、 布点提问：测植物体内的污染物含量，应采集哪些部位的样品？布点最后与理化监测布点一致。扇形布点：在上风向布13个点作为对照点，在下风向按扇形由近到
22、远布点，靠近污染源的地方由于浓度高，随距离变化大，要多布几个点，远离污染源的地方可少布几个点。这种布点方式适于评价单一污染源的污染。网格布点：把所需调查的地区划分成很多网格，每个网格内布一个点。这种布点方式适于评价多个污染源的污染。二、样品的采集（一）样品采集的一般原则代表性：就是要采集能符合大多数情况的植物为样品，能代表这个点的大气污染状况，不要采集有灰尘、有病虫害、有损伤或死亡的样品，对照点要同时采样。采集农作物或蔬菜样时，不要采集田梗边上以及离田梗2m范围以内的样品。典型性：就是说所采的样品要典型，要迎着污染源采样，最好采集有污染症状的样品，一般采集植株中部的叶片，而且要老叶、嫩叶，大小
23、叶兼顾。适时性：是根据研究的需要和污染物对植物的影响，在植物的不同发育阶段采样。在采集植物样品时，应注意以下几点： 植物的种类或品种应一致； 采取枝条的着生位置和方位应一致； 叶片在枝条的上的着生位置应一致； 叶龄一致，多年生植物还应注意采用在年龄相同的枝条上生长的叶片； 叶片成熟度应一致； 采样季节一致。（二）采样方法五点取样 交叉间隔取样三、样品的制备(前处理)采回的样品一般按四分法选取。干样品分析：适于叶片、根、茎等。洗净 晾干或擦干 烘干（6070） 粉碎（粉碎前应剔除粗大叶脉） 过筛（一般4060目） 广口瓶中保存备用鲜样品分析：适于蔬菜、水果类的样品洗净 晾干或擦干 切碎、混合均匀
24、 捣碎（捣碎机） 分析四、污染物含量分析根据测试目的，选择合适的化学分析方法和仪器分析植物体内污染物的含量。五、污染程度的评价1.根据植物体内（如叶片）含污量的分析，可以直接了解大气污染的种类、范围和程度。2. 污染指数法（1）单项指数法 是用一种污染物的含污量指数来监测和评价大气污染，计算公式如下：式中：IPC-含污量指数；Cm-监测点植物叶片（或组织）某污染物实测含量；Cc-对照点同种植物叶片（或组织）某污染物实测含量。英国根据含污量指数把空气污染分成四个等级：1级：清洁 IPC I.202级：轻度污染 IPC1.212.003级：中度污染 IPC2.013.004级：严重污染 IPC3.00（2）综合指数法 如果污染物不只一种，就要用综合污染指数，其公式如下：式中：ICP-综合污染指数；Wi-第i种污染物的权重值；IPCi-第i种污染物的含污量指数；N-污染物的种类数。3. 污染程度相对值用污染程度相对值进行评价时，需先用下式换算出各监测点的污染程度相对值：式中 C-污染程度相对值，； Ci-i监测点植物叶片实测含污量；Cmax-各监测点中最大的含污量。评价标准一般采用四级，即：级-相对清洁：025%级-轻度污染：2550%级-中度污染：5075%级-严重污染：75100%
