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植物在环境监测中的应用现状

花匠小妙招
2024-09-20 15:47

引言

约在20世纪70年代，我国环境监测事业开始起步，随着国家整体实力的提升，环境监测领域在深度和广度的发展，取得了很大的进步。环境监测的方式主要有手工监测、自动监测和生物监测，手工和自动监测多投入高、专业性强，测试指标不系统，为了完善环境监测体系，实现环境监测系统综合的测试，寻求方便快捷、实时低廉的生物监测技术是环境监测技术重要的发展方向之一[1]。

1 植物在环境生物监测中的应用

植物的涵义是一切有生命机体的统称为生物。从学术的角度来说，生物可以划分为几个界，一般将能固着生活和自养的生物称为植物界，简称植物。按生活环境分为陆生和水生植物，我国地域广袤，植物分布广泛，且种类多样。大气和水体中各污染物浓度可能会改变，通过大气和水样监测水体污染物浓度的方法效率较低，生物监测是一种有效的环境监测途径[2]。植物监测是指利用植物对存在于大气或水体中污染物的直接表现，监测大气以及水体污染的程度和确定大气或水体环境质量水平。

1.1 陆生植物在大气监测中的应用

通常情况下，可以有效指示和反馈大气污染状况的植物，称之为大气污染的指示植物。常见的大气污染的指示植物分别有：

(1）二氧化硫污染指示植物：地衣、苔醉、落叶松、杜仲、水杉等，当受到污染时，叶片上呈现土黄色或红棕色斑痕[3]。

(2）氟化物污染指示植物：唐营蒲、郁金香、金线草、葡萄、大蒜、苔醉、杏、梅等，当受到污染时，叶片上呈现红褐色或浅褐色[3]。

(3）二氧化碳污染指示植物：向日葵、秋海棠、番茄、烟草、柑橘、蚕豆、瓜类等，当受到污染时，叶片上呈现黄褐色或棕色斑痕。

(4）二氧化氮污染指示植物：矮牵牛、杜鹃、扶桑等，当受到污染时，叶片上呈现白色或褐色斑痕。

(5）臭氧污染指示植物：矮牵牛、小苍兰、香石竹、菊花、三色堇和万寿菊等，当受到污染时，叶表蜡状，有坏死斑点，叶片上呈现红、紫、黑和褐色斑痕。

刘艳菊[4]研究发现，SO2年均浓度为15～105μg/m3，可使地衣绝迹，工业城市，重污染区到轻污染区之间，地衣分布为壳状、枝状和叶状。

1.2 水生植物在水体监测中的应用

经过观察和研究，水质生物监测指示性植物各类植物中均有存在，最典型的如：

(1）水质监测员-海菜花。海菜花为多年生水生植物，花期较长，美化环境极佳，对水质要求相当严苛，喜干净水体，水体稍有污染，便会成片死亡,因此，海菜花专门用于监测水体环境质量。

(2）水质污染指示植物：藻类。藻类的特点是：分布最广泛、适应性强、种类繁多以及种群数量非常大，通过水体中藻类植物的种类分布态势可以准确的监测水体污染情况。由科学家深入研究，确定了7种不同属性的藻类植物为污染标志，同时还确认了酸性和重金属污染耐受能力较强的物种。通过种群特征监测结果发现，污染能力最强的是绿藻和蓝藻耐，耐污染力最弱的是硅藻。

惠峰等[2]通过水生植物对水体重金属污染的监测和生态修复研究，得出苔藓植物是一种良好的水体重金属监测材料，苔藓监测水体重金属污染的方法主要有活藓监测法和藓袋监测法，活藓监测法为通过水体中自然生长的苔藓植物监测水体重金属污染情况；当被监测水体本身没有苔藓植物生长时，可将从清洁水环境中采集的水生苔藓植物制成藓袋放到被监测的水体中进行监测研究，称为藓袋监测法。孔皓[5]通过对上海市中小河道水生植物组织氮磷重金属含量与环境因子关系的研究，得出无水生植物河道水体N含量显著高于有水生植物河道，沉水植物覆盖的河道水体P含量显著低于有挺水植物河道；河道水体沉水植物体内重金属Cd、As、Cr、Pb、Ni、Cu的含量均大于挺水植物；黑藻可以作为河道沉积物重金属Pb、Ni、Cu的污染潜在监测植物，水盾草可以作为河道沉积物重金属Cu的污染潜在监测植物，芦苇可以作为河道沉积物重金属Cr的污染潜在监测植物。

