植物监测在环境监测和环境管理中的应用

谭燕宏

（营口职业技术学院 环境化学工程系，辽宁 营口 115000 ）

摘 要：本文论述植物监测的可行性、监测方法，在大气污染、水污染监测中的应用及宏观植物监测在环境管理方面的发展，证明植物监测成为环境监测重要组成部分，是理化监测的有利补充。

关键词：环境监测；植物监测；环境管理

1 引言

    利用植物对污染物质的反应，监测有害物质的成分和含量，了解环境质量状况，称为环境污染的植物监测。

    植物与环境监测的关系可以追溯到 1859 年， Grindon 注意到烟雾和气体发散使得城市附近地衣数量减少，上世纪五十年代，国外利用植物监测空气污染研究应用蓬勃发展，我国的植物监测与 1973 年起步，近三十余年有了长足的发展。

2 植物监测的可行性

    植物监测在世界许多国家得到推广，在环境监测中占有一定的比重。西德、英国利用地衣种类、数量、覆盖度等说明空气质量变化；加拿大根据地衣吸附硫量反应二氧化硫污染分布；美国根据鸭跎草无性系雄蕊毛茸细胞变态对化学诱变进行监测 ^[1] 。植物监测的可行性表现在以下几个方面：

2.1 直观性

    环境污染对植物产生危害，植物就表现出相应受害症状，植物受害程度直接反映出环境污染状况，而相应的物理化学分析手段只能对污染物定性、定量分析，却不能反映出环境污染程度。由于环境因子的千变万化，以及多种污染物综合毒害作用比单个作用大得多，生态毒理效应呈现出许多异于常规的反应，理化测定项目需定期采样并且只能反应采样瞬时污染物的浓度，而植物监测却能反映污染物和环境因子的连续性和积累性的作用。

2.2 敏感性

    对于痕量级的污染物，植物监测要比一些精密仪器敏感。 SO₂ 的浓度在 1-5ppm 时人才能闻到气味， 10-20ppm 时才能有明显刺激作用，而敏感植物在 0.3-0.5ppm 时就会产生受害症状。以地衣为例： SO₂ 浓度为 0.23 毫克 / 米 ³ 时， 29 天内地衣全部死亡， SO₂ 浓度为 0.09 毫克 / 米 ³ 时， 69 天约有 60% 面积的地衣死亡。

2.3 指示性

    植物对不同类型的污染物表现变形受害状况不同。如受到二氧化硫气体污染，植物叶片脉间常出现褪色或坏死斑块，正常叶组织与受害叶组织之间界限明显；受氟化物污染的植物，叶片自尖端及边缘出现变色伤斑或枯死；受氯气危害的植物，叶片产生失绿伤斑，严重的全叶片象漂白一样。

    对某一种污染物特别敏感的植物就可以作为这种污染物质的报警器，常见的指示植物有：二氧化硫（荞麦、芝麻、向日葵）、氟化氢（郁金香、杏、梅）、臭氧（烟草、牵牛花）、氯气（玉米、桃、洋葱）等。

2.4 长期性

    植物监测可以将过去较长时间的污染状况反映出来。美国加利福尼亚工科大学研究人员对三棵具有 8000 年树龄的针叶松进行研究，分析树木年轮中的氢和重氮的比率，找到了 6800 年前地球处于寒冷期的根据，这一结论同位于北极圈内的加拿大德文岛上采到冰柱标本中反映的地球变化是一致的 ^[2] 。

3 水、气污染监测中植物监测实例

3.1 大气污染监测

3.1.1 地衣评价

    地衣由于其寿命长且无根和维官组织，污染物不能通过土壤进入组织而被广泛应用于大气污染监测中。

    地衣是真菌和藻类的复合体，两者属于互生关系，被称为空气污染的永久控制系统。环境污染会影响地衣的生理状况，如 ATP 的下降，内生植物激素浓度的改变，呼吸水平的变化，许多研究表明地衣体内二氧化硫含量与环境中二氧化硫含量有明显关系，把地衣移植到污染地区，地衣体内的叶绿素 A 和叶绿素 B 总和会升高，升高的程度与污染程度成正比 ^[3] 。

    地衣评价方法有两种：空气清洁度指数法是针对一个地区各地段地衣种类进行生态调查，计算出大气清洁度指数，指数越大空气质量越好；移植法是将生长状态地衣移植到待测地区使其生态条件尽量与原来一致，定期观察其生长状况对该地区空气污染评价。西德用此方法在某工厂附近监测二氧化硫污染，取得较好效果。

