大气污染对农业的影响

大气污染对农业的影响




大气污染对农业生态环境的影响和危害是人们极为关注的问题，已成为工业“三废”之首。各种形式的大气污染达到一定程度时，直接影响农作物、果树、蔬菜、饲料作物、绿化作物的正常生长；畜禽因摄入含污染物过多的饲料后，致病或死亡，导致农业生产的经济损失。大气污染物进入农业环境后，不仅直接影响农业生产，进入农用水域、土壤的污染物又间接危害植物、动物及微生物的生长。

（一）大气对植物的影响
植物容易受大气污染危害，首先是因为它们有庞大的叶面积同空气接触并进行活跃的气体交换。其次，植物不象高等动物那样具有循环系统，可以缓冲外界的影响，为细胞提供比较稳定的内环境。第三，植物一般是固定不变的，不象动物可以避开污染。
大气污染对植物造成的危害一般分为可见危害和不可见危害两种情况，可见危害是肉眼可以明显判断的危害，植物有明显的症状表现，根据症状出现的快慢，又分急性危害、慢怀危害和混合危害三种情况。
急性危害是污染物浓度高，接触时间短，1至3天或更短的时间，植株亦出现症状的情况，浓度往往在PPm级，一般毒性较强的气体污染物在特殊气象条件下，如湿度高，气流停滞，风向适宜，气温高时，容易很快表现症状。失绿、组织坏死是常见的症状。因此变化较快，伤害较重，往往易于发现。
慢性危害在污染物浓度较低的情况下，如PPm至PPhm浓度，经长时间接触（几十天）后，植物表现生育不良，生长不够茂盛，轻度失绿，色泽较淡等，能导致一定程度减产，因此症状不明显，且发展缓慢，往往不被人们注意。
混合危害是急性、慢性症状兼而有之，常是在低浓度、长时间接触，表现慢性危害的基础上，又发生高浓度、短时间的急性危害所致。
除上述可见危害外，不可见危害亦称隐性危害或生理危害，一般在污染物浓度特别低时，污染物对植物的重理生化过程产生一定影响，但其影响程度未达到叶部表现症状的水平，仅对生育有一定抑制，对产量仅有轻微影响，一般常被忽视，甚至认为不存在危害。

（二）主要大气污染物对植物的影响
大气污染物中对植物影响较大的是二氧化硫、氟化物、臭氧和乙烯；氮氧化物也会伤害植物，但毒性较小；氯、氨和氯化氢等虽会对植物产生毒害，但一般是由于事故性泄漏引起的，为害范围不大。
1. 二氧化硫对植物的影响
二氧化硫是对农业危害最广泛的空气污染物。
二氧化硫自古以来作为植物“烟斑”的原因物质对植物产生危害。典型的二氧化硫伤害症状是出现在植物叶片的叶脉间的伤

