（环境科学专业论文）苔藓中重金属和叶绿素含量的空间变化.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t t w os a x i o c o l o u sm o s s e s ( h y p n u mp l u m a e f o r m e a n d h a p l o c l a d i u m m i c r o p h y l l u m ( h e d w ) b r o t h ) i i lt h et h r e e d i f f e r e n tr e g i o n so fl u s h a n ( d i f f e r e n t a l t i t u d e sa n dd i f f e r e n ts c e n e r y ) ，n a n c h a n g ( n a n c h a n gp l a n t ，t o r c h eg a r d e n ，j i a n g x i n o r m a lu n i v e r s i t y , j i a n g x iu n i v e r s i t yo ff i n a n c ea n de c o n o m i c s ，n a n c h a n gi n s t i t u t eo f t e c h n o l o g y , p e o p l e sp a r k ，b e a ns p r o u t sl a n e ) ，w u c h e n g ( l a k et i n gw a n g ，a v i a r y p a r k lw e r eu s e dt os t u d yt h ec h a n g e so fh e a v ym e t a l ( c u 、p b 、c r 、m n 、z na n dc d ) a n dt h ec h a n g e so fc h l o r o p h y l lc o n t e n ti nt h eb o d i e so ft w op o l l u t e de n d u r e d m o s s e s u n d e rd i f f e r e n ts p a c e t h er e s u l t so fe x p e r i m e n ts h o w e dt h a tf r o mw u c h e n g 、l u s h a n t on a n c h a n g ， t h ec o n t e n t so fh e a v ym e t a li nt h eb o d i e so ft w os a x i o c o l o u sm o s s e s h a da n i n c r e a s i n gt e n d e n c y t h i ss h o w e dt h a ta i rp o l l u t i o nb e c a m es e r i o u s b yt h ep r i n c i p a l a n a l y s i so nt h ec o n t e n to fh e a v ym e t a li nt h eb o d yo fh y p n u mp l u m a e f o r m eu n d e r d i f f e r e n th e i g h ti nl u s h a n ，u n d e rl o wb e l to f14 0 0 m h e a v ym e t a li nt h eb o d yo f h y p n u mp l u m a e f o r m ew a sa s s o c i a t e dw i t ha l t i t u d e ，w i n ds p e e d ，s l o p ei n c l i n a t i o n ， s t r u c t u r eo fr o c ka n dn e tp r i m a r yp r o d u c t i o n ( n p p ) t h e r e f o r e ，h e a v ym e t a lc o n t e n t s i nt h eb o d yo fh y p n u mp l u m a e f o r m ei sd i f f e r e n t i nt h r e er e g i o n s ，t h ec o n t e n to f h e a v ym e t a li nt h eb o d yo f m o s s e sh a dag a pi nd i f f e r e n ts p o t ，i n d i c a t i n ga i rp o l l u t i o n h a das p a t i a lg a pi nt h es a m er e g i o n t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h es a m e m o s s s a m p l e s ，u n w a s h e dm o s si nt h eh e a v ym e t a lc o n t e n tw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a