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Response of Some Plants for Municipal Greening to Air Pollutants

城市绿化植物对大气污染的响应



全 文 :热带亚热带植物学报 2002,10(4):321—327
Journa/of Tropical and Subtropical Botany
城市绿化植物对大气污染的响应
彭长连 温达志 孙梓健 林桂珠 林植芳 孔国辉
(中国科学院华南植物研究所,广东 广州 510650)
摘要 :研究了 19种盆栽于广州市工业生产点 (IS)、交通枢纽点 (TS)和公园对照点 (CS)的木
本植物对大气污染的响应。综合污染指数表明 3个研究地点 2000年的污染程度由大到小的顺序
为 IS>TS>CS。在污染点生长的 19种绿化植物叶片的叶绿素含量、Fv/Fm都有不同程度的降低 ,
细胞膜渗漏率则上升。不 同绿化植物对大气污染的响应不同,印度胶树,榕树,黄榕 ,海南红豆,夹
竹桃,山玉兰,灰莉 ,桃花心木,牛乳树等对工业废气和机动车尾气等大气污染都有较强的抗性 ,
而肖蒲桃,仪花,木棉,朱槿等对大气污染较为敏感。
关键词 :绿化植物;大气污染;广州
中图分类号:Q945.1】 文献标识码:A 文章编号:1005-3395(2002)o4—0321—07
Response of Some Plants for M unicipal
Greening to Air Pollutants
PENG Chang-1 ian WEN Oa.zhi SUN Zi.J ian LIN Gui.zhu LIN Zhi.fang KONG Guo-hui
(South China Institute of Botany,the Chinese Academy of Sciences,Guangzlaou 510650,China)
Abstract: Nineteen taxa of potted seedlings were put on roofdecks at ca 5 m above ground in
air-poluted sites(industrial site,IS;and transportation site,TS)and less-polluted site(control site
at Luhu Park,CS)at Guangzhou city to compare the response ofthe plants to air polutants.1]he
integrated index ofair pollution at the three sites in 2000 were in the order oflS>TS>CS.1]he
content ofchlorophyll an d FV/Fm in leaves ofall species after growing for one an d halfyear at
two air-poluted sites(is and TS)decreased,whereas the cel membrane leakage rate increased as
compared with the control site.Some plan ts such as F/cus elastica,F microcarpa.F microcarpa
CV.Golden leaves,Ormosia pinnata,Nerium indicum,Magnolia delavayi,Fagraea ceilanica,
Swietenia mahagoni an dMimusops elengi exhibited more resistance to airpollutants than others
such as Acmena accuminatissima,Lysidice rhodostegia, Bombax malabaricum an d Hibiscus
rosa-sinensis.
Key words:Plan ts for municipal greening;Air pollution;Guangzhou
收稿 日期 :2001-10-1l:接受日期:2002-01-06
基金项目:广东省环保局基金、广东省自然科学基金项 目(990758,990762)联合资助
缩写:F 1m— PS II的原初光化学效率
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322 热带亚热带 植物学报 第 lO卷