2 植物在环境监测中的主要优势

(1）能综合地反映环境因素的联合作用。植物在环境中接触到的污染物不止一种，在多种污染物混合时，可能发生协同效应，使污染物的毒害作用加重，因此利用指示植物可较好地反映出污染物对生物体的综合效应，监测结果能更直接地反映出环境质量对生态系统的影响。

(2）对污染敏感，一些低浓度或痕量的毒性物质在人还未感觉到，理化监测不出来的时候，通过植物的指示作用而迅速做出反应，出现了明显的受害症状，或花朵变色、或叶呈斑点,有利于早期发现。

(3）对于剂量小、长期作用的慢性毒性效应，物理化学方法很难测定，但可通过植物方法检测到，可以在更广的范围内布置监测点，可以较方便地实现连续监测。

(4）比使用仪器监测方法简易，监测费用低廉，预报及时，适于开展群众性监测活动。

(5）综合效益高。如美化环境、文化科普、经济价值和研究价值。

3 植物在生物监测中存在问题

(1）植物应用种类单一。我国的植物资源非常丰富，目前实际应用的植物种类比较有限，且品种之间的搭配比较单一。

(2）季节性较强，冬季应用待发展。植物应用选取时，季相变化考虑较少，特别在我国北方，冬季常出现枯败景象，冬季景观差，此时需因地制宜地选取良好的植物，运用各种手法培育耐寒的新品种，同时考虑岸边湿生植物和陆地常绿植物的相互搭配。

(3）植物的生态功能未充分发挥。目前，我国植物主要用于景观效应，同时用植物监测的项目比较局限，大气监测集中在SO2/F/NOx/Cl2/HCl，水质检测集中在N/P和重金属，忽略了生态系统建立和监测性能的考量，使一些监测性能好的植物应用较少，需在充分考虑景观的基础上，以建立稳定的生态系统平衡、良好的功能发挥及物种多样性为最终目标。

4 环境生物监测选择指示植物的主要要求

指示植物：能够对环境中污染物作出定性、定量反应的植物。包括：敏感植物和耐性（抗性）植物，敏感生物一般是环境中污染物浓度含量较低或特别低时，指示生物就有灵敏的反应，从症状及反应程度来定性、定量分析来分类，例如，牵牛花在光化学烟雾环境下表现的很敏感；耐性（抗性）生物在不良的环境中反而具有良好的生长态势，从而可以发现污染了的环境反而加速了这类生物的生长，例如，水体富营养化，藻类大量繁殖。生物监测选择指示植物时主要需要具备以下特点：

(1）具有最强的敏感性。

(2）地理分布广阔和数量充足。

(3）是生态系统的核心组成部分。

(4）极易繁殖、培养。

(5）有较丰富的生物学背景资料。

(6）对毒物或因子的反应能够被测定。

(7）同时具有重要的经济价值和旅游价值。

结语

在目前的环境生物监测阶段，植物监测，这种方便快捷、实时低廉，易管理又具有景观效果的方式，有着和良好的发展前景。植物在环境生物监测中的应用，因地适宜的南北方植物品种培育和选择，监测性能良好的指示植物开发，需要我们进一步努力研究，从而使“绿色”监测可以在我国最大化应用。

[1]吴玉梅,王浩.水生生物调查体系构建及应用研究[J].三峡环境监测.2018,394):8-11.[2]惠峰,王良桂.水生植物对水体重金属污染的监测和生态修复[J].安徽农业科学.2013,41(5):2234-2236.[3]魏婷婷.现代生物技术环境监测中的应用分析[J].广东蚕业.2019,1(53):8-9.[4]刘艳菊.生物监测及其在环境监测中的应用分析[J].节能环保.2016,8(24):14-15.[5]孔皓.上海市中小河道水生植物组织氮磷重金属含量与环境因子管旭的研究[D].上海:上海海洋大学,2017.本文从两个方面综述了植物在环境监测应用的研究现状，分析了植物在大气和水质环境监测中的应用，生物监测的优势和存在的问题，并提出因地制宜开展南北方植物优质品种的培育和选择和监测性能良好的指示植物的开发，是未来需要进一步研究的方向。