生态环境及环境污染的监测方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种生态环境及环境污染的监测方法，具体是一种通过检测植物叶片光诱导延迟发光衰减速率来监测生态环境及环境污染的方法。本发明还涉及了实施该方法的装置。

背景技术

随着世界各国环境保护法规对大气质量和各类污染源的监控越来越严格，为了适应这一要求，各种环境检测手段都得到了迅速的推广，尤其是光学检测技术。使用光学技术的远程监测仪器与目前普遍使用的点监测仪相比，迅速得到推广。目前在环境监测技术中主要是使用远程感测仪器，它是根据光谱吸收原理，在红外、可见和近紫外光谱范围内进行检测。现在被广泛使用的红外仪表主要为非扩散红外仪(NDIR)。非扩散红外仪使用光过滤器选择所要监测的分子吸收辐射的光谱范围。但是它在任意时间内只能测量一种污染气体，由于光谱分辨率不是很高，因此，容易受到其他气体的干扰。并且，在一些检测中，灵敏度不是很高。

发明内容

发明者经研究发现：对于相同健康状况的同种植物叶片(旗叶前一叶)，其光诱导延迟发光强度随时间的衰减速率具有一致性(衰减速率在相同温度下测定)；具有相同光合速率的同种植物叶片的延迟发光强度随时间的衰减速率在误差允许范围内几乎相同；植物的光合速率与其所生长的环境有很直接的关系。总的来说：植物当其生长在污染较重的环境中时，叶片的光合速率比良好环境中的光合速率要低，相应的叶片的光诱导延迟发光随时间的衰减较慢；反之，叶片的光诱导延迟发光随时间的衰减要快。

衰减方程为I＝I₀e^-(t+t0)/τ，其中I₀为植物叶片光诱导延迟发光衰减的初始光强度值，它决定于植物叶片本身的健康状况和测量延迟发光条件：叶片的暗适应时间、激发光波长、激发光强度、激发时间、延迟时间、样品测量时的温度等因素。虽然它在测量条件固定的情况下能够反映植物本身的健康状况，但是由于影响测量结果的因素很多，几乎不能准确的测定它；t₀为激发后开始测量前的延迟时间，t为衰减时间；τ是衰减时间常数，它反映延迟发光衰减的快慢即衰减速率。在叶片发育正常的条件和测量条件固定(暗适应10min，激发时间4s、延迟10s，25℃)时，旗叶前一叶τ值的范围为3～4.74，其值大于4.8时植物生长的环境对植物已有胁迫作用。其数值可以反映环境的污染程度。

经过研究发现，测量在激发植物叶片产生光诱导延迟发光延迟10s后60s内的强度变化曲线，其衰减速率具有特异性，据此测量植物叶片在前60s的衰减速率，可以比较准确的测量环境的污染程度。

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺点，提供一种通过检测植物叶片光诱导延迟发光衰减速率来监测生态环境及环境污染的方法。

本发明的另一个目的是提供实施该方法的装置。

为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种生态环境及环境污染的监测方法，包括如下步骤：

(1)将待测环境中生长植物的旗叶前一叶置于暗室，暗适应5～10min；

(2)用光强为2750～5500lux、波长范围为400～760nm的可见光激发光源均匀辐照叶片0.2～20s，诱导叶片叶绿体产生较长时间的延迟发光；

(3)关闭激发光源后延迟t₀，利用光接收组件接收此来自叶片的延迟发光信号，并将其转换成电信号；

(4)将电信号通过模数转换器转换为数字信并输入计算机；

(5)利用数据处理软件对数字信号进行数据处理，得到叶片的延迟发光强度随时间的衰减；

(6)在数据处理软件中利用指数衰减拟合衰减曲线，得到叶片延迟发光衰减速率常数τ；

(7)将此光诱导延迟发光随时间衰减速率τ与已知速率比较，得到该环境的污染程度。

实施上述检测方法的装置主要包括可见光激发组件、光接收组件、数模转换器、计算机；光激发组件与计算机之间电连接、光接收组件与数模转换器之间电连接、模数转换器与计算机之间信号连接。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

由于环境污染物质是从叶片上的气孔进入植物体内，对植物的侵害首当其冲的是对植物细胞的侵害，表现为植物叶片光合速率的下降，从而引起光诱导延迟发光衰减速率τ变化，即使是很轻微的污染。其次才是人能感觉得到或者是眼睛看的见的各种伤斑。所以通过测量植物光诱导延迟发光衰减速率来监测环境的污染具有灵敏的特点。由于同种植物对不同污染物的敏感程度不同，因此通过测量敏感植物叶片的光诱导延迟发光的衰减速率，可以对多种污染进行监测。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为实施例1中的一种装置结构示意图；

图3为实施例1中花生叶片在不同pH值酸雨的作用下光诱导延迟发光衰减速率曲线；

图4为实施例2中大豆叶片在不同浓度下SO₂气体的作用下光诱导延迟发光衰减速率时间的变化曲线。