环境污染是关系到人类生存的严峻问题,受到当今世界各国普遍关注和重视。我国大气
污染 总体 上仍十 分严 重,且 有继 续恶化 的趋 势 ,SO 排放 量不 断增 长,目前每 年 已达
2 000万吨,NO 排放量达 726万吨,造成酸雨地区扩大,频率提高,雨水 pH降低 。华南地区
(四川、贵州、广西、广东)继欧洲、北美之后已成为世界第三大酸雨区,这个地区每年因酸雨
造成的经济损失高达 140亿元,有的城市酸雨率 已达 90%,雨水 pH 已降到 3.2。 汽车尾气
污染在一些大城市也日趋严重,其排放量比美国、日本等工业发达国家高出十几倍甚至几十
倍 】。广东是中国经济增长最快的地区,其经济发展和环境保护的矛盾尤为突出。我们近年对
马尾松年轮的碳同位素比(6 3C)的分析,已估测到从 1980年以来,广东省一些工厂附近森
林大气 中CO 浓度正以年平均 2.3 umol mol 的速率增长,而实测的结果也发现 CO2、NOx
和 SO2浓度明显 比鼎湖山 自然保护 区高 1.7-30umol mol- (CO9,5-20 nmol mol (NOx)和
2—19 nmol mol (SO9 。 广 州工业 耗煤 从 1985年 的 270.4万 吨,增加到 1993年 的
81 1万吨,SO2排放量从 l0.10万吨增加到 l6.22万吨,1993年的酸雨频率高达 76.3%, pH
值平均为 4.16。由于市区机动车数量急增,大气中NOx浓度已由 1985年的 0.073 mg m 急
剧升至 1993年的 0.1 15 mg m (国际标准 <0.05 mg m- );大气粉尘越来越严重,1993年总
悬浮微粒浓度达到 0.256 mg m。(国际标准 0.06-0.09 mg m。),超过国际大都市标准 1.8倍。
城市空气混浊,雾 日增加,能见度下降,局部城区曾出现短暂的类光化学烟雾现象[4]。
绿化可以改善人类生活质素、保护城市生态环境,在城市大气环境的生态平衡中起着
“除污吐新”的作用 嘲。 然而,植物对大气环境污染物的耐受能力与适应性千差万别,有的
植物长期在大气污染环境下生长旺盛,有些在短期内即死亡[6】。目前有关大气污染对园林绿
化植物的影响和作用机理尚缺乏深入系统的研究。为此,我们在广州选择几个不同程度的污
染点, 以不同绿化植物为对象,应用叶绿素荧光技术等从多方面研究大气污染对植物的影
响,并比较了不同植物对大气污染敏感性的差异,为探讨大气污染对植物的伤害及植物的抗
性机理奠定理论基础,为进一步筛选 出一些有应用价值的能耐受大气污染的绿化植物种类
及苗木提供理论依据。
1 材料和方法
采样地点 按广州市不同大气污染成分和大气污染物浓度的分布在广州市城区选
取 3个实验点:(1)白云山山脚的麓湖公园 (CS),大气污染较少,代表清洁区;(2)广雅 中
学 (IS),代表工业区,SO2含量较高,(3)广州市东风路边的越秀公安分局 (TS),代表交通
枢纽区,NO 较高,主要是汽车尾气的污染。
植物材料和测定方法 试验于 1999年 3月开始,挑选 l9种植物幼苗,其中包括广
州市现有的几种绿化植物和一些对城市绿化有应用前景的植物,株高约 80—100 cm。盆栽,
在华南植物园苗圃生长一个月后,分别移至 3个实验点的楼顶 (离地约 5 m),每个实验 点
每种植物 3盆重复,3个实验点同等肥水管理。2000年 9月中旬取当年生的成熟叶作各项分
析测定。
光合色素测定 以 80%的丙酮提取,分光光度计(Beckman DU-7)测 。
细胞膜的渗漏率 取数量相等的叶圆片 (d=0.6 em)用蒸馏水浸泡 3 h,以 DDS-1 1型
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第 4期 彭长连等:城市绿化植物大气污染的响应 323
电导仪测 出浸出液在煮沸前、后的电导度,计算相对电导率。
叶绿素荧光的测定 采用彭长连等 司的方法,用脉冲调制荧光仪 (Pulse Modulation
Fluorometer,PAM,Walz,Germany)测定叶片的叶绿素荧光诱导曲线。原初荧光 (F0)是用暗
适应 15 min的叶片在弱调制测量光 (0.05 m0l m‘2s。)诱导下产生的,最大荧光 (Fm)则在
fro)之后用强饱和脉冲 (5 000 mol m‘ )激发。
2结果
2.1 广州市不同实验点的大气污染情况
图 1是由广州市环境监测中心站测定的 3个实验点从 1992到 2000年大气污染物 S02
和 N0x的变化动态 (广州市环境监测中心站,广州市环境质量报告书.1992-2000)。从 2000
年的综合污染指数来看 ,3个实验点污染程度 由大 0.08
到小的顺序是:工业区 (IS)>交通枢纽区 (TS)>