n t h a to ft h es a m p l e sw h i c hh a db e e nw a s h e d i ng e n e r a l ，h e a v ym e t a li nt h eb o d yo fm o s sb e c a m eh i g h e ru n d e rd i f f e r e n ts p a c e ， t h et o t a lc h l o r o p h y l l ，c o n t e n t so fc h l o r o p h y l laa n dc h l o r o p h y l lbw e r ea l lo b v i o u s l y d e c r e a s e d an e g a t i v ec o r r e l a t i o nf r o mh e a v ym e t a l ( c u 、p b 、c r 、c d 、m n ) a n d c h l o r o p h y l lc o n t e n ta n ds o m es h o w e ds i g n i f i c a n ta n dh i g h l ys i g n i f i c a n tn e g a t i v e c o r r e l a t i o n ；o n l yd i dz n s h o wa w e a kp o s i t i v ec o r r e l a t i o n s oz nc o n t e n t sh a dn o ty e t r e a c h e dt h eg r o w t ho fm o s ss t r e s sl e v e l w i t ha i rp o l l u t i o ng r a d eb e c o m ed e e p e r ， c h l o r o p h y l li nt h ef 扒1 f a c t o r so fa f f e c t i n gt h es y n t h e s i so fc h l o r o p h y l li nt h em o s s b o d y , i na d d i t i o nt ot h ee x t e n to ft h ei m p a c to f a i rp o l l u t i o n , 1 h i c hh a da l s ob e e n i i i a b s t r a c t v i s i b l ei l l u m i n a t i o n 、a i rh u m i d i t ya n dg r o w i n gh e i g h t ，r e s u l t i n gi nan u m b e ro f r e g i o n a ld i f f e r e n c e s a n a l y s i so ft h ec h a n g eo fh e a v ym e t a la n dc h l o r o p h y l lc o m e m i nm o s su n d e rd i f f e r e n ta i rl e v e lw h i c hi su s e dt op r o v i d e dab i o i n d i c a t i o nb yt h e e x t e n to fe n v i r o n m e n tp o l l u t i o n k e y w o r d ：a t m o s p h e r i cd e p o s i t i o n ；m o s s ；h e a v ym e t a l ；c h l o r o p h y l l i v 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：重幽式签字日期：夕哲年参月2 乞日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解壶昌太堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：菱尼烈 签字日期：朋年月22 , e i 导师答名：产 签字日期：8 年么月，二日 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 引言 近年来随着城市化和工业化的快速发展，环境污染日益加重，重金属污染 已成为全球环境污染的重要污染源，它能直接或间接地给人和动植物造成严重 危害，还有学者提出了重金属污染是一种典型的“化学定时炸弹【1 1 ，因此迫切 需要灵敏的指示生物来反映环境中的重金属污染的程度及改变，人们在防治和 应用监测的过程中，生物监测和生物指示被逐渐证实是一种灵敏而简洁的方式。 苔藓植物由于具有结构简单、吸附力强、易对污染物因子作出反应，同时取材 容易，调查方法简便等优点，因而作为一类对环境污染反应敏感的指示植物在 世界各国得到广泛使用。1 9 6 8 年，在荷兰召开的第一届关于大气污染对于动植 物影响会议上，苔藓植物由于容易处理，对空气污染物的专一范围广，被推荐 供普遍用作污染的生物学指标【2 1 。自从二十世纪七十年代开始，苔藓种属中的塔 藓和赤茎藓被广泛里应用在环境质量的监测【3 5 】，值得广泛深入的研究。植物作 为自然界的主体之一，在对重金属污染的研究中发挥了不可替代的作用。