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植物——大气污染的天然“指示剂”

花匠小妙招
2024-09-15 16:43

众所周知，化学实验时常用到一种试剂——石蕊，它在酸性溶液中为红色，在中性溶液中为紫色，在碱性溶液中为蓝色。根据它所显示出的不同颜色，即可知道溶液的酸碱度，因此称石蕊为“指示剂”。其实，在植物这个奇妙的王国里，也存在着天然的“指示剂”，人们称之为“指示植物”。如果你稍加留意的话，就可以发现这样一个有趣的现象：牵牛花早晨为蓝色，到了下午就变为红色了。这是因为牵牛花中含有花青素，这种色素在碱性溶液中为蓝色，在酸性溶液中为红色；随着一天从早晨到晚上空气中二氧化碳含量的增加，牵牛花对二氧化碳吸收量也逐渐加大，花中的酸性不断提高，从而造成花色由蓝变红。因此，牵牛花即是对空气中二氧化碳浓度的指示植物。

植物对环境变化是非常敏感的。和动物不一样，当遇到环境胁迫时，动物可以选择逃离，但植物没有腿，多数只能在原地被动忍受侵害的发生。一旦环境中发生大气污染，植物便从外表形态、内部结构，尤其化学成分上表现出一系列的反应特征，敏感的植物反应最快，最先发出污染信息，如出现污染症状，生长发育受阻，生理代谢过程发生变化和污染物在体内发生积累等。人们就利用植物的这些特点来指示环境中是否出现了污染，是什么样的污染物造成了植物的反应特征，甚至借助仪器分析，确定污染物的浓度。利用指示植物，就可以监测环境的污染情况，对大气质量作出评价。