清洁区 (cs),工业区和交通区的污染程度没有明 。·。。
显的差异,但工业区 SO 的浓度最高,而交通枢纽区 0.04
的 NO 浓度最高。
2.2大气污染对植物叶片光合色素和细胞膜透性的
影响
空气污染可直接影响城市绿化植物叶片的光合
色素 (叶绿素)的含量(表 1)。与对照点相比,在工业
点和交通点生长的 l9种绿化植物 叶片的叶绿素含
量有不同程度的下降,其中印度胶树、榕树、黄榕、海
南红豆、夹竹桃、红胶木、山玉兰、灰莉、桃花心木、牛
乳树等叶绿素含量下降的幅度相对较小,而长芒杜
英、水石榕、钝叶鱼木、鹅掌藤其次。下降幅度较大的
为肖蒲桃、仪花、吊灯树、木棉、朱槿等植物 。公园对
照点、工业点、交通点的所有植物叶绿素含量平均值
分别为 43.37、33.58、32.98 Pg cm~。以公园对照点
为 100% ,工业点和交通点的叶绿素含量则分别下
降了 22.57%、24.03%。交 通点 的影 响较 工业 点
稍大。
另一类光合色素类胡萝 卜素与植物对环境的适
应性和抗逆性密切相关 ,不同试验点绿化植物叶片
的类胡萝 卜素含量的变化与叶绿素含量的变化基本
一 致 (表 2)。所有绿化植物的类胡萝 卜素平均值在
工业点、交通点、公园对照点分别为 8.06,8.14和
10.76 g cm-2。

耀
l


1992 1994 1996 1998 2000
年份 Year
图 1广州市 3个实验点 1992-2000年大气 S02、
NoI浓度和综合污染指数的变化
Fig.1 Changes in atmospheric concentrations of
SOs,NoIandintegratedpolutionindexat
three experimental sites of Guangzhou city
during 1992—2000
◆Is__工业点 Industrial site;●TS一交通点
Transportation site~▲Cs__公园对照点 Park
control site
2 O 5 O 5 O 5 O
0 3 2 2 , , O
O O O O O O O
一?S ∞S
xoz
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324 热 带亚 热带植 物学 报 第 l0卷
表 1 3个实验点的城市绿化植物叶片叶绿素的含■(ug cm。)
Table 1 Chlorophyl contents(pg cm in leaves of plants grown at three experimental sites
种类
Species
工业点
Industrial site
0s)
交通点
Transportationsite
(TS)
公园对照点
Parkcontrol site
(CS)
印度胶树 F/era elastica
榕树 microcarpa
黄榕 F microcarpacv.GoldenLeaves
肖蒲桃Acmena acctminatissima
海南红豆 Ormosia pinnata
仪花 Lysidice rhodostegia
长芒杜英 Elaeoearpus~ieulatus
吊灯树 lia
水石榕 Elaeocarpus hainanensis
木棉 Bombax malabari~um
钝叶鱼木 Crateva trifoliata
夹竹桃 Nerium indicum
鹅掌藤 ScheOtera arboricoia
朱槿 Hibiscus rosa-sinensis
红胶木 Tristania conferta
山玉兰 Magnolia de 哦,a
灰莉 Fagraea ceiatl~ca
桃花心木 Swietenia mahagoni
牛乳树 Mimusops efen
37.29~2.16(8ll22%)
41.16±2.0(94-49%1
43.98~0.56(89.94o/o1
29.55~3.14(68.56%1
25.42~3.58(84.79o/0)
25.13±2.72(68.89%)
23.75~0.66(8o.07%1
25.45~1.5 1(55.83%)
52.1 1±3.49(72.84%)
23.98~0.O9(63.95%1
37.69~1.8(78.47o/o1
35.45~1.5(76.84%)
21.865~2.53(72.68%)
20.26~2.83(47.58%)
26.51±1.99(80.16o/o1
33.18~1.32(87.89%1
25.84~0.3 1(86_3%)
37.8 l±2.67(95.60*/0)
39.92~0.72(86.69%)
43.18±2.36(99.12%)
35.92~1.17(73-45%1
