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环境污染对植物的危害

来源：花匠小妙招时间：2024-09-16 09:04

一、大气污染对植物的危害

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一)大气污染物
大气中的污染物有各种气体、尘埃颗粒、农药、放射性物质等。据统计，工业废气中所含的有害物质有400多种，其中常见的约有20～30种，按污染物的危害机理，可分为以下几类物质：
1．氧化物质：如臭氧、过氧乙酰硝酸酯类、二氧化氮、氯气等。
2．还原物质：如二氧化硫、硫化氢、甲醛、一氧化碳等。
3．酸性物质：如氟化氢、氯化氢、氰化氢、三氧化硫、四氯化硅等。
4．碱性物质：如氨等。
5．有机物质：如乙烯等。
6．无机物质：如镉、汞、铅和粉尘等。
在上述污染物中，以二氧化硫(SO2)、氟化物、臭氧(O3)、氮化物与硝酸过氧化乙酰(PAN)等危害比较普遍。

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二)大气污染对植物的生理影响
1．对光合作用与干物质积累的影响　现已证明，主要的污染物可以改变气孔的活动，破坏叶绿体的类囊体膜，从而妨碍了光合作用的电子传递系统以及CO2固定效率等。因此植物用一定剂量的污染物(如SO2、NO2等)作短期处理，即可使光合作用迅速降低(图8-12)。TANAkA等研究了用SO2熏蒸植物后光合酶的失活现象，在3×10－3与3×10－2Mol／L的磺酸盐的溶液中，RuBP羧化酶活性分别抑制59％～85％，各种污染物对光合抑制的效应顺序是：
　　　　HF 　＞　 O3 　＞　SO2 　　　＞ NO2
　0.01mg/L 　　0.05mg/L 　0.2mg/L 　0.4～0.6mg/L
2．呼吸作用变化植物受大气污染影响后一般表现呼吸强度增高，如用3×10－7Mol／L的HF气熏菜豆叶，8d时间几呼吸强度提高58％，12d后提高74％(与对照株相比)。菖蒲叶片呼吸作用增图8-12各种气体污染物对大麦、燕麦光合作用的抑制强是与含氟量有关，SO2、HF等不仅可促使暗呼吸增高，而且也有提高光呼吸的作用。但也发现污染物有降低呼吸作用的效应，这主要取决于对氧化过程的破坏程度，试验也证明O3能抑制线粒体的氧化磷酸化和呼吸作用。
3．过氧化物酶与乙烯的变化过氧化物酶是一种对各种逆境反应灵敏的氧化还原酶类，李振国等(1981)用SO2熏气试验证明，小麦经SO2熏气处理后，不论哪层叶片其过氧化物酶活性都有增高而且同功酶活性增加并有新的酶带产生，特别值得注意的是，过氧化物酶活性与伤害的产生有一定的相关性。例如发现第三叶酶活性增加幅度最大，而它的伤害最严重。再如，小麦孕期用3.1Mg／L SO2熏气4H，用剪刀将每张叶片剪成前后两半，分别检查伤害叶片所占百分比并测定其过氧化物酶活性(图8-13)，发现不论是旗叶还是旗叶下一叶，前半叶受害所占百分数都较后半叶大，过氧化物酶活性也表现出同样趋势。

