摘 要:近年來,各行業(yè)在習近平生態(tài)文明思想指導下普遍加強了環(huán)境影響評價,為環(huán)境治理工作提供了有力支撐。當前,正值生態(tài)文明高質(zhì)量建設(shè)之際,應加強環(huán)境污染對植物葉的危害探究為其實踐提供依托?;诖耍瑢Νh(huán)境污染的類型與特點進行了概述,并在剖析環(huán)境污染對植物葉的危害與驗證方法的基礎(chǔ)上,提出了有利于促進其治理的對策。
關(guān)鍵詞:環(huán)境污染;植物葉;危害
中圖分類號:X503.23 文獻標志碼:B 文章編號:2095–3305(2024)10–00-03
保護環(huán)境是我國的基本國策,根據(jù)《“十四五”環(huán)境健康工作規(guī)劃》《“十四五”生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》等文件,新時期我國在頂層設(shè)計層面構(gòu)建了內(nèi)容完整的現(xiàn)代環(huán)境治理體系,并且通過實施生態(tài)文明體制改革,中央生態(tài)環(huán)境保護督察,推動以生態(tài)產(chǎn)品為主的“第四產(chǎn)業(yè)”發(fā)展等,為保護環(huán)境提供了科學理論與可行性實施方案[1-3]。在此背景下,探究環(huán)境污染對植物葉的危害,既有利于找出危害的成因,又能為其高質(zhì)量防治提供依據(jù)。這對生態(tài)文明高質(zhì)量建設(shè)具有重要意義。
1 環(huán)境污染概述
1.1 環(huán)境污染的類型
環(huán)境污染主要是指由人類活動對環(huán)境造成的破壞與污染,按照環(huán)境要素、屬性、人類活動、污染性質(zhì)來源,可以將其分為不同類型。(1)從屬性角度出發(fā),可以將環(huán)境污染劃分為顯性與隱性污染兩大類型。(2)按照環(huán)境要素構(gòu)成,可以進一步將其細分為大氣、水質(zhì)、土壤等污染。一是大氣污染。二氧化硫、氟化物以及二氧化氮等均為大氣中的污染物,它們能夠各自危害植物,但更多的是綜合作用,尤其是形成酸雨,會在較長時間內(nèi)顯著破壞陸地及森林生態(tài)系統(tǒng),弱化林木抵御侵染性及非侵染性病害的能力。二是水質(zhì)污染。在灌溉水的作用下,一定含量的鹽、堿等離子態(tài)物質(zhì)會進入土壤,進而增加土壤溶液滲透壓,并對作物根吸水產(chǎn)生影響。受到鹽害的侵蝕,較多作物會顯現(xiàn)出病害,如斑狀缺苗、生長矮小以及葉體失綠等。若存在重金屬污染,植物的不同器官均有較大風險累積重金屬,無論是在形態(tài)特征上還是在生長發(fā)育上,或者在產(chǎn)量上,均會呈現(xiàn)出相應的受害癥狀。三是土壤污染。當土壤中的污染物(無機物、有機農(nóng)藥、有機廢棄物、化學肥料、污泥、礦渣、粉煤灰、放射性物質(zhì)、寄生蟲、病原菌與病毒等)大于植物的耐受度之后,植物的吸收會受到很大影響,也會出現(xiàn)代謝失調(diào);而部分污染物殘留于植物體內(nèi),又會威脅植物生長發(fā)育,引發(fā)遺傳變異。(3)根據(jù)人類活動方式則可以分為工業(yè)環(huán)境污染、城市環(huán)境污染、農(nóng)業(yè)環(huán)境污染。(4)從污染性質(zhì)來源分類,一般包括化學、生物、物理、固體廢物、液體廢物、能源污染,以及陸地、海洋、空氣、水污染等[4-7]。
環(huán)境污染雖然在不同視角下類型不同,或者存在交叉的情況,但是本質(zhì)上都是由于污染物質(zhì)的濃度和毒性超出了環(huán)境自凈能力,使其質(zhì)量發(fā)生了根本性變化。
1.2 環(huán)境污染的特點
環(huán)境污染特點鮮明,集中表現(xiàn)在公害性、潛伏性、長久性方面。從時間分布性看,造成環(huán)境污染的污染物排放量與污染因素的強度會隨著時間的變化而發(fā)生顯著變化。例如,水體污染后,河流枯水期的污染物濃度與河流豐水期的污染物濃度不同;從空間分布看,在環(huán)境污染現(xiàn)象發(fā)生后,會在生態(tài)環(huán)境的循環(huán)作用下,通過土壤、氣體、水之間的循環(huán)而出現(xiàn)空間分布變化,例如通過降雨方式將大氣中的污染物或污染因素傳導至土壤中。由于環(huán)境污染與污染物含量之間存在密切關(guān)系,因此可以通過單獨作用、相加作用、相乘作用、拮抗作用等,使污染物或污染因素在空間進行動態(tài)變化,進而擴大其危害、延長其潛伏時間,以及增加治理難度等[8-11]。