斑，伤斑由漂白引起失绿，逐渐呈棕色坏死。伤斑的形状为不规则的点状、条状或块状坏死区，坏死区和健康组织之间的界限比较分明。二氧化硫危害水稻时，如浓度较高，则表现急性危害，叶片变成淡绿色或灰绿色，上面有小白斑，随后全叶变白，叶尖卷曲萎蔫，茎杆稻粒也变白，形成枯熟，甚至全株死亡。如浓度较低则表现慢性危害，叶片伤斑呈褐色条状，似擦伤状，叶尖褐色，但不卷曲，谷粒失去固有金黄色而略呈褐色。二氧化硫对水稻的危害，以幼穗形成期至无花期严重。
小麦受二氧化硫危害后，叶片症状与水稻相似，典型症状是麦芒变成白色。因此白麦芒可以作为鉴定有微量二氧化硫存在的标志，是一种极好的自动报警材料。
蔬菜由二氧化硫危害的症状主要发生在叶片上，其它器官很少发生，叶片受害后呈现的颜色，因蔬菜种类而异：叶片上出现白斑或黄白斑的有萝卜、白菜、菠菜、番茄、葱、辣椒和黄瓜；出现褐斑的有茄子、胡萝卜、马铃薯、南瓜和甘薯；出现黑斑的有蚕豆。
果树受二氧化硫危害时，叶片多呈白色或褐色。梨树先是叶尖、叶绿或叶脉间褪绿，逐渐变成褐色，二三天后出现黑褐色斑点。葡萄在叶片的中央部分出现赤褐色斑。桃树则在叶脉间褪成灰白色或黄白色，并落叶。柑桔在叶脉间的中央部分出现黄褐色斑点，同时叶片皱褶。
由于植物本身特性的差异，各种植物对二氧化硫的敏感程度不同。国外研究报导，几种主要农作物的抗性指标为（在二氧化硫浓度为1.25PPm的环境中处理1小时出现受害症状的抗性指数为1.0）：大麦1.0，棉花1.0，萝卜1.2，紫苜蓿1.0，甘薯1.2，大豆1.5，小麦1.5，茄子1.7，苹果1.8，豇豆1.9，葡萄2.2－2.3，桃2.3，马铃薯3.0，玉米4.0，柑桔6.5－6.9，玉米花丝和花穗21.0。此外，同一株植物的不同生育阶段对二氧化硫的敏感程度不同，幼苗期和抽穗开花期比较敏感。
2. 氟化物对植物的影响
大气中的氟污染主要为氟化氢（HF）。它的排放量比二氧化硫小，影响范围也小些，一般只在污染源周围地区，但它对植物的毒害很强，比二氧化硫还要大10－100倍。空气中含PPb级浓度时，接触几个星期就可使敏感植物受害。氟化氢还具有能在生物体内积累的特点。氟化氢危害植物的症状与二氧化硫不同：伤斑首先在嫩叶、幼芽上发生；叶上伤斑的部位主要是叶的尖端和边缘，而不是在叶脉间；伤斑由油渍状发展至黄白色，进而呈褐色斑块，在被害组织与正常组织交界处，呈现稍浓的褐色或近红色条带，有的植物表现大量落叶。
和二氧化硫一样，各种植物对氟化物的反应有很大差异：
① 唐菖蒲、葡萄

、甘薯、水稻、桃、松树嫩叶等最为敏感，在大气浓度5PPb以下，接触7－9天即可产生伤害症状；
② 番茄、烟草、棉花、黄瓜、大豆、茄子、柑桔等抗性较强，10PPm接触7－9天以上的剂量才产生症状；
③ 桑、玉米、大小麦、紫苜蓿、菠菜则介于二者之间，具有一定抗性，它们产生伤害的剂量，是10PPb左右接触7－9天。
一些植物对氟化物的反应，已被用作大气监测的材料，唐菖蒲在国内外广泛用作监测氟化物浓度的指示植物。
氟化氢对植物的危害，和二氧化硫一样，因品种、生长发育阶段和环境条件等各种因素而异，有一点不同的，就是硫是植物必须的大量元素，而氟不是植物必须的营养元素，植物受氟化物危害时，常在未表达现症状的程度时，体内就积累较多氟化物，所以可从植物的含氟量诊断植物的氟污染情况。
一般植物叶片含氟5－25PPm，氟化物污染区的植物叶片中含氟量明显提高。茶叶的含氟量比一般植物高，茶树有积累氟的特性，叶片含氟一般在数十至一二百毫克/千克，甚至达1000毫克/千克时才表现症状，这些氟化物是从根部吸收的，所以低氟地区可饮茶补充氟的不足。
3. 氧化烟雾对植物的影响
氧化烟雾是包括臭氧（O3）、氮氧化物（Nox）、醛类（RCHO）和过氧乙烯基硝酸酯（RAN）等具有强氧化力的大气污染物的总称，又称为光化学烟雾。氧化烟雾中含有90%的臭氧，它是主要的危害因素，还有10%左右的氮氧化物和约0.6%的过氧乙酰基硝酸酯类。
（1）臭氧：植物受臭氧危害时，症状一般仅在成叶上发生，嫩叶不易发现可见症状。伤斑分布在全叶的各部分，一个个不连成片，班点的大小因植物的种类和受害轻重程度而异。通常损伤可以分三种类型（有时只出现一种，有时会同时出现二三种）。一是退绿，呈现杂色斑点，斑点很小，直径小于1毫米，一般限于叶的上表皮；二是漂白，叶子上表皮变成白色或黄褐色，谷类和番茄叶背常变白；三是当叶的海绵组织也受到危害时，斑点透过叶片组织，斑点直径大于1毫米，叶片发生黄化，甚至退成白色，小叶脉枯死，主脉保持绿色，叶肉组织坏死后形成网状。
臭氧主要侵害靠近叶片上表面的栅栏组织细胞，严重时才侵害下层的海绵组织。臭氧危害植物的浓度与植物的敏感性有很大关系。空气里臭氧浓度在0.3PPm时，只要2小时就可以使敏感的小麦、大麦、玉米、菜豆、菠菜、烟草、紫花苜蓿和番茄遭受伤害。臭氧浓度超过0.3PPm的时候，二小时也可使有点抗性的萝卜、胡萝卜和莴苣受伤。抗性比较强的作物如甜菜、黄瓜、棉花和洋葱等，多数在0.4PPm以上经过二小时后才会受害。
（2）过