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三)大气污染对植物的危害症状及机理
1．二氧化硫 SO2是我国当前最主要的大气污染物，排放量大，对植物的危害也比较严重。SO2是含硫的石油和煤燃烧时的产物之一，发电厂、有色金属冶炼厂、石油加工厂、硫酸厂等散发较多的SO2。0.05～10Mg／L的SO2浓度就能危害植物，SO2危害症状是：开始时叶片略微失去膨压，有暗绿色斑点。据研究发现，敏感植物在SO2浓度为0.05～0.5Mg／L时，经8H即受害；SO2浓度为1～4Mg／L时，经过3H即受害。不敏感的植物，则在2Mg／L时，经过8H受害；10Mg／L时，经30Min后受害。不同植物对SO2的敏感性相差很大(表8-6)。总的说来草本植物比木本植物敏感，木本植物中针叶树比阔叶树敏感，阔叶树中落叶的比常绿的抗性弱，
2．氟化物氟化物有氟化氢(HF)、四氟化硅(SIF4)、硅氟酸(H2SIF6)及氟气(F2)等，其中排放量最大、毒性最强的是HF。当HF的浓度为1～5μg／L时，较长时间接触即可使植物受害。大气氟污染的主要来源是炼铝厂和磷肥厂，因为氧化铝电解时所用的融剂冰晶石(3NAF·AlF3)含氟54％；制造磷肥的原料磷矿石，如3CA3(PO4)2·CAF2中含氟3%～4％，所以在生产过程中排放大量氟化氢。此外，由于釉子、陶土、萤石(CAF2)和氟硅酸钠(NASIF6)中含氟，利用这些物质作原料的陶瓷、搪瓷和玻璃厂都排放含氟废气。在使用含氟量高的铁矿石时，钢铁厂也会造成大面积的氟污染。
　　植物受氟化物气体危害时，出现的症状与受SO2危害的症状相似，叶尖、叶缘出现红棕色至黄褐色的坏死斑，受害叶组织与正常组织之间常形成一条暗色的带。未成熟叶片易受损害，枝梢常枯死。
3．氯气化工厂、农药厂、冶炼厂等在偶然情况下，会逸出大量氯气。氯气进入叶片后很快破坏叶绿素，产生褐色伤斑，严重时全叶漂白，枯卷甚至脱落。氯气对植物的毒性要比SO2大，在同样浓度下，氯气对植物危害程度大约是SO2的3～5倍。不同植物对氯气的相对敏感性是不同的(表8-8)。
　　在含氯气的环境中，植物叶片能吸收一部分氯气而使叶片中含氯量增加。但是，各种植物吸收氯气的能力是不同的，女贞、美人蕉、大叶黄杨等吸收能力强，叶中含氯量高达0.8％(占叶干重)以上，仍未出现受伤症状；而龙柏、海桐等吸氯能力差，叶中含氯量达干重的0.2％左右，即产生严重伤害。植物对氯气的抵抗能力和吸收能力并不一致，例如，龙柏对氯气的抗性强，而吸收能力差；美人蕉叶对氯气的抗性不太强，而吸收能力强。
4．光化学烟雾石油化工企业和汽车所排出的废气，是一种以一氧化氮和烯烃类为主的气体混合物。这些物质升到高空，在阳光(紫外线)的作用下，发生各种化学反应，形成臭氧(O3)、二氧化氮(NO2)、醛类(RCHO)、硝酸过氧化乙酰(PAN)等气态的有害物质，再与大气中的粒状污染物(如硫酸液滴、硝酸液滴等)，混合成浅蓝色的烟雾，这种烟雾的污染物主要是光化学作用形成的，故称为光化学烟雾。
　　在光化学烟雾中，臭氧是主要成分，所占比例最大，其次是PAN。这些污染物是氧化能力极强的物质，严重危害植物生长。在美国加利福尼亚州，由于汽车数量过多，雨量又少，光化学烟雾相当严重，使大片松林受害，针叶变黄或变褐，其中有30％完全枯死。农作物也受到惊人的损失，甜玉米减产72％，苜蓿减产38％，脐橙减产50％，柠檬减产30％。光化学烟雾在工业发达国家经常造成严重事故，我国已开始有这种迹象，值得警惕。