29.16±O.O8(67.66%)
29.22~3.28(97-46%)
22.977~2.9(62.97%1
22.02~2.34(74I24%)
26.84~0.25(58.88%)
48.13±5.24(67-28%)
2 1.69~0.25(57.84%)
37.53~0.23(78.13%)
40.96~3.87(88.79%)
24.02~0.39(63.O6%)
21.83~0.6(5l-27%)
28.29~2.1 7(85.54%)
34.26~0.39(90.75%)
22.76~0.72(76.O2%)
30.68~0.8(77.57%1
71.55~1.9(93.47%) 66.58~3.1( !o/o)
45.91~4.07(1o0%)
43.56~4.09(1o0%)
48.9±1.75 000%)
43.10~1.63(1oo%)
29.98~2.9(1o0%)
36.48~1.3(1ooD/o】
29.66~2.54(1o0%)
45.58~3.52(100%)
71.54~3.69(1Ooo,o1
37.5±2.5(100%1
48.03~1.35(1o0%)
46.32~5.0(1o0%)
38.09~5.43(1o0o/o1
42.58~1.56(1o0%)
33.O7±2.13(1o0%)
37.75~1.27(1o0%)
29.94~0.31(100%)
39.55~2.68(100./o)
76.55~1.9(100%)
括号中的数字为相对 CS的百分比 NumbersinparenthesesarethepercentagesofCS·下同 Forsara。asTab·2__4
表 2 3个实验点的城市绿化植物叶片 p一胡萝 b~ ll(1agcm- )
Table 2 Carotcnoid contents(1ag cma)in leaves ofplants grown at three experimental sites
印度胶树 F/cus elastica
榕树 microcarpa
黄榕 microcarpa cv.GoldenLeaves
肖蒲桃 Acmena accuminatissima
海南红豆 Ormosia pinnata
仪花 Lysidice rhodoaegia
长芒杜英 觑钟oc叼, trpiculatus
吊灯树 Kigelia
水石榕 E oc , hainanensis
木棉Bombax malabaricum
钝叶鱼木 Crateva trifotiata
夹竹桃 Nerium indicum
鹅掌藤 Sober,era arboricola
朱槿 Hibiscus rosa-sinensis
红胶木 Tristo~ia conferta
山玉兰 Magnolia 如 d
灰莉 Fagraea ceilanica
桃花心木 Swietenia mahagoni
牛乳树 Mimusops e ,
8.89~0.0l(79.16%)
l3.18±O.38(94_2l%)
l1.62±O.95(92.52%)
7.09~0.3(61 5%)
6.37~0.03(91.13%)
6.09~0.71(70.65%
5.6l±o.3(72-2o/o1
9.10~0.06(71.21%)
10.17~O.64(74.07%
6.487~0.15(61.1 )
9.78~l_2(62.45%)
8.95~0.19(73.66%)
5.86~0.09(75.13%)
5.48~0.7l(45.59%)
5.94~0.19(85.
6.74~0.05(74.56o/o1
4.76~0.05(86.54%)
8.05~0.05(74.88o/o)
9.39~0_38(83.62o/o1
l3.67~0.95(97.7l o/o1
10.12~0.7l(80.57o/o1
8.05±1.18(70.Oo/o1
5.3 l±0.65(75.97o/o1
4.93~0.56(57.19%1
5.36~0.35(68.98%)
8.55~0.16(66.9oo/o1
l0.42±0.97(75.89o/o1
6.57~0.23(6 1.92%)
9.86~0.1l(62.96%)
l0.69±0.74(87.98o/o1
5.65~0.05(72.43%1
5.878~0.17(48.9O%1
5_4l±0.36(78l05%)
8.39~0.48(92.81%)
4.25~0.O2(77.27%)
8.72±0.86(81.12%)
12.89~O.98(87.15% ) 13.45~0.6(89.85%)
l 1.23~1.35(1o0%)
l3.99~0.68(1o0%)
12.56~0.23(1o0%)
1 1.50~0.2(100%)
