大气污染及生物防治.ppt

《大气污染及生物防治.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气污染及生物防治.ppt（110页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、大气污染及生物防治,第一节 大气污染概述 第二节 全球变暖 第三节 酸雨 第四节 臭氧层空洞 第五节 大气污染的生物防治,第一节 大气污染概述,1 大气污染的概念 2 大气污染的来源 3 大气中主要污染物及其危害 4 我国大气污染现状,1 大气污染的概念,大气污染是指大气中污染物浓度达到有害程度，超过了环境质量标准的现象。凡是能使空气质量变坏的物质都是大气污染物。 大气污染物按其存在状态可分为两大类。一种是气溶胶状态污染物，另一种是气体状态污染物。 气溶胶状态污染物主要有粉尘、烟液滴、雾、降尘、飘尘、悬浮物等。 气体状态污染物主要有以二氧化硫为主的硫氧化合物，以二氧化氮为主的氮氧化合物，以二氧

2、化碳为主的碳氧化合物以及碳、氢结合的碳氢化合物。,2 大气污染的来源,大气污染指有害物质排入大气，破坏生态系统和人类正常生活条件，对人和物造成危害的现象。有自然因素和人为因素两种。 自然因素：火山爆发、地震、森林火灾等； 人为因素：工业废气、生活燃煤、汽车尾气、核爆炸等。 大气污染主要以人为因素为主，尤其是工业生产和交通运输所造成的，因而在工业区和城市中污染特别严重。,3 大气中主要污染物及其危害,大气中主要污染物有颗粒物、二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、氟氯烃等。 颗粒物是人体健康的大敌，尤其是直径在0.5-5um之间的飘尘对人的危害最大。0.5um到5um的飘尘可以直接到达肺细胞

3、而沉积，并可能进入血液往全身流动，其危害后果相当严重。 二氧化碳对人体虽无直接危害，但空气中二氧化碳含量过高会引起气温上升，它将对人类生存环境产生各种各样的影响。 二氧化硫对人体的影响主要是其刺激性。经常接触低浓度二氧化硫的人会有乏力、疲倦、咽喉炎、支气管炎等症状。而且二氧化硫往往与水气结合变成硫酸烟雾，导致酸雨的产生。,氮氧化物和臭氧在阳光作用下与其他污染物反应，形成光学烟雾，对人体危害很大。氮氧化物也算是酸雨形成的原因之一。 为确定某地区空气质量以及空气中污染物的对人体产生的影响，我国用空气污染指数划分质量等级来进行空气质量报告。按照污染指数划分的空气质量等级及可能对人体健康产生的影响见下

4、表。,4 我国大气污染现状,中国城市化和工业化的快速发展与能源消耗的迅速增加,给中国城市带来了很多空气污染问题。 根据2004年环境状况公报,总悬浮颗粒物(TSP) 或可吸入颗粒物(PM10) 是影响城市空气质量的主要污染物, 部分地区二氧化硫污染较重, 少数大城市氮氧化物浓度较高。在调查的341个城市中, 64%的城市总悬浮颗粒物平均浓度超过国家空气质量二级标准, 其中101个城市颗粒物平均浓度超过三级标准, 占29.2%。,2004年10以个典型城市城区空气质量为研究对象, 研究不同城市城区大气污染状况,选择的10个城市中影响空气环境质量的首要污染物都是可吸入颗粒物PM10 , 其中北京、

5、武汉等六个城市的PM10年均浓度值均超过国家二级标准, 只有厦门市的PM10浓度较低为0.062mg/m3, 但仍未达到国家一级标准。,研究的10个城市中北京和广州的NO2 年均浓度最高, 均超过0.07mg/m3。重庆、乌鲁木齐、南京、武汉的NO2 浓度也较高。只有厦门和昆明的NO2 浓度值达到空气质量优良的标准。,燃煤是形成我国大气污染的根本原因。我国能源结构中煤炭占76.12%。2000年, 全国工业废气排放总量138.145108 立方米, 其中燃料燃烧废气占59.3%, 生产工艺废气占40.7%。 新兴城市和小城市大气污染也日益严重。由于前几年一些小城市和新兴城市, 在追求经济增长速

6、度的同时, 没有把环境保护放在同等重要的地位。搞粗放经营, 浪费资源, 耗能过大, 污染严重。尤其是二氧化硫和悬浮颗粒物严重超标, 甚至出现了酸雨情况。 随着城市机动车辆的迅猛增加, 我国一些大城市的大气污染正在由煤烟型向汽车尾气型转变。有资料报道, 我国多数大城市中, 机动车排放造成的污染已占城市大气污染的60%以上。 我国城市大气污染还具有北方比南方严重; 冬季重于夏季; 产煤区重于非产煤区的特点。,第二节 全球变暖,1 过去全球气温的变化 2 导致气温变化的原因 3 未来全球气温变化预测 4 全球变暖的影响 5 防治对策,1 过去全球气温的变化,气候系统变暖是毋庸置疑的，目前从全球平均温

