书城科普读物人与环境知识丛书:关注明天的阳光
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第16章 酸雨污染(3)

酸雨会对森林植物产生很大危害。酸雨损伤树叶,阻碍植物的光合作用,使树叶枯黄脱落。全欧洲约有14%的森林受酸雨危害,德国高达50%。德国人常自豪地称自己的国家为“黑森林王国”,可是由于酸雨肆虐,现在黑森林已变成了黄森林,墨绿的树叶泛黄脱落,很多树冠完全脱光,只剩下光秃秃的枝,在凄风苦雨中呻吟挣扎。所以,德国人把酸雨称作“绿色的鼠疫”。美国的世界观察研究所在一份研究报告中指出,因酸雨引起的世界范围的森林毁灭,就木材的损失估计,每年超过100亿美元。

根据国内对105种木本植物影响的模拟实验,当降水pH值小于3.0时,可对植物叶片造成直接的损害,使叶片失绿变黄并开始脱落。叶片与酸雨接触的时间越长,受到的损害越严重。野外调查表明,在降水pH值小于4.5的地区,马尾松林、华山松和冷杉林等出现大量黄叶并脱落,森林成片地衰亡。例如重庆奉节县的降水pH值小于4.3的地段,20年生马尾松林的年平均高度生长量降低50%。重庆南山风景区约3万亩马尾松发育不良,虫害频繁;20世纪80年代约有1万公顷马尾松枯死,几经防治,毫无效果。四川万县有华山松97万亩,其中60万亩受到不同程度伤害;而奉节县有9万亩华山松,90%枯死。四川名胜峨眉山,风景绮丽,全靠山深林秀。但近10年来,冷杉林成片死亡;七里坡接引殿一带,有4%的树木枯死;金顶附近600亩树林几乎全部死绝,光秃秃,景观全非。

酸雨使树木枯死

酸雨对森林的影响,在很大程度上是通过对土壤的物理化学性质的恶化作用造成的。在酸雨的作用下,土壤中的营养元素钾、钠、钙、镁会释放出来,并被雨水淋溶掉。所以长期降酸雨会使土壤中大量的营养元素流失,造成土壤中营养元素的严重不足,从而使土壤变得贫瘠。此外,酸雨还能使土壤中的铝从稳定态中释放出来,使活性铝增加而有机络合态铝减少。土壤中活性铝的增加,会严重地抑制林木的生长。

酸雨会抑制某些土壤微生物的繁殖,降低酶活性。土壤中的固氮菌、细菌和放线菌等也明显受到酸雨的抑制。酸雨还可使森林的病虫害明显增加。在四川,重酸雨区的马尾松林的病情指数为无酸雨区的2.5倍。

酸雨对我国森林的危害主要是在长江以南的省份。根据初步的调查统计,四川盆地受酸雨危害的森林面积最大,约为28万公顷,占有林地面积的32%。贵州受害森林面积约为14万公顷。根据有关研究显示,仅西南地区由于酸雨造成森林生产力下降,共损失木材630万立方米,直接经济损失达30亿元。对南方11个省的估计,酸雨造成的直接经济损失可达44亿元。

现在大多数专家认为,森林的生态价值远远超过它的经济价值。虽然对森林的生态价值的计算方法还有一些争议,计算出来的数字还不能得到社会的普遍承认,但森林的生态价值超过它的经济价值,这一点,几乎已达成共识。根据计算结果,森林的生态价值是它的经济价值的2~8倍。如果按照这个比例来计算,酸雨对森林危害造成的经济损失是极其巨大的。

二、酸雨对湖泊的污染

湖泊的底部基岩一般是碳酸氢盐,会以碳酸氢盐的形态慢慢溶入湖水中,另外,有的湖泊中还含有一些有机碱,所以,湖水呈现为一定的弱碱性或中性。在酸性物质进入到湖泊中以后,会逐渐中和掉水体中的碱性离子。因此,水体碱度大,酸中和能力就大,其对酸性物质的缓冲能力就大,可容纳更多额外增加的酸。

如果某一地区的酸雨污染比较严重,就会有源源不断的酸性物质落入到湖泊中,总会有所有的碱性物质都被中和完了的时候,这时湖泊中继续增加酸性物质,就说是发生了湖泊酸化。如果说一个湖泊的碱性被酸性物质中和还是一个缓慢的过程,需要数年的时间,那么,在碱性物质被中和完以后,湖泊的酸化就发生得很快,可能一年之内就会发生酸化。

湖水pH值在6.5~9.0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值低于5.0时,流域内的土壤和水体底泥中的金属(例如铝)就会被溶解进入水中,毒害鱼类,使其繁殖和发育受到严重影响,大多数鱼类不能生存。因此,湖泊酸化会引起鱼类死亡。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。