氧乙酰基硝酸酯：植物受过氧乙酰基硝酸酯危害的症状很特殊，对双子叶植物如豆类、番茄等，开始的时候叶片外表象涂了油和蜡似的发出光泽，叶背面呈现银灰色的光亮，有时可以是青铜色，受害严重的变成褐色。伤害出现的部位，幼龄叶在叶尖，壮龄叶横跨叶片中部，老叶达叶基部。往往由于伤带四周的健康组织还在生长，因此形成伤带区域下陷。对单子叶植物如谷类作物，也能在叶片上形成横贯的损伤带，从几毫米到二厘米宽不等。伤带表现退绿而没有釉光。受害严重叶肉遭到破坏而解体。
过氧乙酰基硝酸酯对植物的毒性很强，在比臭氧低一个数量级的浓度时，就对植物造成危害。它与臭氧一样具有强氧化性，不同的是它以危害叶肉的海绵组织为主，受害叶从叶背面海绵组织开始坏死，而留下表皮细胞或栅栏组织，叶片中间形成空隙，从外观看呈现银灰色或青铜形。
植物对过氧乙酰基硝酸酯的敏感性，种间有很大差异，敏感模特有菜豆、矮牵牛、番茄、莴苣、芥菜等；抗性较强的有玉米、棉花、黄瓜、洋葱、萝卜、杜鹃、秋海棠等；中等的有苜蓿、大麦、甜菜、胡萝卜、大豆、菠菜、烟草、小麦等。1PPm将豆类植物处理半小时即能造成危害，0.014PPm处理牵牛花四小时出现受害症状，危害植物的一般剂量是0.05PPm暴露8小时。
（3）氮氧化物：作为大气污染物主要是二氧化氮、一氧化氮和硝酸雾，而以二氧化氮为主，主要来源是汽车排气。二氧化氮危害植物的症状，与二氧化硫、臭氧相似，在叶脉间、叶缘出现不规则水渍状伤害，逐渐坏死，变成白色、黄色或褐色斑点。二氧化氮毒性弱，一般无急性危害。蕃茄是敏感植物，也需要2－3PPm以上浓度才表现受害状。大豆、甘薯、芝麻、菠菜、蔷薇、草莓、樱、枫、茄子是敏感植物；中等敏感植物有菜豆、韭菜、荞麦、唐菖蒲、牵牛花、利、栗；有抗性的植物为黄瓜、西瓜、水稻、玉米、杉、柿、葡萄、红松。
4. 氯气
大气中一般情况下氯气浓度很低，对植物的毒性也不强，很少对植物产生明显危害。只在化工厂、电化厂、制药厂、农药厂、玻璃厂、冶炼厂、自来水净化工厂等企业偶然事故时，才有多量氯气逸散，使植物受急性危害。
氯气进入植物组织后，与水作用生成次氯酸，它是强氧化剂，有较大破坏作用，其毒性虽不及氟化氢强烈，但较二氧化硫强2－4倍。氯气的急性危害症状与二氧化硫症状相似，伤斑主要在叶脉间出现，呈不规则的点状或块状，受伤组织与健康组织间无明显分界是其特点，同一叶上常常相间分布着不同程度的受害伤斑或失绿黄化，有时呈现一片模糊。
各