7、度和海洋温度升高，大范围积雪和冰融化，全球平均海平面上升的观测中可以看出气候系统变暖是明显的。 温度的升高。更新的近100全球地表温度的线性趋势为0.740.18(1906-2005年)，大于TAR时给出的0.6 0.2(1901-2000)。近50年的变暖率几乎是近100年的两倍。 冰雪面积的减少。根据卫星观测，自1978年以来，北冰洋年平均海冰范围以每十年大约2.70.6%的速度在缩小。 海平面的上升。1961年至2003年期间,全球平均海平面上升的平均速度根据验潮仪资料估计为1.80.5毫米/年，从1993至2003年，海平面上升全球平均速度为3.10.7毫米/年。,2 导致气温变化的原

8、因,大气中温室气体和气溶胶的浓度、地表覆盖率和太阳辐射的变化改变了气候系统的能量平衡，从而成为气候变化的驱动因子。由于这些因子导致能量平衡产生正或负的变化用辐射强迫表示，辐射强迫用于比较对全球气候产生的变暖或变冷影响。 第一，太阳辐射。太阳辐射是地球大气系统最重要的能量来源，它从根本上决定着地球大气的热状况。自1750年以来太阳辐照的变化估计造成了小的辐射强迫，辐射强迫值为+0.12+0.06至+0.30W/m2。 第二，气溶胶的浓度。气溶胶的特性变化很大，这会影响它们吸收和散射辐射的程度，因而不同类型的气溶胶可能具有净的降冷或变暖效应。气溶胶的总直接辐射强迫为0.70.31.8Wm2。,第三

9、，地表覆盖率。雪中烟尘微粒的存在导致雪反照率的降低，产生正的强迫。辐射强迫很小，可以不用考虑。 第四，温室气体。人类活动导致四种长生命期温室气体的排放：CO2、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)和卤烃(一组含氟、氯或溴的气体)。当排放大于清除过程时，大气中温室气体浓度增加。自1750年以来，由于人类活动，全球大气CO2、CH4和N2O浓度已明显增加，目前已经远远超出了根据冰芯记录测定的工业化前几千年中的浓度值。,全球大气中CO2浓度已由工业化前时代的约280ppm增加到2005年的379ppm,全球大气CH4浓度值从工业化前时代的约715ppb增至2005年的1774ppb,全球大气中N2O浓

10、度值已从工业化前时代的约270ppb增至2005年的319ppb,由于CO2、CH4和N2O的增加，综合辐射强迫为+2.3W/m2，在工业化时代，其增加速率很可能是10,000多年中前所未有的。 具有很高可信度的是，自1750年以来，人类活动的净影响已成为变暖的原因之一，具有辐射强迫为+1.6W/m2。,温室气体的作用机制,太阳为地球的气候提供动力，它以短波的形式辐射能量。到达地球大气层顶的太阳能中大约有三分之一被直接反射回太空，余下的三分之二主要被地球表面，其次被大气吸收。为了平衡被吸收的入射能量，地球本身向太空辐射长波。陆地和海洋释放的热辐射中有很多被大气，包括云吸收了，然后又被辐射回地球

11、。这就是所谓的温室效应。 但是，人类的活动，主要是燃烧化石燃料和毁林，大大地加强了自然温室效应，引起全球变暖。,3 未来全球气温变化预测,温室气体排放情景 预估未来全球和区域气候变化需要构建未来社会经济变化的情景,由此衍生出温室气体排放情景。 2000年IPCC第三次评估报告公布了排放情景特别报告(SRES) ,发布了一系列新的排放情景,即SRES情景。SRES情景分为探索可替代发展路径的四个情景族(A1，A2，B1和B2)，涉及一系列人口、经济和技术驱动力以及由此产生的温室气体排放。,A1情景假定这样一个世界：经济增长非常快，全球人口数量峰值出现在本世纪中叶，新的和更高效的技术被迅速引进。A

12、1情景分为三组，分别描述了技术变化中可供选择的方向：化石燃料密集型(A1FI)、非化石燃料能源(A1T)以及各种能源之间的平衡(A1B)。 B1情景描述了一个趋同的世界：全球人口数量与A1情景相同，但经济结构向服务和信息经济方向更加迅速地调整。 B2情景描述了一个人口和经济增长速度处于中等水平的世界：强调经济、社会和环境可持续发展的局地解决方案。 A2情景描述了一个很不均衡的世界：人口快速增长、经济发展缓慢、技术进步缓慢。,未来气温变化的预测,4 全球变暖的影响,气候变暖导致海平面上升 气候变暖将会影响到海洋的热量收支状况, 还会加剧极地冰川的融化，引起海平面上升, 海岸湿地和低地被淹没, 海

13、岸侵蚀加剧,洪泛与风暴潮灾害增强。,这是非洲坦桑尼亚乞力马扎罗山顶峰的航拍图。左图拍摄于1992年，右图拍摄于2005年。如果地球以目前的速度继续变暖的话，该冰原将可能在未来20年内融化消失。,气候变暖导致自然灾害的发生频率增加 气候变暖导致飓风、洪水、高温、干旱等越来越多的极端气候近年来频繁出现。 气候变暖对水资源的不利影响 气候变暖改变区域降水量和降水格局, 气候模型预测未来雨水充足的地区降水更多, 干旱地区降水会更少, 导致旱区更旱、涝区更涝，加剧全球旱涝灾害的频率和程度。 气候变暖使得蒸发加强, 径流减少, 导致流域产流量下降乃至断流，从而导致水资源的需求增加, 从而影响水资源的可持续