现分别介绍O3、NO2和PAN对植物的危害。
(1)臭氧大气O3浓度为0.1mg/L，延续2～3H，烟草、苜蓿、菠菜、三叶草、燕麦、萝卜、玉米和蚕豆等植物就会出现受害症状。植物受臭氧伤害的症状，一般出现于成熟叶片上，嫩叶不易出现症状，伤斑零星分布于全叶各部分。伤斑可分四种类型(同一植物出现一种或多种)：一是呈红棕色、紫红或褐色；二是叶表面变白，严重时扩展到叶背；三是叶片两面坏死，呈白色或桔红色；四是退绿，有黄斑。由于叶受害变色，逐渐出现叶弯曲，叶缘和叶尖干枯而脱落。
(2)二氧化氮(NO2) NO2在光化学烟雾中所占比例很小，对植物没有严重伤害。较高浓度的NO2污染主要发生在用高温燃烧大量煤和石油的地方，此外，氮肥和火药工业也产生大量NO2。最近发现，在聚乙烯料塑薄膜温室内，如果施肥过多，从土壤中散发出来的NO2能使作物受害。空气中的NO2浓度达到2～3Mg／L时，植物就受伤害，叶片开始褪色。蚕豆、番茄在低浓度(0．5Mg／L)的污染下，持续10～22d，不出现坏死现象，但植株鲜重和干重降低25％。高浓度的NO2可使植物产生急性危害，最初是叶表现出不规则水渍状伤害，后扩展到全叶，并产生不规则的白色至黄褐色小斑点。NO2伤害与光照有关，晴天所造成的伤害仅及阴天的一半，如NO2对蚕豆和黄瓜等的伤害浓度，在弱光下是25～30Mg／L持续2H，在强光是6Mg／L持续2H，这是因为NO2进入叶片后，与水形成亚硝酸和硝酸，酸度过高就会伤害组织。硝酸等在硝酸还原酶等作用下，会还原为氨，这些酶在光照下会提高活性，因此强光下NO2的危害就比弱光下轻得多。对NO2来说，蚕豆、黄瓜等是敏感植物，而石楠则是抗性很强的植物，100Mg／L持续1H也不会受害。
(3)硝酸过氧化乙酰(PAN) PNA是硝酸过氧酰基类的一种(属于这一类化合物的有硝酸过氧化丙酰、硝酸过氧化丁酰)，是主要的空气污染物之一。它是由氮的氧化物与烷类的裂解产物通过化学反应而形成的，所以是次生的空气污染。PAN有剧毒，空气中浓度只要在20Mg／L以上，就会伤害植物。伤害症状是：初期叶背呈银灰色或古铜色斑点，以后叶背凹陷、变皱、扭曲，呈半透明，严重时，叶片两面都坏死，先呈水渍状，干后变成白色或浅褐色的坏死带，横贯叶片。各种植物对PNA的敏感性差异很大，最敏感的如番茄，浓度为15～200μg／L延续4H，就会受害，而抗性强的玉米、秋海棠、棉花，当浓度为75～100μg／L延续2H，一般不会受害。二、水污染对植物的危害

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一)水体污染对植物的危害
随着工农业生产的发展和城镇人口的集中，含有各种污染物质的工业废水、生活污水和矿产污水，大量排入水系，造成水体污染。污染水体的污染物质种类相当多，如金属污染物质(汞、镉、铬、锌、镍和砷等)，有机污染物质(酚、氰、三氯乙醛、苯类化合物、醛类化合物、石油等)和非金属污染物质(硒、硼等)。我们平常所说的环境污染中的五毒是指酚、氰、汞、铬、砷，它们对植物危害的浓度分别是：酚50Mg／L，氰50Mg／L，汞0～4Mg／L，铬5～20Mg／L，砷4Mg／L。
酚会损伤细胞质膜，影响水分和矿质代谢，叶色变黄，根系变褐、腐烂，植株生长受抑制。氰化物对植物呼吸作用有抑制作用，控制植物体内多种金属酶的活性，植株矮小，分蘖少，根短稀疏，甚至停止生长，枯干死亡。汞可使光合作用下降，叶片黄化，分蘖受抑制，根系发育不良，植株变矮。铬可使水稻叶鞘出现紫褐色斑点，叶片内卷，退绿枯黄，根系细短而稀疏，分蘖受抑制，植株矮小，高浓度的铬不仅对植株直接产生毒害，而且间接影响对其他元素(钙、钾、镁、磷)的吸收。砷可使植物叶片变为绿褐色，叶柄基部出现褐色斑点，根系变黑，严重时植株枯萎。