3.1.2 种子植物评价

    种子植物种因其种类多分布广而成为植物监测的指示植物。如选择生长末期成熟叶片作为检测叶片，同时选择与大气二氧化硫含量相关系数较大的树种（柳树），就可以利用植物叶片中的含硫量监测大气中的二氧化硫浓度 ^[4] 。

3.2 水质污染监测

    水质污染监测的植物类型可以选择水生植物。各种水生维管束植物可以吸收利用水中有机废物，富集水体中锌汞等重金属，如水葱、田蓟、水生薄荷等。这些水生植物对水质的改善有一定帮助：通过水葱对一些食品厂废水进行实验，废水的高锰酸钾耗氧率两天内降低 70%-80% ，溶解氧含量从 0.2ppm 提高到 2ppm ，在两星期内生化需氧量降低 60%-90% ，具有相当与微生物的净化作用，能提高水体的自净能力。

    植物监测废水可直接用水插法，检测应用到微核技术，这是一种建立在细胞水平上的遗传毒性监测方法。微核技术监测环境的指标主要是用微核率来表示。当植物受到污染物诱变物质影响时 , 可以使细胞内正在分裂的染色体发生损伤 , 甚至断裂 , 断裂的染色体碎片一般会重新愈合到染色体上 , 但有时则不能愈合 , 成为独立的染色体片段 , 形成包膜 , 变成微小的球体 , 这就是微核。一般来说 , 污染中诱变物质越多 , 产生的微核越多。用出现的微核多少 , 即可确定环境的污染水平和生物机体受伤害的程度。对植物花序或根尖部分制片检查，通过压片法进行镜检与空白对比分析微核率，以此指数大小来划分水质污染程度 ^[5] 。

    微核率 = 微核总数 / 四分体总数× 100%

    污染指数 = 微核实测值 / 微核标准值

4 宏观植物监测领域发展及对环境管理作用

4.1 遥感技术

    遥感是宏观植物监测的重要技术手段，是指利用卫星或航空遥感照片上植物影像特征来监测大气污染。原理是绿色植物对红外线敏感，对它的反射率比可见光大几倍，生长正常的植物叶片，对红外波段反射强，在彩色红外相片上颜色鲜艳，色调明亮；受到污染的叶片，由于叶绿素受到破坏，红外线反射率下降，影像色调发暗，因此根据遥感照片上植被的色调及形态特征就能判断生态污染大致情况。特别是近几年高光谱遥感技术的兴起，克服遥感技术只能监测重度污染，难以很好监测中度和轻度污染的情况。伴随遥感技术理论深化和计算机软硬件技术发展，植被光谱遥感技术会具有更加广阔的前景。

4.2 遥感技术在西部环境管理应用

    中国西部地区地形复杂，气候多变，体现生物多样性，孕育多样植被类型和复杂的生态系统：从北亚热带常绿落叶阔叶林、暖温带落叶阔叶林、温带针阔混交林、亚高山针叶林到多种类型灌木、草甸、草原、荒漠等，包括中国植被的大多数类型。由于多方面因素的制约，不可能利用传统技术手段对其进行科学系统监测。西部大开发提出的战略口号是即要加强基础设施建设，也要加强生态环境保护，将合理开发与生态环境良性发展紧密结合，实现西部经济可持续发展。西部区市普遍建立生态环境遥感监测站，实现对西部地区植被状况、森林资源、沙漠化状况的实时监控，分析大开发对资源、生态植被的影响，提高生态管理技术含量，为政府宏观决策提供科学依据。

5 结语

    植物监测作为环境监测的重要内容之一，具有综合直观反映环境污染对生物影响和危害的优势，但同时我们也应该看到其自身的缺陷：不能对污染物浓度进行精确评价；由于植物个体差异及外界自然因素影响，生理反应存在误差等，因此植物监测这项工作还有许多问题值得探讨，需要建立一套统一的规范化方法技术提高准确性和可比性，建立植物监测与评价的标准化体系，与化学监测、物理监测方法配合使用，互相补充，使环境监测真正成为保护人类生存空间行之有效的手段。

参考文献：

[1] 林海森 . 植物监测在环境保护和绿化工作中的作用 [J]. 长春大学学报， 2006 ，（ 2 ）

[2] 刘增新 . 生物在环境监测中的作用 [J]. 生物学教学， 1996 ，（ 1 ）

[3] 范旭东，顾冰洁 . 大气污染的植物监测 [J]. 资源与环境， 2006 ，（ 30 ）

[4] 闫海涛．利用植物叶片含硫量监测大气二氧化硫污染 [J] ．辽宁城乡环境科技， 2005 ，（ 4 ）

[5] 林海森 . 植物监测在环境保护和绿化工作中的作用 [J]. 长春大学学报， 2006 ，（ 2 ）

-- 《中国西部科技.学术》 2007年4期 --