14、利用。,气候变暖对农牧业的不利影响 CO2 等温室气体的大量增加使气温升高, 使得积温及持续天数增加, 种植界限北移。 全球变暖有利于农业病虫的越冬和繁殖, 导致更严重的农业病虫与杂草危害。 植物生长速度加快，需要更多的肥料，而温度升高，肥料分解加快，化肥的需求量大增，因而化肥、农药大量使用，带来一系列问题，土壤板结、土壤污染等。 气候变暖加剧了干旱、半干早地区的旱情, 大多数内陆河流断流, 农业灌溉受到很大影响, 同时草原地区牧草生长缓慢, 给畜牧业带来严重损失。,气候变暖对生物多样性的不利影响 气候变暖可能导致森林植被带的北移, 尤其北方落叶针叶林的面积可能下降很大, 植被的改变不仅意味着

15、植物物种发生了变化甚至有的物种灭绝, 而且其中赖以存在的动物和微生物都会受到不同程度的影响。 海平面上升, 海水侵入淡水源地，野生动物栖息地被破坏，也会造成当地生物多样性的下降。,气候变暖对人类健康的不利影响 气温上升导致粮食与饮用水不足导致的死亡。 气候变暖会导致极热天气频率的增加, 使心血管和呼吸道疾病的死亡率增高。 气候变化导致疾病传播带向高纬度地区扩散, 对于那些生活在贫困中的人群来说, 疾病的扩散将是致命的。 恶劣天气以及与气候相关的灾难可能导致短期的疾病高峰。,5 防治对策,全球气候变暖是基于地球作为一个系统整体来考虑的, 所以还需加强国际合作, 共同对付很大程度上由人类自身造成的

16、这种生态困境。建立有关法规和政策, 约束人类的破坏活动, 建立国家间和国际间的法律, 确保国际环境良性发展。,发展低碳经济。首先，生产使用过程中要提高能源利用效率；其次，改善能源结构，提高能源利用效率，大力开发无污染能源和再生能源、减少矿物燃料的消耗。充分利用太阳能、风能、水能等有关无害的再生能源，积极开发推广高效、洁净的先进核技术，减少空气及环境污染。 减少大气中的二氧化碳。植物能吸收CO2，放出O2，是环境中CO2和O2的主要调节器。据估测，陆生植物每年固定2101031010 吨碳，海洋浮游植物每年固定41010吨。因此我们应停止滥伐森林、广泛植树造林，加强绿化。,生活中的节能减排,1.

17、节约用水，节约用电、节约用纸。 2.少用塑料袋， 购物用布袋，买菜用菜篮，提垃圾采用垃圾桶。 3.不用一次性电池，改用可充电电池，用过的电池交到电池回收站。 4.出行时尽量以步代车、骑单车、坐公交车为主。 5.关闭电器的同时拔掉插销、将灯泡换成节能灯泡。,第三节 酸雨,1 酸雨的概念 2 酸雨的来源 3 酸雨的形成 4 我国酸雨的分布 5 酸雨的危害 6 酸雨的防治措施,1 酸雨的概念,酸雨一词始用于110 年以前, 现在已成为世界许多国家和地区的“默默而至的危害”和“死亡之雨”。 酸雨：pH 5.6的包括雨、雪、霜、雾、露等各种形式的降水。 酸雨中含有多种无机酸和有机酸, 其中绝大部分是硫酸

18、和硝酸。多数情况下, 以硫酸为主,从污染源排放出来的SO2 和NOX 是形成酸雨的主要起始物。,2 酸雨的来源,酸雨形成的基本原因是由于大气中有酸性物质的存在, 并进入到降水中。 在我国, 已知的酸性物质及其对酸雨形成的贡献量为：硫酸60%-70%, 硝酸30%, 盐酸5%, 有机酸2%, 其比例在不同地区和不同条件时有所差异。 就自然界本身来说, 海风、火山爆发、森林大火、沼泽蒸发和生物分解等, 都会向大气贡献酸性物质, 从而构成了酸雨的自然本底值。 但是, 形成酸雨的主要污染物硫酸和硝酸则几乎全都来源于石油、煤炭的燃烧和工业生产。,3 酸雨的形成,工厂的废气或汽车尾气排放的二氧化硫和氮氧化

19、物上升到大气中, 通过一系列氧化反应转变为硫酸和硝酸, 然后又变成硫酸盐和硝酸盐。 其生成的酸性物质中, 有一些经漂浮后重新落到地表, 附着到树木、土壤、建筑物上面, 被称作干性酸沉降; 有一些溶解在云中或降水中, 最后随雨水返回地球, 称之为湿性酸沉降。 降雨的酸化过程可以分为云内酸化和云下冲刷两种形式, 即大气酸性污染物先在云内与水蒸汽结合成云滴; 然后, 在云下低层大气中通过与各种微粒、气体的碰撞、溶解、吸附和冲刷, 最终变成酸雨降落到地面。,影响酸雨形成的因素,在云下冲刷过程中，云下大气中的悬浮颗粒物和飘尘也成了酸雨形成的参与者, 对雨水的pH值起着重要的作用。在我国内陆, 颗粒物主要