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指示植物对大气污染的指示作用主要表现在四个方面： ①能够综合反映大气污染对生态系统的影响强度。这种影响强度一般是无法用理化方法直接进行测定的。大气受到多种污染物复合污染时，一些污染物之间会发生协同作用，使它们的影响比它们各自单独的影响强烈；有时则产生拮抗作用，其影响要比它们各自的影响微弱。这些影响只有通过对生物各种反应进行观察、分析和测定来了解。 ②能较早地发现大气污染。植物和人一样，都是环境污染的受害者。然而，植物对环境污染的反应，比人要敏感得多。因此，某些种类的植物是一部活生生的空气污染“监视仪”。比如，人在二氧化硫浓度达1～5ppm时才能嗅到，接触3～10ppm超过8小时，才对健康有影响；而一些植物接触0.5ppm，在2～4小时内就会出现伤害症状。因而利用植物能及时发现污染，尽早防治。 ③能检测出不同的大气污染物。不同污染物会使植物的叶片出现不同的受害症状。从20世纪中叶以来，利用叶片典型症状指示大气污染研究得到众多生态学家与环境学家的青睐。他们发现，对大气环境污染敏感的植物，一旦处于污染环境中，受到污染物影响后，叶片上往往表现出伤害症状。如果大气污染物浓度很高，但污染持续时间很短，植物叶片会表现出急性受害症状，如叶片坏死，叶片颜色由绿变黄、变白等。当大气污染物浓度较低且污染持续时间较长时，叶片则会表现出慢性受害状态，比如叶片由绿变棕黄、脱绿、早熟落叶等。这两种情况均属于叶片受到污染物伤害的典型症状，它们的不同之处仅仅在于植物对大气污染程度的反应状况不同。因而，利用绿色植物的典型症状，尤其急性症状，可以指示大气中是否存在某种污染物。例如，二氧化硫污染常使叶片的脉间出现有色的斑点或漂白斑；氟污染常使叶片的顶端和边缘出现伤斑，受害组织与正常组织之间有明显的界线；臭氧引起的典型症状是叶表面近小叶脉处产生点状或块状伤斑，因为栅栏组织对臭氧敏感，所以症状大多出现在上表面；受到过氧乙酰硝酸酯急性危害后，大部分双子叶植物在叶片背面出现玻璃状或古铜色伤斑。 ④能反映一个地区的污染历史。通过对植物进行年轮生长量的分析以及测定积累在植物体内的污染物的数量，能够推测过去的污染状况和污染的历史，对大气质量做出回顾评价。通常，用紫花苜蓿、菠菜、胡萝卜、荞麦、金荞麦、芝麻、向日葵、马尾松、白杨等可监测二氧化硫污染；用唐菖蒲、大叶黄杨、郁金香、金荞麦、小苍兰、杏、葡萄等可监测氟化氢的污染；用玉米、洋葱、苹果树等可监测氯的污染；用烟草、矮牵牛、光叶榉、牵牛花、花生、马铃薯等可监测臭氧的污染；用芝麻、香石竹、番茄等可监测乙烯的污染；用紫藤、杨树、枫树、芥菜等可监测氨的污染；用早熟禾、矮牵牛、菜豆等可监测过氧乙酰硝酸酯的污染。此外，苔藓对测定重金属（砷、镉、铬、铜、铁、铅、镍、矾、锌）的含量尤其有意义。地衣对大气污染也很敏感，在二氧化硫年平均浓度为 0.015～0.105ppm时就无法生存，但是它对污染的反应缓慢，适于监测浓度低、时间长的污染。木本植物雪松常年碧绿，素来给人以生机勃勃之感。然而有一年，在南京的某地，人们发现雪松春季新长出的树梢和针叶却发黄、枯焦了。科研人员经过调查研究发现，是由附近化工厂排放出来的二氧化硫和氟化氢等化学物质造成的。雪松对这两种气体十分敏感，伤害首先在它们的叶子和嫩梢上表现出来。女贞是一种常绿灌木树种，是一名称职的汞污染“监测兵”。女贞对剧毒的汞蒸气反应十分敏感，一旦受到熏染，其叶、茎、花冠、花梗和幼蕾便会变成棕色或褐色，严重时会落叶、掉蕾，以至枯死。女贞不仅能监测环境污染，而且它的叶子和花朵还能吸收毒性很大的氟化氢、二氧化硫和氯气等，从而为人类营造无污染的环境而献身尽力。苹果树、紫茉莉对二氧化硫很敏感，伤害首先在它们的叶子上表现出来，叶子侧面间的叶面上就会呈现出黄色或暗褐色的伤点或伤块。如果上述植物的叶子由伤块又很快发展到整片叶子发黄，那就说明空气中的二氧化硫的含量已经很高了。木棉、水石榕、假连翘等树则是氯气的“监测员”。树皮常年暴露于空气中，对于大气污染尤其是累计性大气污染有很好的指示作用。当空气中的酸性污染物增加时，树皮的酸碱度（pH值）会下降。利用树皮能较好地指示大气中二氧化硫、氮氧化物影响所引起的酸度变化。而且，由于树皮的寿命长，能起到连续监测的作用。美国和加拿大等一些国家，就采用红槭、白栎和山楂等树种的树皮来对大气中放射性核素散落物的污染情况进行定期监测。草本植物唐昌蒲是鸢尾科植物中的著名花卉。在它亭亭玉立的穗状花序上，开着杏黄色、白色或者是淡红色的花朵，既鲜艳夺目，又温馨怡人，是赠送病人的理想礼物。唐昌蒲不仅美丽，而且具有为人类报告环境污染的功能。