种植物对氯气的抗性不一，敏感植物有白菜、菠菜、韭菜、葱、番茄、菜豆、大白菜、洋葱、冬瓜、向日葵、芝麻、大麦、水杉、枫杨；抗性中等的植物有甘薯、水稻、棉花、玉米、高梁、西瓜、马铃薯、茄子、辣椒、女贞、板栗、石榴、月委、玉米；抗性强的植物有枇杷、山桃、无花果。植物的不同叶片对氯气的敏感程度不同，与二氧化硫相似，以成熟的充分展开叶片最易受害，老叶次之，幼嫩叶不易受害，急性危害后，尖端的芽叶仍能继续生长，这与氟化物危害不同。
5. 其它气体
（1）乙烯：乙烯是链式碳氢化合物的代表，它对人体一般无太大的影响，但对植物影响十分强烈。乙烯的一个十分突出的特点，是它同时是植物的内源激素之一，植物本身能产生微量乙烯，控制、调节生长发育过程。当环境大气中乙烯浓度超过一定水平时，就会干扰植物的正常发育，引起许多植物生长异常，落花落果，造成损失。乙烯对植物的毒性属于A级，在PPb级时就产生影响。
乙烯危害植物的症状较为特殊，主要表现在上偏生长（偏上反应）、器官脱落、抑制生长发育、繁殖器官异常、促进叶片和果实失绿变黄等方面。偏上反应是上下两面的生长速度发生改变，叶柄的上面生长比下面快，结果使叶片下垂。一般是幼嫩叶易发生偏上反应，老叶反应不敏感。引起偏上反应的浓度，在植物种间和品种间有很大差异，一般为0.05－1.0PPm。
器官脱落是乙烯危害的常见症状之一，叶片、花芮、花、果实均能发生脱落。乙烯对棉花、芝麻、番茄、匣子、尖辣椒、四季海棠、美人蕉、凤仙花常造成很大影响。芝麻对乙烯很敏感，接触乙烯引起花芮脱落，脱落结束后，上部又恢复正常，开花结实，所以，可以芝麻茎杆上结果的情况，大体推测受乙烯污染的时期及浓度范围。油菜也有类似现象。乙烯还能使一些植物的繁殖器官发生异常反应，最早观察到的反应，是1PPm乙烯使香石竹花朵关闭，中国石竹、紫花苜蓿和夹竹桃都观察到这种“闭花”反应。另外，早菊花朵畸形、花瓣参差不齐；豌豆的花芮发生脱水凋萎；棉花萼片出现张开现象；西瓜、桃子产生畸形果和开裂果等现象也都是乙烯引起的。
乙烯还能促进植物叶片和果实失绿变黄。乙烯对果实的催熟着色作用最早在柠檬上发现，对番茄、香蕉、苹果、菠萝、柿子等很多果实均有这种作用。
乙烯使植物产生各种形态的异常反应是诊断乙烯污染的有价值的材料，有助于区别其它污染物的伤害。
乙烯使植物产生反应的浓度，一般认为是0.01－0.1PPm，引起达到最大反应的一半时，所需浓度是0.1－1.0PPm，饱和反应浓