20、来自地表土壤的风沙扬尘和燃烧排放, 北方地区大多为碱性土壤, 大气中的颗粒物和飘尘偏碱性, 对雨水的酸度起着缓冲作用; 而南方多为酸性土壤, 对酸雨的缓冲能力则较弱。 降雨中酸性物质的浓度直接影响酸雨pH 值, 它与大气中酸性物质的量有关。但是大气污染物是可以传输的，大气污染物在大气中的传输过程相当复杂, 取决于气象条件、地理特征。 有文献报告说,瑞典境内20%-50%的硫污染物来自本国, 而其余的则主要来自欧洲其他国家; 而挪威的很多酸雨来自英国工业中心的污染气体。,4 我国酸雨的现状及分布,我国是一个煤电大国, 煤电份额超过70%, 每年电煤燃烧达数亿吨。燃煤的平均含硫量超过1.0%。由于

21、煤炭的影响，我国的酸雨是硫酸型的。 我国酸雨区面积占国土面积的30% , 是世界第3大酸雨区。 据有关统计, 目前酸雨污染每年给我国造成的损失超过1100 亿元。 2005 年, 全国开展酸雨监测的696 个市( 县) 中, 出现酸雨的城市357个( 占51.3%)。,由上面两图可以看出, 与2004 年统计的527 个城市相比较, 2005年降水pH 年均值低于5.6 的城市比例增加了0.7 个百分点, 其中pH 值小于4.5的城市比例增加了1.9 个百分点。酸雨频率超过80%的城市比例增加了2.8 个百分点。,酸雨的分布,目前全球已形成三大酸雨区: 一个是以德、法、英等国为中心, 波及大半

22、欧洲的北欧酸雨区, 一个是包括美国和加拿大在内的北美酸雨区。 我国酸雨主要分布地区是长江以南的四川盆地、贵州、湖南、湖北、江西、浙江、江苏及沿海的福建、广东等省、市部分地区, 面积高达200多万km2 。 较重的酸雨区域主要分布在浙江、江西和湖南三省; 广西西北部和广东珠江三角洲地区也存在较重的酸雨污染。 北方城市中, 北京, 天津, 辽宁的大连、丹东、铁岭, 吉林的图们, 黑龙江的珲春,河北的承德, 河南的洛阳、南阳, 陕西的渭南、商洛等城市降水pH 年均值低于5.6。,5 酸雨的危害,酸雨对土壤的影响 土壤酸化：酸雨对土壤环境的污染, 首先是土壤酸化。 盐基离子大量淋失是酸雨对土壤最基本的

23、影响。长期的高酸度酸雨会造成土壤中植物营养元素的大量淋失, 酸性土壤在长期的高酸度酸雨作用下会使土壤中K+ 、Na+ 、Ca2+ 、Mg2+ 等盐离子大量流失,导致土壤肥力下降, 最终使土壤贫瘠化。,酸雨作用下土壤中的Al离子大量释放。大量活性Al的出现会产生两个重要后果, 其一当活性Al的含量达到10-20g/g时, 就会造成植物对Al的过量吸收而导致Al中毒, 甚至死亡; 其二由于Al离子是多价阳离子, 与土壤胶体的结合能力特别强, 所以很容易从土壤的负电荷点上置换盐基性离子, 使它们进入土壤而淋失。 酸雨促进土壤中有毒重金属元素的活化。这是由于Mn2+ 、Cu2+ 、Cr2+ 、Pb2+

24、 、Zn2+ 等有毒金属离子在低pH值下溶解度升高造成的。 酸雨对土壤中酶和微生物的影响。土壤养分特别是有机态养分的转化和循环, 有赖于专性微生物和酶的生化活性才能完成, 而酸雨对土壤中N、P、C 等转化具有转移效应的微生物酶活性具有相当的抑制作用。,酸雨对农作物和蔬菜的影响 酸雨首先是伤害农作物和蔬菜的叶片, 其伤害程度不仅因农作物种类的不同而不同, 而且与酸雨的酸度、频度和时间呈正相关。 酸雨还能够降低农作物和蔬菜种子的发芽率, 降低大豆的蛋白质含量, 使其品质下降。,酸雨对水体的影响 酸雨可能会随着地表径流或地下渗流进入地下水或河流湖泊。将有可能导致水体、湖泊的酸化。 湖泊的酸化将给水生

25、生物带来灭顶之灾。有研究表明, 湖水pH 9.0-6.5之间的中性范围时, 对鱼类无害; 在5.0-6.5之间的弱酸性时, 鱼卵难以孵化, 鱼苗数量减少; 当湖水pH 低于5.0时, 大多数鱼类不能生存。 相对于忍耐湖水酸化的能力而言, 虾类比鱼类更差, 在已酸化的湖泊中, 虾类要比鱼类提前灭绝。 另外酸雨还直接影响水体中浮游生物、大型水生植物、附着藻类的生长发育, 改变整个水体生态环境。,酸雨对森林的影响 阔叶林和针叶林的冠层在酸雨的作用下, Ca2+ 、Mg2+ 、K+ 、Mn2+ 、Na+ 、SO2-4 、NO-3和Cl-等离子在冠层雨溶液中富集, 造成叶片中营养离子的大量淋失, 进而加