2 環(huán)境污染對植物葉的危害
環(huán)境污染類型多、特點鮮明,對植物葉的危害廣泛。通過查閱文獻資料,與同行業(yè)開展技術(shù)交流,以及總結(jié)日常環(huán)境管理工作經(jīng)驗,確認大氣污染對植物葉的危害首當其沖,其中的硫化物、氯化物、氮化物影響尤其顯著。為了論述的清晰性,以下僅從二氧化硫(SO2)、氯氣(Cl2)、二氧化氮(NO2)三種氣體污染方面,對植物葉的危害進行具體分析。
2.1 以SO2對植物葉的危害為例
在我國大氣污染中,SO2屬于主要污染物或污染因素,不僅排放量大,還會對植物葉產(chǎn)生嚴重危害。一般而言,當SO2濃度為0.05~10.00 mg/L時,植物葉便會受到損傷,隨著時間的持續(xù),其危害程度會上升,癥狀表現(xiàn)如下:初期,葉片膨壓略有失去,植物葉出現(xiàn)斑點并表現(xiàn)為暗綠色;中期,植物葉褪去綠色,出現(xiàn)干枯現(xiàn)象;末期,植物葉壞死,并在葉片上布滿壞死斑點,甚至留下孔洞等[12-14]。
從危害機理方面來看,SO2被排放到大氣后,其經(jīng)過植物葉上的氣孔進入到葉片內(nèi)部,與其細胞壁中的水分發(fā)生了融溶,經(jīng)過化學反應后形成了HSO3-、SO32-及H+三種離子,反應式如下:
SO2+H2O→2 H2SO3→H++HSO3-(1)
HSO3-→H++SO32-(2)
在上述3種離子中,HSO3-、SO32-會對植物葉的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)造成直接破壞,H+可降低植物葉中的細胞pH值。在這種影響下,植物葉中的酶會逐漸失去活性,并通過產(chǎn)生的大量自由基(HSO3·、O2·和HO·)破壞植物葉中的細胞,從而使危害從初期向中期、末期逐步累加,直到造成植物葉死亡。
值得注意的是,不同植物的葉片對污染物或污染因素的敏感性存在差異。其敏感性排序從小到大依次為常綠樹、闊葉樹、針葉樹、木本植物、草本植物等。在常見可食用植物中,對其比較敏感的有月季、天竺葵、玫瑰、大波斯菊、胡蘿卜、菠菜、辣椒、小麥、大豆、蠶豆、芝麻等。
2.2 以Cl2對植物葉的危害為例
與SO2相比,Cl2對植物的危害更大,集中表現(xiàn)在毒性方面。例如,在濃度相同的條件下,Cl2對植物的危害程度通常是SO2危害的3~5倍,而且當Cl2在空氣中的體積分數(shù)上升到6×10-6時,植物葉將受到危害,具體表現(xiàn)為植物葉中的葉綠色被破壞,出現(xiàn)褐色傷斑。如果危害加重,則會出現(xiàn)植物葉全葉漂白的現(xiàn)象,最終導致整個葉片枯萎甚至脫落。
進一步追溯造成這種危害的成因發(fā)現(xiàn),在機理上與SO2相同,但是在影響因素方面存在顯著的差異。具體而言,當Cl2進入植物葉中后,其會與水發(fā)生化學反應并生成鹽酸(HCl)與次氯酸(HClO),進一步通過電離方式產(chǎn)生?;瘜W反應式如下:
Cl2+H2O→HCl+HClO(3)
HCl→H++Cl-(4)
HClO→H++ClO-(5)
由于會減弱細胞中的pH值和漂白的作用,對植物葉的代謝過程造成干擾,因此當Cl2進入植物葉后能夠通過其作用對植物葉造成危害。從敏感性方面看,胡蘿卜、大麥、向日葵、冬瓜、菜豆、番茄、蔥、韭菜、菠菜、白菜等可食用植物,均會在其影響下出現(xiàn)病害。
需要說明的是,該污染物或污染因素進入植物葉后形成的環(huán)境污染,只是在一定的程度上才會發(fā)生,當其含量較少時,植物葉會吸收其中部分元素并降低其危害。例如,大葉黃楊、美人蕉、女貞等,可以吸收約占葉干重量0.8%的含氯量。
2.3 以NO2對植物葉的危害為例
與前兩種大氣污染物或污染因素相比,NO2對植物葉的污染相對較輕,當其進入植物葉后,需要滿足一定的光照條件才會加重其危害(植物葉陰天遭受的危害是晴天的2倍)。一般情況下,當NO2濃度為2~3 mg/L時,便會對植物造成損傷,并引發(fā)葉片褪色現(xiàn)象[15]。
當前,NO2對植物葉的危害機理尚不清楚,但是通過對它的危害研究可以了解到,此類污染物或污染因素進入植物葉片后,可以與水生成亞硝酸與硝酸,此類酸經(jīng)還原酶作用能夠產(chǎn)生氨。其中,酸性對植物葉的代謝影響較大,阻礙其光合作用等。