6.99~0.8l(1o0%)
8.62~0.21(100./o)
7.77~0.75(1oo%)
l2.78~1.05(1ooo/o】
l3.73~1.14(1oo0/o1
l0.61~0.36(1o0%)
l5.66~1.3I(1o%)
l2.15±1.O4(100./o)
7.8±0.9l(1o0%)
l2.02~0.7(1o0%)
6.97~0.5(1o0%)
9.O4±1.3(1o0%)
5.5±o.O9(1Ooo/o)
l0.75~1.28(1o0%)
l4.79~0.78(1o0%)

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第 4期 彭长连等:城市绿化植物大气污染的响应 325
2.3 细胞膜渗漏率的变化
细胞膜渗漏率是反映膜系统稳定性的一个重要指标,从表 3可见,所有生长在交通点、
工业点等污染区的绿化植物叶片的细胞膜渗漏率较公园对照点都有不同程度的增加,其中
印度胶树、榕树、黄榕、海南红豆、夹竹桃、山玉兰、灰莉、桃花心木、牛乳树等在工业点和交通
点都增加较少,除山玉兰外,所有植物都是工业点增加大于交通点,朱槿的增幅最大。所有绿
化植物细胞渗漏率 的平均值在工业点、交通点、公园对照点分别为 l6_3l%、 13_3l%和
9.71%。以公园对照点为对照,工业点与交通点的细胞渗漏率分别增加了 68%和 37%。结果
与这三个点的综合污染指数相符,工业点对细胞渗漏率的影响大于交通点。
表 3 3个实验点的植物细胞渗漏率的变化
Table 3 Changes in cell membrane leakage rate in leaves ofplants grown at three experim ental sites
2.4 Fv/F11的变化
叶绿素荧光参数 Fv/Fm代表了叶绿体光系统 I的原初光能转换效率,是近年来最常用
的研究植物对逆境响应的重要生理参数之一。从表 4可见不同绿化植物的 PSII的原初光化
学效率对工业废气和汽车尾气的影响有不同的响应模式。榕树、灰莉的 Fv/Fm在工业点、交
通点基本没有多大的变化,印度胶树、黄榕、海南红豆、长芒杜英、夹竹桃、鹅掌藤、红胶木、山
玉兰、桃花心木、牛乳树等绿化植物的 Fv/Fm在这两个污染点降幅较小,而 肖蒲桃 、仪花、木
棉、朱槿的 Fv/Fm在这两个污染点的降幅较大,吊灯树、水石榕、钝叶鱼木等 Fv/Fm的下降幅
度介于上面两组之间。公园对照点、交通点和工业点所有绿化植物叶片的 Fv/Fm平均值分别
为 0.772、0.714和 0.703,交通点和工业点较公园对照点下降 3.75% 和 9.0%,其下降幅度与
不同污染点的综合污染指数相符。
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326 热 带亚 热 带植 物学 报 第 10卷
印度胶树 F/cus elastica
榕树 microcarpa
黄榕 microcarpa cv.Golden leaves
肖蒲桃 Acmena accuminatissima
海南红豆 Ormosia pinnata
仪花 Lysidice rhodostegia
长芒杜英 Elaeocarpus apiculatus
吊灯树 lia mn
水石榕 Elaeocarpus hainanensis
木棉 Bombax malabaricum
钝叶鱼木 Crateva trifoliata
夹竹桃 Nerium indicum
鹅掌藤 Scheflera arboricola
朱槿 Hibiscus rosa-sinensis
红胶木 Tristania conferta
山玉兰 Magnolia delavayi
灰莉 Fagraea ceilanica
桃花心木 Swietenia mahagoni
牛乳树 Mimu~ops elengi
0.748~0.065(92.35%1
0.734~0.025(97.74% )
O.744±0.07(95.5%1
0.587~0.044 (8O.96% )
0.745~0.024(94.78% )
0.679~0.082(89.1l% )
0.733~0.029(9I.74% )
O.6ll±0.094(83.13% )
0.70l±0.036(88.85% )
0.66~0.027(86.84% )
0.68~0.O5(90.O6%1
O.7l5±0.O2(94-3% )
0.65~0.029(91.04% )
O.6l±0.024(78.9% )
O.719±0.035(9o.89% )
0.724~0.03(98.5%1
O.8 12~0.O2(97.72%1
0.766~0.O2(94.8%1