它对空气污染特别敏感，当空气中的氟化物达到一定浓度时，其叶片就会因为吸收氟而出现叶尖和叶边缘出现环状或带状褪色，并渐渐枯黄，虽后又变成暗褐色等现象，从而向人们发出空气污染的“报警信号”。唐昌蒲的“示污”的本领十分惊人。将唐昌蒲置放于10亿分之一的浓度的氟化物下，几十小时以后其叶片就出现受害特征。而此时再灵敏的人的鼻子也毫无察觉。科技工作者用唐菖蒲来检测磷肥厂的氟化物的污染，发现它不仅能“定性”，而且还能根据叶片的受害程度和含量进行“定量”，结果都相当准确。生长在北美洲的鸭跖草，它的花很小，在正常情况下，它的花是蓝色的；而当空气污染严重之时，它的花朵就变成了粉红色。所以，当地的人们就根据它开花的颜色，来判断该地区大气污染的程度。空气中的氟化物的浓度只要达到亿万分之四十，剑兰的叶子在几个小时之内就会出现伤斑，而人则是在其浓度达到百万之十时才会受到伤害。摘下一片剑兰的叶子，只要看到叶面上伤斑累累，这就表明该地的空气污染的程度已经很严重了，需要立即采取补救和防范措施。除了剑兰以外，番茄和棉花如果受到氟化氢的伤害，其叶片就会在叶尖或者叶子的边缘出现浅褐色或红色坏死斑或条状斑。紫花苜蓿和棉花，二氧化硫对其叶片的伤害，多出现在侧脉间的叶面上，呈现出土黄色或暗褐色的伤斑或伤块。玉簪花有较强的净化二氧化硫和氟化氢的能力。当它的叶面受到伤害时，便呈现出麻点状。附生植物附生植物之所以能较好地指示大气污染，主要源于以下理由：一是附生植物分布很广，可以出现在各种自然环境甚至工业区和城市中；二是附生植物无表皮和角质层，污染物包括重金属离子很容易通过体表进入其体内，它们也极易因此受到伤害甚至死亡；三是附生植物无吸收器官（没有根），其所需要的矿物质主要通过大气的干湿沉降（降尘、降水）这条途径实现。换句话说，附生植物受到的污染来自天上，因而它们能较客观地反应出大气污染状况；四是附生植物缺少微管组织，污染物在植物体内的转移很微弱，人们由此可以借助仪器定量地监测大气污染情况；五是附生植物的细胞大多为单层结构，污染物可以从背腹两面进入植物体，每个细胞所承受的污染物浓度高于其他高等植物受到的污染伤害。也就是说，附生植物和其他植物相比，对大气污染更敏感。如果周围的大气污染非常严重时，还会造成自然环境中附生植物的消失。从这一点来看，附生植物是以生命为代价指示大气污染物的存在的。所以，地衣和苔藓植物被大量用来指示和监测大气污染和重金属污染。地衣是无根植物，它靠从空气中吸收养分生活，但在吸收空气中物质时，也连带吸收了空气中有毒的物质，因此只要分析地衣的成分，就能知道附近大气有无污染以及污染的程度。法国人尼兰德1866年在巴黎、英国人史特顿1874年在格拉斯哥，分别研究了地衣对大气污染的指示性，他们也因此成为开展大气污染指示植物研究的先驱人物。地衣受大气污染的影响很明显，地衣的消失与二氧化硫的浓度之间存在很大的关联性。如今，生活在城市中的人们很难看到地衣，就是这个原因。人们将因城市污染不能生长地衣的现象称为城市“地衣荒漠”。在自然界中，地衣是最耐受干旱瘠薄的类型，就是在严酷的荒漠中甚至裸露的岩石上，也可以存活。但在不少城市里，地衣却消失了。可见，相对于自然环境，城市环境中的大气污染是客观存在的。苔藓植物如地钱、水藓、土马踪等，是隐花植物的一类，它们的根、茎、叶区别不明显，多生长在阴暗、潮湿的石面、土表和树干上，尤其在潮湿而又温暖的南方山区林地上，生长得更为繁茂。苔藓植物的叶片多是单细胞组成，大气中的污染物质可从叶的两面直接侵入叶细胞，每个细胞所接受的污染物的平均浓度都大于其它高等植物接受污染物的平均浓度。当大气中只含有微量的二氧化硫、氟化氢等有害气体，但尚未达到危害人体健康的浓度时，苔藓植物就十分灵敏地呈现出受害症状了。它的叶片先由绿转褐、从褐变黑，然后枯萎而死。由于苔藓植物对大气污染十分敏感，又能在树干上附生，不受土壤中PH值变化的影响，所以它可以作为一种监测大气污染的指示植物，人们可通过它来判断大气污染的状况。青苔对氯气的反应很敏感，是人类监测氯气污染的得力助手。水生植物水葫芦一公顷一年可吸收净化污水中的4吨氮和1吨磷。一亩水葫芦每4天就能从废矿水中获取75克银，另外它对污水中的放射性元素也有明显的吸收净化作用。它还能敏锐地指示砷的污染。如果污水中含有微量的砷，只要持续2小时，叶片就会出现明显的受害症状，呈现出斑点、变黄失水等症状。水韮则是指示水流污染的植物。水韮的样子虽然与韮菜相似，但它却是蕨类植物。蕨类植物的叶子都分很多杈，而它的叶子却是直条的，不分杈。它很娇气，虽然生长在河里，但水不流动或略有污染，其植株就会显得萎靡不振，不再生长，或者死亡。因此，水韮成了指示水流污染的“哨兵”。（来源：中国气象报社文/张金平）

责任编辑：萱萱

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