在低濃度污染的情況下,番茄、蠶豆會在10~22 d
內(nèi)出現(xiàn)危害癥狀,但不會發(fā)生植物葉死亡。通過對其植物鮮重與干重的測量發(fā)現(xiàn),受到其危害的植物葉重量會減少,減少量約占植物總重量的1/4[16]。在高濃度污染情況下,同樣的植物葉會發(fā)生急性癥狀,植物葉片表面會出現(xiàn)不規(guī)則水漬狀損傷,并通過急性擴散方式蔓延至全葉片。就敏感性而言,黃瓜、蠶豆對NO2比較敏感,但是石楠卻對其具有一定的抗性,即使在
1 000 mg/L的濃度下,也可以保持1 h內(nèi)不受其危害。
3 環(huán)境污染對植物葉的危害驗證
3.1 驗證目的
環(huán)境污染對植物葉的危害與否,除了分析危害癥狀與危害機理,還可以借助實驗驗證的方法對其進行驗證,以便讓研究人員及社會公眾等對其產(chǎn)生科學認知,進而增強保護環(huán)境的意識。因此,在新時期習近平生態(tài)文明思想指導下,驗證環(huán)境污染對植物葉的危害的目的,更應集中在知識傳播、責任意識培養(yǎng)方面。
3.2 驗證方法
從實驗驗證方法來看,操作者需要在實驗目的導向下嚴格按照“實驗方案設(shè)計→實驗儀器與材料準備→實驗方法確認→實驗操作→數(shù)據(jù)記錄→制作實驗報告”等標準流程進行實踐。SO2、Cl2、NO2對植物葉存在不同程度的危害,危害癥狀與危害機理存在顯著的差異。但是,在實驗驗證方面,可以采用相同的實驗步驟對三種氣體的危害進行測定。
例如,準備好黃瓜葉、菠菜葉、大豆幼葉,以及實驗所需的針頭、橡皮塞、錐形瓶后,操作者可以取其中的葉片,將其置于錐形瓶A、B中,然后用塞子塞住瓶口,再使用針頭將準備好的SO2、Cl2、NO2注入A瓶中,通過對比觀察植物葉的變化是否與上述分析相一致。通常情況下,可以使用黃瓜葉檢測NO2產(chǎn)生的危害、用菠菜葉檢測Cl2產(chǎn)生的危害,用大豆幼葉檢測SO2產(chǎn)生的危害等。
4 環(huán)境污染對植物葉的危害防治對策
4.1 系統(tǒng)性防治對策
環(huán)境污染對植物葉的危害不可小覷。當前,針對環(huán)境污染對植物葉的危害應以預防為主,可采用系統(tǒng)性防治對策[17]。例如,列舉出對植物葉產(chǎn)生危害的環(huán)境污染類型,突出其中的污染物或污染因素。然后,收集此類污染物或影響因素的完整資料,選擇適配性較高的層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)對其開展評價,確定層次總排序后,再結(jié)合排序結(jié)果制定與之匹配的系統(tǒng)性防治方案。層次分析法中的AHP模型具體如圖1所示。
4.2 專項化防治對策
為了確保防治方案的有效實施,可以在系統(tǒng)性防治對策的基礎(chǔ)上,采取專項化防治對策。一方面,設(shè)置針對具體污染物或污染因素的專項化防治小組;另一方面,通過任務(wù)分解法,分解出現(xiàn)場踏勘、防治管理制度規(guī)范條例精細化處理、權(quán)責機制分層落實、防治管理要素清單制作、防治管理指標體系建設(shè)、專項防治小組技術(shù)培訓、現(xiàn)場采樣、實驗室測定、制定專項防治措施、具體實施等基本任務(wù)。隨后,按部就班地完成環(huán)境污染對植物的危害防治。
需要注意的是,專項化防治是具體的防治措施,涉及人員、技術(shù)、設(shè)備、環(huán)境、法律、資金、管理等資源的優(yōu)化配置,實踐主體應突出該方面的重要性,并在保障資源優(yōu)化配置的前提下,有效落實專項化防治措施。
圖1" AHP模型
5 結(jié)束語
環(huán)境是人類賴以生存的前提條件,人類活動對環(huán)境造成污染后會對植物葉片產(chǎn)生不同程度的危害。此類危害類型眾多、連鎖性較強,因此在新時期防治此類危害時,遵循“思路決定出路”的基本原則。一方面,選擇合適的實驗方案對其危害進行驗證;另一方面,結(jié)合實驗結(jié)果制定系統(tǒng)性防治和專項化防治對策,進而在實現(xiàn)環(huán)境治理的前提下從根本上防范其產(chǎn)生的危害,為保護環(huán)境貢獻力量。
參考文獻
[1] 曹晶瀟,陸素芬,韋巖松,等.鉛鎘污染礦區(qū)優(yōu)勢植物葉表型變異分析及綜合評價[J].生物學雜志,2021,38(3):88-93.