741±0.02(94_39%)
0.80~0.025(98.76% )
0.747~0.068(99.46% )
0.725~0.O6(93.O7%1
0.673~0.O4O(88.6% )
0.756~0.037(96.18% )
0.625~0.08(82.O2% )
0.76~0.O42(95.12% )
0.687~0.08(93.47% )
O.7 14~0.027(9O.49% )
O.63 l±0.025(83.O3%)
0.643~0.o4(85.1 7%1
0.725~0.08(95.6% )
0.644~0.036(9O.19% )
0.689~0.026(89.13% )
0.752~0.027(95.O%)
O.68l±0.Ol7(92.65%1
O.8l5±0.Ol(98.07%1
0.747~0.008(92.45%、
O.76±O.01 9(96.82%)
O.8l±0.026(10o% )
O.75l±0.O42(10O% )
0.779~0.058(1OO%1
0.725~0.037(1OO%)
0.78~0.040(10o% )
0.762~0.036(1O0% )
0.799~0.019(100% )
0.735~0.033(10O% )
0.789~0.Ol9(10o% )
0.76~0.0l3(10o%)
0.755~0.014 flo0%1
0.758~0.038(10o% )
O.714~0.033(1OO% )
0.773~0.019(10O% )
O.8o8±0.02 6(1o0% )
0.735~0.Ollfl0o%、
O.83 l±0.Ol(10o%1
0.808~0.O6(10o%1
0.785~ 04(10O%)
3 讨论
大气污染对植物的影响 城市的大气污染已对绿化植物的生理生化特性产生了不
良的影响,在以粉尘和工业废气 (主要是 SO )为主要污染源 的工业点和汽车尾气 (主要是
NO )为主要污染源的交通点栽种的绿化植物,其光合色素含量和 PSII功能比作为对照的公
园对照点都有不同程度的下降。其降幅与试验点大气污染物综合污染指数的大小及其主要
污染物成分有关。Tanaka和 Sugahara报告 SO 导致菠菜叶绿素的降解[81。我们观察到有些
生长于交通点和工业点的绿化植物叶片呈现局部失绿枯黄、落叶和落花的症状,出现明显的
色素氧化降解现象。前人在模拟单一的大气污染物如 SO 或 SO /NaHSO3与 CO 复合作
用,对植物叶绿体的影响已有较多的研究。如证明 SO 抑制菠菜的光合磷酸化、全链和 PS I
的电子传递活性[91;单细胞盐藻的光合作用在强光和 SO3 。的处理下先受抑制,使 qP和 PS
I降低 。ol。本文比较了生长于不同污染点的 l9种绿化植物的一些生理特性 ,进一步证明
了在自然的复合污染系统中,大气污染物的增加使叶片的色素降解,PSII活性受抑制,并已
轻微影响膜的完整性和稳定性。因此,控制污染源的排放量是控制大气污染加剧和改善城市
绿化景观的重要措施之一。
不同植物对大气污染响应的差异 本文 比较了 l9种绿化植物对不 同大气污染的
响应,无论是从色素的抗氧化 降解或是细胞膜的稳定性 ,还是 PS I的原初光化学效率变化
都表明榕树类的印度胶树、榕树、黄榕抗汽车尾气污染与抗工厂废气的能力都较强。结果与
一 “融 孵 掰
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第 4期 彭长连等:城市绿化植物大气污染的响应 327
孔国辉等用 SO2、C12等室内薰气所得的结论一致同。除此之外,还有一些新的较有推广前景
的植物对工厂废气和汽车尾气有较强的抗性,如海南红豆、山玉兰、灰莉、桃花心木、牛乳树
等。而 目前华南地区较为广泛应用的绿化植物如木棉和大红花 (朱槿 )对这两种污染都较敏
感,单纯从抗污染的角度来说,不宜推广为城市绿化树种 。因此城市绿化除了考虑栽种植物
树形的美观等因素之外,还要考虑其抗污染能力。
以叶绿素荧光为探针来探讨绿化植物对大气污染的响应 由于叶绿素荧光技术属
于生物物理方法。对测试样品无破坏性,反应灵敏,测定快速””,已在植物环境生理研究中被
广泛应用。叶绿素荧光参数的变化表现在出现损伤症状和生长指标改变之前,具有明显的优
点和可预测性。从本文中叶绿素荧光参数 FV/Fm的下降与样点污染程度加剧之间的一致性,
以及 l9种植物的荧光参数对大气污染响应的规律性差别,进一步验证此技术应用的可行
性,甚至当人们不了解大气污染的实际数值时,通过对不同试验点中同类植物的叶绿素荧光
测定,将可定性地评估其受污染的程度,为大气环境质量的评价提供重要依据。
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