26、速根部营养离子的吸收和迁移, 重新吸收的营养离子也会从植物体大量析出, 如此循环, 就会造成营养亏缺。 酸雨造成土壤中Al的大量释放和Mn2+ 、Pb2+ 等有毒金属元素的沉降和积累, 对树木形成毒害。 酸雨还直接影响和危害土壤表层, 干扰微生物正常生化活性, 森林枯枝落叶的分解和物质再循环受到破坏。,酸雨对建筑物和历史古建筑物影响 酸雨能腐蚀石灰石、砂石、大理石甚至金属, 使许多古老的城市变得面目皆非。 经济的观点来说, 酸沉降最为严重的影响, 是改变大气环境、侵蚀建筑物和历史古建筑物。根据美国环保局的统计, 每年修缮受酸沉降损害的建筑物需要花费50 多亿美元。 雅典古城堡、罗马斗兽场、巴黎

27、埃菲尔铁塔和意大利比萨斜塔以及美国自由女神像, 近几十年来风化腐蚀的速度明显加快。我国重庆江边山崖上的石刻佛像已面目模糊; 乐山大佛也似乎患上了牛皮癣, 身上不停地脱屑落粉。,6 酸雨的防治措施,人类生产和生活所使用燃料燃烧排放的二氧化硫和氮氧化物是形成酸雨的主要原因, 因此, 减少二氧化硫和氮氧化物的排放量是防治酸雨的根本途径, 其对策如下: (1) 健全环境法规, 控制工业和汽车污染源的排放总量 制定严格的大气污染物排放标准, 用法律手段促使排放源实施各种有效措施控制工业污染源大气污染物的排放量。美国、加拿大、德国、法国等工业发达国家都先后制定了防止酸雨, 减少SO2 和NOx排放量的法规

28、, 在减少SO2 和NOx 方面起了很大的作用。 (2) 调整能源结构, 改进燃烧技术, 从源头控制酸性气体的排放为了减少酸雨形成源, 改变能源结构, 增加无污染或少污染的能源比例, 改造供热方式, 大力开发并利用无污染能源如风能、水能、太阳能等。用核电站来发电也可减缓酸雨的污染。用甲醇代替汽油, 降低NOx 的排放。,(3) 积极开发新型烟气脱硫脱硝技术, 从末端控制酸性气体的排放。 国家应大力发展研究新型锅炉及电厂的低能耗、低运行费用的FGD( 烟气脱硫) 技术及脱硝技术, 从末端保证酸性气体的达标排放及达到总量控制要求。 (4) 发挥舆论宣传的作用, 促进全民共同参与 加大宣传力度, 促

29、使全民从身边的小事做起, 共同防治酸雨, 如采用使用型煤、节约用电、使用清洁能源等措施来减少能源的消耗, 从而降低SO2 和NOx 的排放。,筛选对酸雨敏感的指示植物和抗酸雨植物,通过实验筛选出对酸雨敏感的植物，可以用来作为酸雨的指示植物，与大气中SO2 和NOx的监测相结合，可以更加清楚的了解酸雨的状况。 筛选出抗酸雨植物可以用于西南酸雨区的城镇绿化和用材林、经济林建设。减少因酸雨导致的森林大面积死亡。,第四节 臭氧空洞,1 臭氧层概念 2 破坏臭氧层的物质 3 臭氧层损耗机理 4 臭氧层损耗现状 5 臭氧层损耗危害 6 保护臭氧层的措施,1 臭氧层的概念,臭氧和氧气是氧元素的同素异构体，呈

30、淡蓝色，因有一种鱼腥臭味，因此而得名“臭氧”。 臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收短波紫外线。 大气层的臭氧主要以紫外线打击双原子的氧气，把它分为两个原子，然后每个原子和没有分裂的氧合并成臭氧。臭氧分子不稳定，紫外线照射之后又分为氧气分子和氧原子，形成一个继续的过程臭氧氧气循环，如此产生臭氧层。 自然界中的臭氧层大多分布在离地2050千米的高空。,臭氧层作用： 紫外辐射是波长100400 纳米的紫外线， 分为长波、中波、短波。长波紫外线能够杀菌，但是波长为200315 纳米的中短波紫外线对人体和生物有害, 尤其是240290 纳米的紫外区段对今天的生命本质物质核

31、酸和蛋白质有严重的破坏作用。 臭氧层可以吸收来自太阳99的高强度紫外辐射，成为地球一道天然屏障，使地球上的生命免遭强烈的紫外线伤害。,2 破坏臭氧层的物质,自从发现南极上空出现臭氧空洞以后，科学家们经过近十多年的研究，最后得出一致的结论：臭氧层的破坏和臭氧空洞的出现，是人类自身行为造成的；是人们在生产和生活中大量地生产和使用“消耗臭氧层物质（ODS）”以及向空气中排放大量的废气造成的。 ODS 主要包括下列物质：CFCs（氯氟烃）、哈龙(Halon，全溴氟烃)、四氯化碳、甲基氯仿、溴甲烷等。 ODS 的用途：用作制冷剂、喷雾剂、发泡剂、清洗剂等。 废气：主要是汽车尾气、超音速飞机排出的废气、工