[2] 李弘毅,張興,曲彥婷,等.蘇州市10種行道樹植物葉經(jīng)濟譜性狀對土壤重金屬污染的響應[J].中國城市林業(yè),2023, 21(3):7-16.
[3] 周之棟,徐建華.公路沿線不同植物葉際微生物群落結(jié)構(gòu)及重金屬污染比較[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學,2021,49(18):215-221.
[4] 庫文珍,董萌,彭曉赟,等.益陽市主要行道樹葉片重金屬富集狀況及污染評價[J].湖南城市學院學報(自然科學版),2022,31(1):56-61.
[5] 周士鈞,叢嶺,劉瑩,等.人工降雨對濕地植物葉表面顆粒物滯留的影響[J].生態(tài)學報,2021,41(18):7312-7321.
[6] 劉宇,張銀龍.植物葉面吸附與吸收PM2.5等顆粒物中重金屬研究進展[J].世界林業(yè)研究,2022,35(4):8-13.
[7] 周索,龐發(fā)虎,王坦,等.南陽市環(huán)境污染對植物抗氧化系統(tǒng)酶活性的影響[J].鄭州師范教育,2015,4(6):25-28.
[8] 陳珺,艾博藝,劉勇,等.泰興市不同行道樹葉經(jīng)濟譜性狀對土壤重金屬的響應[J].黑龍江科學,2023,14(22):1-5.
[9] 羅衛(wèi).三種常綠灌木對主要大氣污染物的響應研究及園林常用樹種污染耐受能力評估和預期表現(xiàn)預測[D].上海:上海應用技術(shù)大學,2023.
[10] 李娟霞,何靖,孫一梅,等.10種園林植物功能性狀對大氣污染的生理生態(tài)響應[J].生態(tài)環(huán)境學報,2020,29(6): 1205-1214.
[11] 朱濟友,徐程揚,覃國銘,等.3種典型綠化植物葉功能性狀對大氣污染的響應及其葉經(jīng)濟譜分析:以北京市為例[J].中南林業(yè)科技大學學報,2019,39(3):91-98.
[12] 鐘玉婷,張瑛,趙冰.6種丁香屬植物滯塵能力評價及葉表微形態(tài)學解釋[J].浙江農(nóng)林大學學報,2022,39(5):1052-1058.
[13] 胡羨聰,張德強,孔國輝,等.大氣SO2、氟化物對植物生理生態(tài)指標的影響[J].熱帶亞熱帶植物學報,2003(4):372 -378.
[14] 李明桃.大氣中SO2氣體污染物對植物的危害與影響[J].農(nóng)業(yè)災害研究,2013,3(9):28-31.
[15] 陳偉光,黃芳芳,溫小瑩,等.大氣SO2和NO2污染及植物的抗性和凈化能力研究進展[J].林業(yè)與環(huán)境科學,2017, 33(4):123-129.
[16] 賴小紅,王海洋,鐘雨航,等.人工控制條件下9種園林植物葉功能性狀對短期NO2污染的響應[J].生態(tài)學報, 2019,39(21):8058-8067.
[17] 孔佑莎,許洪揚,黃鑫浩,等.Pb脅迫下大葉女貞葉片性狀與光合效率的關(guān)系[J].生態(tài)學雜志,2022,41(10):1881-1886.
收稿日期:2024-07-07
作者簡介:蘇建紅(1987—),男,甘肅白銀人,講師,研究方向為植物病理學。