草本食物是一些鱼、虾类生活的基础。湖水酸化,水生生物种群将减少,例如某湖酸化后,绿藻从26种减至5种,金藻由22种减至5种,蓝藻由22种减至10种。俗语说,大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米,虾米吃滋泥,其实滋泥中就含有大量水生生物,鱼虾离开了水草和水生生物,好比鸟兽离开了森林。因此,从生态食物链角度来看,湖泊酸化,也将使鱼虾难以生存。

另外,水体酸化还会导致水生生物的组成结构发生变化,耐酸的藻类、真菌增多,而有根植物、细菌和无脊椎动物减少,有机物的分解率降低。因此,酸化的湖泊、河流中鱼类减少。例如美国东部阿迪朗达克山区,海拔700米以上的湖泊,目前半数以上湖水pH值在5以下,90%已无鱼。而在1929~1937年间,只有4%的湖泊是无鱼的。现在瑞典18000多个大中型湖泊已经酸化,其中约4000个酸化严重,水生生物受到很大伤害。加拿大有5万个湖泊正面临成“死湖”的危险。环保专家认为,在未来20~50年内,全美湖泊的酸度将增加5~10倍。

三、酸雨对农作物的影响

酸雨可导致土壤酸化,酸化的土壤肥力减退,会导致农业减产。日本的调查表明,酸雨使某些谷类农作物减产30%。在美国,酸雨使农作物每年损失10多亿美元。据我国农业部门统计,全国受酸雨侵害的农田达530万公顷,每年损失粮食63亿千克。

土壤中含有大量铝的氢氧化物,土壤酸化后,可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子,形成植物可吸收的形态的铝化合物。植物长期和过量地吸收铝,会中毒,甚至死亡。

酸雨会加速土壤矿物质营养元素的流失;改变土壤结构,导致土壤贫瘠化,影响植物正常发育;酸雨还能诱发植物病虫害,使作物减产。

酸雨可使土壤微生物种群变化,细菌个体生长变小,生长繁殖速度降低。如分解有机质及其蛋白质的主要微生物类群芽孢杆菌、极毛杆菌和有关真菌数量降低,会影响土壤中营养元素的良性循环,给农业生产带来危害。酸雨可降低土壤中氨化细菌和固氮细菌的数量,使土壤微生物的氨化作用和硝化作用能力下降,对农作物大为不利。

1982年6月18日,重庆下了一场pH值为3.9的强酸雨,某乡上万亩水稻叶片迅速变成赤色。这场灾害使水稻的产量损失40万千克。

酸雨对农作物的伤害可以分为急性伤害和慢性伤害两种。急性伤害,通常是指农作物与强酸雨或高浓度二氧化硫等污染物接触,其叶片在短时间(1~3天)内出现细胞死亡,严重者出现枯叶、枯枝、枯梢和枯株。这种情况只在实验室和土法炼硫窑附近见过。慢性伤害,一般系指农作物长期与弱酸雨或低浓度的二氧化硫等污染物接触,其叶色失绿或色素变化,破坏作物细胞正常代谢活动,导致细胞死亡,其可见伤害症状为过早落叶等。一般酸雨地区或二氧化硫长期超标地区,会发生这种情况,这也是大面积农作物减产的原因。

酸雨对农业的影响大小,还与酸雨发生地的土壤酸碱度、种植的不同农作物的耐酸性有关。

以我国为例,酸雨对南方农业收成的影响大于对北方的影响。这是因为我国南方土壤本来多呈酸性,再经酸雨冲刷,加速了酸化过程;而北方土壤呈碱性,对酸雨有较强的缓冲能力。

科学家对不同农作物对酸性物质的耐受能力做过实验,他们在实验室内用一定剂量的二氧化硫去熏不同农作物,一段时间之后,不同农作物所受到的伤害完全不同。因此,科学家把农作物分为敏感性农作物、中等敏感性农作物和抗性农作物三类:敏感农作物有大麦、棉花、大豆、菠菜、胡萝卜和辣椒等;中等抗性农作物为小麦、菜豆、花生、黄瓜、油菜和番茄等;抗性农作物为水稻、玉米和马铃薯等。

以蔬菜为例,在pH值为3.5的高酸性环境里,酸敏感蔬菜番茄、芹菜、豇豆和黄瓜产量可下降20%;而有中等敏感性的生菜、四季豆和辣椒产量下降10%~20%;抗酸性较强的青椒、甘蓝、小白菜、菠菜和胡萝卜的产量下降低于10%。

四、酸雨对建筑物的影响

酸雨对建筑物有多方面的危害:腐蚀建筑外墙外露构件油漆、石材幕墙、外墙砂浆和灰砂砖,使混凝土碳化,使金属结构锈蚀。特别是许多以大理石和石灰石为材料的历史建筑物和艺术品,耐酸性差,容易受酸雨腐蚀和变色。