32、业废气等。 在上述所有物质中，破坏力最强的（或者称之为“罪魁祸首”）是CFCs 和哈龙。而在我们生活中用的最多的就是我们大家所熟悉的CFCs。 到上世纪80 年代初，全世界每年向大气排放100 多万吨该类物质，而欧美日等发达国家的排放量占全世界90%以上。从20 世纪的30 年代初到90 年代的五六十年中，人类总共生产了1500 万吨氯氟烃。人类开发了氯氟烃，使自己的生活提高了档次，却带来了一个巨大的环境问题臭氧层的破坏。,3 臭氧层损耗机理,在平流层内，强烈的太阳紫外线照射使CFCs 和哈龙分子发生解离，释放出高活性的氯和溴的自由基。氯原子自由基和溴原子自由基就是破坏臭氧层的主要物质，它们对

33、臭氧破坏的化学机理如下： R- Cl R + Cl CIO3ClOO2 CIOO3Cl2O2 溴原子自由基也是以同样的过程破坏臭氧。据估算，一个氯原子自由基在失活以前可以破坏掉104105 个臭氧分子，而由哈龙释放的溴原子自由基对臭氧的破坏能力是氯原子的3060 倍。而且，氯原子自由基和溴原子自由基之间还存在协同作用，即二者同时存在时，破坏臭氧的能力要大于二者简单的加和。,4 臭氧层损耗现状,1985 年，英国科学家法尔曼(Farmen)等人首先提出，“南极臭氧洞”的问题。 他们根据南极哈雷湾观测站的观测结果，发现从1957 年以来，每年早春(南极10月份)南极臭氧浓度都会发生大规模的耗损，极

34、地上空臭氧层的中心地带，臭氧层浓度已极其稀薄，与周围相比像是形成了一个“洞”，直径达上千公里“, 臭氧洞”就是因此而得名的。这一发现得到了许多其他国家的南极科学站观测结果的证实。 卫星观测结果表明，臭氧洞在不断扩大，至2006年臭氧层空洞曾达到2950万3，相当于两个南极大陆。同时，南极臭氧洞持续的时间也在加长。这一切迹象表明，南极臭氧洞的损耗状况仍在恶化之中。,目前，不仅在南极，在北极上空也出现了臭氧减少的现象，美、日、英、俄等国家联合观测发现，北极上空臭氧层也减少了20%，已形成了面积约为南极臭氧空洞三分之一的北极臭氧空洞。 在被称为是世界上“第三极”的青藏高原，中国大气物理及气象学者的观

35、测也发现，青藏高原上空的臭氧正在以每10年2.7%的速度减少，已经成为大气层中的第三个臭氧空洞。,5 臭氧层损耗危害,目前，在全球广大地区都观测到臭氧总量的下降，其直接后果是导致地球太阳紫外线辐射的增加. 对人类健康的影响 臭氧层损耗后，人们直接暴露于UV-B辐射中的机会增加了。 UV-B辐射会损坏人的免疫系统，使患呼吸道系统的传染病人增多；增加皮肤癌和白内障的发病率。全世界每年大约有10万多人死于皮肤癌，大多数病例与UV-B有关。 研究表明，如果大气中臭氧含量减少1，地面受紫外线幅射就会增加23%，而人类患皮肤癌的患者就会增加57。,对陆生生态影响,UV-B辐射增强将破坏植物和微生物组织，使

36、植物叶片变小，因而减少俘获阳光进行光合作用的有效面积。 UV-B辐射改变植物的生物活性和生物化学过程；这种改变将包括植物的生命周期和植物中的一些化学成分；某些化学成分可能是一些植物含有的关键成分，而这些成分可以帮助植物防止病菌和昆虫的袭击，影响作为人类和动物食物的植物的质量。 例如：对大豆的初步研究表明，UV辐射会使其更易受杂草和病虫害的损害，臭氧层厚度减少25%,可使大豆减产2025%。,对水生生态影响,UV-B的增加，对水生系统有潜在的危险；水生植物大多数贴近水面生长，这些处于水生食物链最底部的小型浮游植物最易受到平流层臭氧损耗的影响，而危及整个生态系统。 研究表明，UV-B辐射的增加会直

37、接导致浮游植物、浮游动物、幼体鱼类、幼体虾类、幼体螃蟹以及其它水生食物链中重要生物的破坏。 研究人员已发现臭氧洞与浮游植物繁殖速度下降有直接关系；美国能源与环境研究所的报告表明，臭氧层厚度减少25%导致水面附近的初级生物产量降低35%，光亮带(生产力最高的海洋带)减少10%。,对空气质量影响,UV-B增加后，对流层化学反应活性增强；对流层中的臭氧主要受到NOx和碳氢化合物的影响。 模式研究表明额外的UV-B辐射将减少清洁地区臭氧，但是将增加污染地区的臭氧水平。 近年研究证实，UV-B增加会使一些市区的烟雾加剧。模拟实验发现，平层臭氧减少33%，温度上升4时，费城及纳什维尔的光化学烟雾将增加30

38、%或更多。,6 保护臭氧层的措施,随着人们对臭氧层保护意识的不断增强，在取得共识的基础上，有关国际组织和许多国家政府迅速采取了许多有效措施来避免臭氧层受到进一步破坏的联合行动。 冻结和削减氟利昂与哈龙的生产及消耗量，从而保护臭氧层免遭破坏。 既然破坏臭氧层的物质均为人造化学品，那么完全禁止生产和应用这些物质是可能的。但是，由于氟里昂在工农业生产上的重要地位,立即禁止生产和使用是有难度的，因此，国际上采用的办法是逐步禁止生产和使用这些破坏臭氧层的物质，即将氟利昂的生产及使用冻结在1986 年的水平上，1994 年停止生产和使用哈龙。 减少氟利昂的排放量 除禁止氟利昂作气溶胶应用外，通过再循环使用