度为1－10PPm，植物发生急性伤害的阈值浓度为0.05－1.0PPm。植物对乙烯的敏感性有很大差别，芝麻、棉花等属于敏感植物，而水稻、小麦、玉米、高梁及叶菜类、葱等则不敏感。
（2）氨：氨的比重小于空气，在化工、制药、食品、制冷、合成氨等工业，常有排放或逸出，氨水的运输、贮存、田间施用过程中均有氨挥发，因其毒性较小，一般情况下不致大面积危害植物，而在工业的事故发生时，可能有大量挥发，造成较大伤害。
在高浓度氨气影响下，植物叶片发生急性伤害，叶肉组织崩溃，叶绿素分解，造成脉间点状、块状黑色伤斑，有时沿叶脉产生条状伤斑，并向叶脉浸润扩散，伤斑与正常组织间多数界限分明。氨的毒性主要是游离的碱性危害。水稻在田间受氨熏后，常表现白色条纹状伤害，叶尖开始烧灼状卷曲。植物叶片受氨危害后，也是成熟叶首先表现症状，老叶及幼嫩叶在较严重时才有伤斑。
植物种类间的差异，表现也很明显，以150PPm氨在田间薰蒸2小时，棉花2%叶片受害，而洋葱未见症状。在田间条件下，施用氨水时，在氨水稀释操作处理或存放处的下风向，常造成明显的局部烧伤，虽然氨的扩散较远，但因毒性较弱，在此情况下不致造成大面积危害。
一般发生氨伤害的接触量是10PPm接触数小时，浓度高时，极短时间的接触就能造成明显伤害。在低浓度下，植物能吸收部分氨作氮营养源，使叶片含氮量和含蛋白质增高。
（3）氯化氢：氯化氢对植物的毒性远比氟化氢为弱，也没有氯气的强氧化力毒性，而主要是盐酸的酸性作用。氯化氢在空气中形成盐酸雾，使植物叶片背面变成半透明状，与过氧乙酰基硝酸酯症状相似。因它的毒性不强，一般在10PPm接触数小时才产生症状。大城市和工矿区的酸雨，除由于硫酸、硝酸存在外，也有盐酸成分，但并非主要原因。
6. 煤烟粉尘和金属飘尘
煤烟粉尘是空气中粉尘的主要成分。工矿企业密集的烟囱和分散在千家万户的炉灶是煤烟粉尘的主要来源。烟尘中大于10微米的煤粒称为降尘，它常在污染源附近降落，在各种作物的嫩叶、新梢、果实等柔嫩组织上形成污斑。叶片上的降尘能影响光合作用和呼吸作用正常进行，引起退色，生长不良，甚至死亡。果实在早期受害，被害部分木栓化，果皮粗糙，质量降低；在成熟期受害，则受害部分易腐烂。
金属飘尘是粉尘粒径小于10微米的颗粒，其中相当大一部分极其微小，甚至比细菌（0.8微米）还小，人们的肉眼是看不见的。飘尘能长时间飘浮在空气里。金属飘尘对农作物和农田土壤的污染，主要是下降到地面的部分危害性大。如镉是低佛点

元素，冶炼中很容易挥发进入大气，造成对农业的污染，炼锌厂的废气中含镉，在离炼锌厂0.5公里的农田，仅经六个月的废气污染后，其表土中含镉量由0.7毫克/公斤增加到6.2毫克/公斤。随着工业的发展，排入空气的金属逐渐增加，如铅、铬、镉、镍、锰、砷、汞等以飘尘形式污染空气。它们的毒性很大，对人类健康的危害，已超过农药和二氧化硫。土壤含镉太高，就会使农作物受害，土壤含镉达4－5毫克/公斤时，大豆、菠菜产量会下降25%。吃了这种豆、菜，人畜体内会加大镉的积累量，影响人畜健康。
7. 复合污染
大气污染时，实际上常常是二种或二种以上的污染物同时作用，造成对植物的伤害。例如，在工业区周围常被二氧化硫污染，由于汽车排气，又掺杂了氧化烟雾的污染；排放氟化氢的企业，往往有大量二氧化硫排出，同一工厂排出的废气中，也往往含有二种以上的大气污染物。由二种或多种污染物造成的危害称为复合污染，复合污染是经常发生的。污染物间相互作用，对植物造成危害的总效果有几种情况：增放作用或相乘作用是指两种污染同时存在时造成的危害，超过各种污染物单独存在时的总和，即二乘四等于八，而不是二加四等于六；如造成的危害为各种污染物之和，则称为相加作用；各种污染物还有相减作用，即有相互抵消，减轻危害的作用。如二氧化硫和氟化氢或氧乙酰基硝酸酯常表现相加作用，二氧化硫与甲醛间有相乘作用，在氯化氢和氨同时存在时，发生中和作用，生成氯化铵烟尘，从而对植物的毒性在一定程度上得以抵消。在植物的症状表现上，复合污染导致更为复杂的表现。