受酸雨损坏的文物古迹

酸雨降下时,大理石中的碳酸钙会和含有二氧化硫的酸雨发生化学反应,产生硫酸钙,部分硫酸钙会进入大理石粒状间的隙缝,以结壳形式沉积于大理石的表面,然后逐渐脱落,所以大理石的建筑物最怕遇到酸雨。

除了大理石的建筑物以外,镀金顶的建筑物或是置于室外的青铜艺术品等,也是酸雨喜欢侵蚀的对象。酸雨打在含金属性质的建筑物和艺术品表面时,氧可以在金属表面轻易取得电子而发生化学反应,金属表面因而不断被氧化,逐渐被腐蚀。

酸雨严重的地区,古迹损坏速度正在加快。希腊帕提侬神庙的女神像,由于酸雨淋蚀,女神一个个变得污头垢面,衣衫褴褛。最近40多年来,雅典因酸雨污染造成的珍贵文物损失,比过去400年的总和还要多,意大利罗马44米高的古文物特拉扬石柱,上面雕刻了2500个形态各异的人像,在酸雨的淋蚀下,群雕变得模糊难辨。古希腊和古罗马的许多古迹,均以大理石为建筑材料,其主要成分是碳酸钙,当酸雨降落时,其表层碳酸钙变成硫酸钙或硝酸钙,脆裂剥落。埃及金字塔和狮身人面像,自从进入20世纪以来,已被酸雨侵蚀得弱不禁风,柬埔寨吴哥寺、意大利威尼斯城、印度泰姬陵、英国圣保罗大教堂等等,珍贵的历史遗迹,如今都难以抵挡酸雨的袭击。50多年前,我国北京故宫太和殿台阶拉杆及其石柱上的浮雕,花纹清晰,现已模糊不清,有些甚至失去造型轮廓。

五、酸雨对人体健康的影响

当空气中存在酸性物质时,就会对人体的健康构成伤害。比如,空气中的二氧化硫浓度如果达到400毫克/升时,就会置人于死地。而硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫的毒性要高10倍,其微粒可侵入人体的深部组织,引起肺水肿和肺硬化等疾病而导致死亡。当空气中含0.8毫克/升硫酸雾时,就会使人难受而致病。1952年冬,伦敦发生“杀人烟雾”事件,死亡4000人,生病者更是不计其数,其罪魁祸首就是酸雾。

一般来说,人体的耐酸能力高于耐碱能力,如经常用弱碱性洗衣粉洗衣服,不带手套,手就会变得粗糙,皮革工人经常接触碱液,也有类似情况;但皮肤角质层遇酸就好一些。可是,眼角膜和呼吸道黏膜对酸类却十分敏感,酸雨或酸雾对这些器官有明显刺激作用,导致红眼病和支气管炎,咳嗽不止,尚可诱发肺病。尤其是对于一些体质比较弱的人来说,要特别提防酸雾,因为它可以吸入体内,对呼吸道黏膜会造成损害,引起呼吸道疾病。

人的皮肤也会受到酸雨的伤害。当下比较小的雨的时候,很多人都不打伞在雨中漫步,这在酸雨区的话是非常错误的。有专家指出,人体的不断老化,其实就是一个被氧化的过程;而酸雨中含有强氧化剂,会加速皮肤老化。另外,酸雨落到人的头上,还可能会导致脱发的发生。

以上还都是酸雨对人体的直接伤害,酸雨对人体造成的间接伤害更为严重。河水中的有毒金属如汞、铅等由于酸雨的作用而被引入食物链危害人体。儿童因饮用酸化的水会导致腹泻。曾有科学家认为,酸雨可导致癌症、肾病和先天性缺陷患者大量增加。饮用酸化的地面水和由土壤渗入金属含量较高的地下水,食用酸化湖泊和河流的鱼类对人体健康可能产生危害。

在一般情况下,金属铝牢固地包裹在土壤中,不被水溶解。但酸雨使土壤中金属铝活化,以离子形式或其他易溶物形式流入江河湖海,对淡水鱼产生危害,人食用后也有危害。在酸化的地下水中,铝、铜、锌和镉的浓度常常比中性地下水高l~2个数量级,饮用水管道被酸性地下水腐蚀,将进一步使铝、铜、锌、镉等溶入水中,在人体内积聚有害重金属。

地球的南极和北极,终年冰雪,罕见人至,但20世纪80年代,挪威科学家在北极圈内大面积地区都测到酸雨(酸雪)。哪儿来的?他们认为是苏联南部工业区排放的大气酸性物质,随气流飘移了几千千米到达此地。后来在南极地区也有人曾收集到pH为5.5的酸性降水。这些酸性降水所含的酸性物质,可能来自更远的距离。看来,酸雨不但没有国界,也没有洲界。