39、的方式也可减少其排放量。如制软泡沫塑料中所用的氟利昂，收集后再生，经炭过滤再使用，能减少操作损失50。,研究开发破坏臭氧层物质的替代物 较好的代用品应该是既不会破坏臭氧层，也不会产生温室效应的化合物。由于破坏臭氧层的物质主要为氟利昂，所以，寻找氟利昂的替代物是研发的重点。 现在比较常用的有：氢氟烃HFC，氢氟烃中不含氯，不破坏臭氧层，在大气中的降解产物毒性较低，是较理想的替代物，但温室效应较重，而且有些替代品有生产成本高,热交换性能差、易燃等缺点。 氢氯氟烃HClF，氢氯氟烃的臭氧层破坏系数低，亦可作为氟里昂的过渡替代物，可用作聚氨酯和绝缘材料的发泡剂。 其它替代物，有氟碘烃FI，其中的CI

40、键很容易吸收紫外线发生断裂,不会滞留在大气层，是很有发展前途的氟里昂替代物。 氦、空气、水、二氧化碳及氮等许多天然物质在低温和制冷行业早有应用，应该也是比较理想的替代物.,1987年9月16日，36个国家和10个国际组织的140名代表和观察员在加拿大蒙特利尔集会，通过了大气臭氧层保护的重要历史性文件关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书。在该议定书中，规定了保护臭氧层的受控物质种类和淘汰时间表，要求到2000年全球的氟利昂消减一半，并制定了针对氟利昂类物质生产、消耗、进口及出口等的控制措施。 联合国环境署还规定从1995年起，每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”，以增加世界人民保护臭氧层的意识，

41、提高参与保护臭氧层行动的积极性。,目前，全球范围生产和消费氯氟烃（CFCs）和其它消耗臭氧层物质（ODS）已经被奇迹般地减少了将近70%。 氯氟烃的重复利用被广泛地采用，同时，臭氧安全技术现在已经可行并被广泛采用。 监测表明，大气中消耗臭氧层物质增长速度已经逐渐减慢，甲基溴的含量也已经减少。 但由于臭氧层损耗物质从大气中除去十分困难预计采用哥本哈根修正案，也要在2050年左右平流层氯原子浓度才能下降到临界水平以下，到那时，我们上空的“臭氧洞”可望开始恢复。,第五节 大气污染的生物防治,我国的大气污染主要集中在城市和工业区域,大气污染的危害程度居于其他环境污染之首,成为急遽解决的重要问题之一。

42、我国政府正在努力采取一系列强有力的措施减少污染源的数量,控制污染气体的排放量,同时也在采取一系列有效措施监测大气中的有害气体的含量。例如，采用一些指示生物来测定环境中大气污染状况。 环境污染状况的生物称为环境污染指示生物, 它包括指示植物和指示动物两大类, 其中对指示植物的研究较多。,1 大气污染的监测植物 2 植物修复,1 大气污染的监测植物,1.1 监测作用 所谓监测作用,就是利用某些植物对有害气体的敏感性,当有害气体在空气中达到一定的含量且此状况持续一段时间后,不同的植物就会表现不同程度的伤害特性,反映出有害气体的大概浓度,作为大气污染程度的指示,这就是监测作用。这些植物就称为监测植物。

43、,1.2植物监测大气污染物的机理,大气污染物从植物叶片的气孔进入植物体内,植物叶片是植物的重要组成部分,是植物进行光合作用与蒸腾作用的主要器官。而大气污染物可以直接使叶片受害,植物受伤害的程度与污染大气从气孔进入与否,以及进入多少直接相关。从植物受伤害的症状,可以监测出有害气体的种类,并估测污染物的质量浓度。,1.3 指示植物应具备的条件,环境污染指示植物应具备的条件有: 对污染物反应敏感, 受污染后的反应症状明显, 且干扰症状少;生长期长, 能不断萌发新叶; 栽培管理和繁殖容易; 尽可能具有一定的观赏或经济价值, 以起到美化环境与监测环境质量的双重作用。,1.4 常用环境污染指示植物,目前对

44、于植物监测的大气污染物主要是针对SO2、HF、CI2、O3、NH3、光化学烟雾等的研究。 目前,主要采用观察植物外观伤害症状(通常观察植物叶片)来判断植物的受害程度。伤害因伤斑的部位、形状、颜色和受害叶龄等特征的不同而相互区别。下面就几种常见的有害气体对一些植物的伤害加以分析:,(1) SO2,当植物吸收SO2 后,叶脉间出现黄白色点状“烟斑”,轻者只在叶背气孔附近,重者从叶背到叶面均出现“烟斑”。随着时间推移,“烟斑”由点扩展成面。危害严重时,叶片萎缩,叶脉褪色变白,植株萎蔫,甚至死亡。 植株受害的顺序:先期是叶片受害,然后是叶柄受害,后期为整个植株受害。 叶片受害与叶龄的关系:在一定浓度的