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二)植物对水体污染的净化作用
　　水生植物中的水葫芦、浮萍、金鱼藻、黑藻等有吸收水中酚和氰化物的作用，也可吸收汞、铅、镉、砷。不过，对已积累金属污染物的水生植物，一定要慎重处理，不要再作药用、禽畜饲料和田间绿肥，以免引起污染物转移和积累，影响人畜健康。污染物被植物吸收后，有的分解为营养物质，有的形成络合物而降低毒性，所以植物具有解毒作用。酚进入植物体以后，很少以游离营状态存在，大部分参加糖代谢，与糖结合成酚糖苷，对植物无毒，贮存于细胞内；另一部分呈游离酚，会被多酚氧化酶和过氧化物酶氧化分解，变成CO2、H2O和其他无毒化合物，解除其毒性，生产上也证明，植物吸收酚后5～7d即可全部分解掉。氰化物在植物体内能分解转变为营养物质，进入植物体内的氰化物，首先与丝氨酸结合成腈丙氨酸，然后又逐步转化成天冬氨酸和天门冬酰胺，这些物质是植物细胞内正常代谢存在的代谢产物，参与正常的氮素代谢，仅有很少一部分氰以无机氰和有机氰形式存在。三、土壤污染对植物的危害
　　土壤污染主要来自水污染和大气污染。以污水灌溉农田，有毒物质会沉积于土壤；大气污染物受重力作用或随雨、雪落于地表渗入土壤内，这些途径都可造成土壤污染。施用某些残留量较高的化学农药，也会污染土壤。例如，六六六农药在土壤里分解95％，要6年半之久。
　　污水中造成土壤污染的有害物质主要有各种有害金属，如汞、铬、铅、锌、铜等；砷化物、氰化物等有害无机化合物；油类、酚类、醛类、胺类等有害的有机化合物、酸、碱和盐类等。
　　大气造成土壤污染的主要物质有汞、铅、镉、铬等金属，以及SO2等形成的“酸雨”对土壤的酸化作用和某些粉尘对土壤的碱化作用。
　　此外，工业废渣经过雨水冲刷，大量流入农田，也会恶化土壤。
这些污染物质在土壤中有三条转化途径：
1.被转化为无毒物质或营养物质。
2.停留在土壤中，引起土壤污染。
3.转移到生物体中，引起食物污染。四、植物监测和净化作用（一）植物对大气的监测作用
　　环境污染的监测是环境保护工作的重要环节。除了应用化学或仪器分析进行监测外，植物监测也是一个重要方面，尤其是对大气污染的监测。植物监测简便易行，便于推广，值得重视。一般都是选用对某一污染物质极为敏感的植物作为指示植物(或监测植物、污染警报植物)。当环境污染物质稍有积累，指示植物就呈现明显症状，植物的这种反应就叫污染的“信号”。人们利用这种“信号”来分析鉴别环境污染的状况，现列举用作不同污染的指示植物，供参考。

SO2：紫花苜蓿、芝麻、苔藓、棉花、土大黄、龙牙草、加拿大白杨、向日葵、胡萝卜、南瓜、马尾松、雪松。
氟化物：唐菖蒲、郁金香、雪松、苔藓、樱桃、杏、李。
氯：紫花苜蓿、波菜、萝卜、桃、荞麦、落叶松、多叶槭。
O3：烟草、马唐、花生、马铃薯、洋葱、萝卜、丁香、葡萄、牡丹。
NO2：悬铃木、向日葵、番茄、秋海棠、烟草。
PNA：繁缕、早熟禾、矮牵牛。
　　植物监测可以反应环境污染的总体水平，是环境质量评价的一个不可缺少的环节。由于利用植物监测环境污染还是一项新工作，加上受环境条件和植物本身的影响，所以监测时要对结果认真进行分析，以得出正确的结论。

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二)植物对大气的净化作用
　　从根本上说，大气对于地球上的一切生物都是不可缺少的。它和人类、动植物有着直接的关系。因此，不管什么途径造成的大气污染，都会严重影响人类健康及绿化植物和农作物的生长。而植物对大气则有净化作用，它是一种大气的生物净化器。
　　高等植物除了通过光合作用保证大气中氧气和二氧化碳的平衡外，对各种污染物有吸收、积累和代谢作用，以净化空气。例如：地衣、垂柳、臭椿、山楂、板栗、夹竹桃、丁香等吸收SO2能力较强，积累较多的硫化物；垂柳、拐枣、油茶具有较大的吸收氟化物的能力，体内含氟量很高，但生长正常；女贞、美人蕉、大叶黄杨等吸氯量高，叶片中含有较高的氯而不出现受伤症状。
　　大气污染除有毒气体以外，粉尘也是主要的污染物之一，每年全球粉尘量达1～3.7×106T。工厂排放的烟尘除了碳粒外，还有汞、镉等金属粉尘。植物，特别是树木对烟灰、粉尘有明显的阻挡、过滤和吸附作用。不同植物对粉尘的阻挡率是不一样的，例如，柏树为12.8％，洋槐为17.50％，白桦为10.59％，花椒为9.99％，松树为2.32％。森林对有害烟尘或粉尘具有很大的阻留作用，一年中每公顷的森林阻留灰尘的总量为：云杉为32T，松树34.4T，水青杠68T。据日本测定，每公顷槭树和橡树混交林，每年每公顷可阻留尘埃68T。根据我国研究，认为刺楸、榆树、朴树、重阳木、刺槐、臭椿、构树、悬铃木、女贞、泡桐等，都是比较好的防尘树种。总之，绿化植物的吸尘作用是肯定的，但吸尘效率与树种、林带的宽度和高度、绿地面积大小和种植密度等因素之间的关系，尚待深入研究。