45、SO2 范围内,叶片的受害与叶龄有关。其受害的先后顺序是成熟叶,然后是老叶,最后是幼叶。这是因为幼叶的抗性最强,成熟叶最敏感,老叶介于两者之间。,SO2,对SO2 敏感的植物:落叶松、向日葵、梨、雪松、苹果、复叶槭等。 对SO2 抗性强的植物:大叶黄杨、夹竹桃、女贞、臭桐、凤仙花、菊花、一串红、牵牛花、金盏菊、石竹、西洋白菜花、紫背三七、青蒿、扫帚草等。,较强者: 温州蜜柑、广玉兰、香樟、棕榈、海桐、蚊母、珊瑚树、龙柏、罗汉松、梧桐、石榴、白蜡、泡桐、白杨、八仙花、美人蕉、蜀葵、蓖麻等。,(2) FH,当植物吸进FH后,常在叶片尖端和边缘积累,到足够浓度时,使叶肉细胞产生质壁分离而死亡。故它引

46、起的伤斑大多是在叶尖、叶缘,少脉间。其伤斑成环带分布,然后逐渐向内扩展,颜色呈暗红色。严重时叶片枯焦脱落。 叶片受害与叶龄的关系: 先幼叶受害,再老叶受害。 对FH敏感的植物:雪松、菖兰、郁金香、杏、葡萄、榆叶梅、紫薇、复叶槭等。 对FH抗性强的植物:夹竹桃、龙柏、罗汉松、小叶女贞、桑、构树、无花果、丁香、木芙蓉、黄连木、竹叶椒、葱兰等。 较强者:大叶黄杨、珊瑚树、蚊母树、海桐、杜仲、胡颓子、石榴、柿、枣等。,(3) Cl2,Cl2 对叶肉细胞有很强的杀伤力,进入叶肉细胞后很快破坏叶绿素,产生点、块状褪色伤斑,叶片严重失绿,甚至全叶漂白脱落。其伤斑部位大多在脉间,伤斑与健康组织之间没有明显界限

47、。,对CI2 敏感的植物: 圆柏、垂柳、加拿大杨、油松、紫薇、栾树等。 对CI2 抗性强的植物:樱花、丝棉木、臭椿、小叶女贞、接骨木、木槿、乌桕、龙柏等。 较强者:海桐、大叶黄杨、小叶黄杨、女贞、棕榈、丝兰、香樟、枇杷、石榴、构树、泡桐、刺槐、葡萄、天竺葵等。,(4)NO2,它所引起的主要症状为黄化现象。主要发生在叶脉间或叶缘处,成条状或斑状不一,幼叶在黄化现象产生之前就可能先脱落。但与其他原因所产生的黄化现象较难区分开。 对NO2 敏感的植物:榆叶梅、连翘、复叶槭等。 对NO2 抗性强的植物:圆柏、侧柏、刺槐、臭椿、旱柳、紫穗槐、桑树、毛白杨、银杏、栾树、白榆、五角枫等。 较强者:加拿大杨、

48、核桃、泡桐、油松、北京杨、白蜡树、杜仲等。,(5)O3,它由气孔进入叶子,与叶肉细胞接触后首先破坏其细胞膜,因而造成细胞死亡。其伤斑大多数叶面,少脉间。黄化斑点及白色斑纹是最常见的病症,也可能出现叶面完全漂白者。其受害叶最先为中龄叶。 对O3 敏感的植物:悬铃木、连翘等。 对O3 抗性强的植物:圆柏、侧柏、刺槐、旱柳、紫穗槐、桑树、毛白杨、栾树、白榆、五角枫、垂柳、加拿大杨、核桃等。 较强者:苹果、泡桐、金银木、油松、复叶槭等。,(6)NH3,当空气中的NH3 达到一定浓度时,植物叶片首先会受到伤害。其部位大多为叶脉间,伤斑点、块状,颜色为黑色或黑褐色,与正常组织之间界限明显。另外,症状一般出

49、现较早,稳定的也快。 对NH3 敏感的植物:悬铃木、杜仲、龙柏、旱柳等。 对NH3 抗生强的植物:臭椿、银杏、紫薇、女贞、木槿等。,(7)光化学烟雾,它使叶片下表皮细胞及叶肉中海绵细胞发生质壁分离,并破坏其叶绿素,从而使叶片背面变成银白色、棕色、古铜色或玻璃状。叶片正面还会出现一道横贯全叶的坏死带,受害严重时会使整片叶变色,很少发生点块状伤斑。 对光化学烟雾敏感的植物:紫薇、连翘、白蜡树、复叶槭等。 对光化学烟雾抗性强的植物:圆柏、侧柏、刺槐、臭椿、旱柳、紫穗槐、桑树、毛白杨、银杏、栾树、白榆、五角枫等。,1.5 苔藓植物,苔藓植物是一类结构简单的绿色植物, 叶片一般只有单层细胞, 没有保护层, 吸附力强, 这种特殊的生理结构决定了其营养来源主要是大气,所以以苔藓为指示植物, 分析苔藓植物组织的污染物浓度, 可以直接监测大气污染, 分析大气重金属沉降的时空分布、污染物的迁移及其来源。,苔藓往往比地衣和高等植物更容易积累重金属,而且利用苔藓植物监测大气污染具有取材容易,调查方法简单等特点。因此, 苔