过量 的重金属在植物的根、茎、叶及果实中大量累积，不仅严重影响了植物的生长 发育，而且引起一些相应的生理变化。苔鲜植物具有特殊的形态结构和生理特 征，使其能适应恶劣的自然生境，却难以长期有效防御人为污染的侵害，因此， 常作为城市环境污染的指示者。附生苔藓没有疏导组织，排除了植物体与土壤 之间的物质交换，受到基质的差异的影响相对较小。同时整个植物体长期暴露 于空气中，积累大气污染物的能力强，更易受污染物的伤害，本研究以长期生 活在空气下的石生苔藓为实验材料，在不同空气污染下，分析不同空间下石生 附生苔鲜中的重金属与叶绿素含量的变化关系。 1 2 苔藓的生物特性和结构 苔藓植物是一种结构简单的绿色植物，是水生向陆生的一种过渡形式，是 高等植物中最原始的类群。它生命力强，能忍受恶劣的环境条件，在高温、高 寒、干旱和弱光等其它陆生植物难以生存的环境中生长繁衍，被誉为先锋植物 和拓荒者。苔藓植物通常个体低矮，解剖构造简单，只由单层或少数几层细胞 第一章文献综述 组成。无真正的根( 只有具支撑作用的假根) 和维管束组织，表面积大。植物 体表无蜡质的角质层被覆，其背腹面均可直接接受空气中的污染物。由于其具 有植物体近轴端腐烂( 即植物体接近地面的部分腐烂) 、组织根本不与地表接触 等特殊生理现象，所以不从土壤或基质中吸收营养成分，而直接在体表进行气、 水、营养物质等的交换，其营养物质主要来自雨水和露水及大气尘埃撞击的沉 积物。尤其是那些树干上附生的种类，几乎完全不受其基质的干扰，因而它们 对大气污染特别敏感，能很迅速地将浓缩于雨水与露水中的污染物质借其特定 的受害病症反映出来，但是现实生活中往往很难采到树生，一般用石生代替。 据研究，苔藓植物对大气污染物的敏感性高出种子植物1 0 倍之多。另外，苔藓植 物由于分化程度低，植物细胞生长势相对旺盛，常在茎、枝先端生长点休眠或 死亡之后，更刺激茎、枝下部的分生组织的发育，促使迅速发展出新的枝条茁 长，以保持终年的常绿，因此可提供具代表性与应用性的全年性的指示与预报。 无性生殖在苔藓植物生活史中占有重要的地位，这种繁殖方式对种群的发 展和维持及种群的扩散非常重要1 6 】。尤其在空间上瞬变的、开放的、极端的或不 可预测的环境中，苔藓无性生殖具有明显优势，能够在较短时间内建立有效种 群，占据生态位，其生存能力甚至超过维管植物。如在干旱环境中，种群密度 在短时间内很难达到饱和状态，受精几率更低，种群发育和维持主要依赖无性 生殖【7 9 j 。在自然状态下苔藓植物大部分的芽都是由无性生殖产生的，而无性繁 殖体总是由配子体分化发生，实验证明苔藓植物配子体的任何部位几乎都能再 生形成新的植株【l0 1 。 1 3 苔藓植物富集重金属污染物质的机制 德国波恩大学植物学家弗拉姆教授和他的同事经研究证明，苔叶上大量的菌 类可以消化细尘中含重金属的有害物质，将其无害化。实验证明，每平方米苔 藓每年可吸收2 0 克有害细尘，从而将环境大气中的金属微粒吸附到植物体表面 上，达到生物吸附，富集污染物的效果。 苔藓植物叶子无角质层，体内无输导组织，苔藓暴露于污染物时，叶表面 直接吸收离子，而无过滤作用，吸收机制有两种：离子交换和微粒捕获。 r i c h a r d s o na n dn i e b o e r ( 1 9 8 1 ) 及硒c h a r d s o n ( 1 9 9 2 ) 的研究表明【l i 眩】：在苔藓植物体 细胞壁上存在一些带负电荷的离子交换位点，具有类似离子交换树脂的作用， 2 第一章文献综述 可以吸附金属离子并释放氢离子和其它一些与该交换位点结合力弱的金属离 子。苔藓植物具有很强的阳离子交换能力( c e c ) 1 3 】，能从周围环境中有效地 吸收金属离子。如在泥炭藓细胞壁合成过程中就可以形成糖醛酸为基础的离子 交换位点，泥炭藓中糖醛酸含量可达其干重的2 0 3 0 ，结合离子的能力达到 9 0 0 1 5 0 0 m o u g ，相当于人工合成离子交换树脂的1 1 0 l 3 。1 9 7 5 年，c l o u g h 【1 4 】 在一系列风洞实验中确认微量元素在苔藓中的吸附和持留作用非常大，该作用 在死苔藓中也存在，其原因是由于苔藓的多毛分枝结构。b r o w n ”】指出苔藓植物 对金属离子的吸附作用包括胞外离子交换吸附和胞内离子吸收两种形式。其中， 苔藓植物对金属离子的胞外离子交换吸附是一个快速、主动的物理化学过程， 不受苔藓生理活动的影响【幡r 7 1 。将苔藓或地衣放在金属盐溶液中，不需要提供 能量在数分钟内便开始进行离子交换，该过程中金属离子被吸收和氢离子被释 放的过程可表示为： m 2 + 2 h a = m a + a + 2 h 式中：m 2 表示进入细胞的金属离子；h 表示被释放的氢离子；h a 表示固 定的质子化了的阴离子功能团，即离子交换部位；m a 表示与功能团相连接的金 属离子。相反，苔藓对金属离子的胞内吸收则是一个缓慢的过程，随时间的增 加，吸附量增多，此外其吸附速率还受温度及苔藓种类影响。一般苔藓植物并 不将金属物质直接吸收到细胞中去，而是以离子交换或以微粒的方式将金属累 积在细胞之外。此外，苔藓植物能将金属微粒吸附到植物体表面，用电子显微 镜观察，可见到其配子体表面常常显得很粗糙，或具有许多细小的绒毛，它们 是由被吸附在苔藓植物表面的金属微粒堆积而成。 1 4 苔藓植物体内元素来源研究现状 关于苔藓植物对元素的累积特性，国内外进行了大量的相关研究，它们在 环境监测和评价中的作用也得到了肯定和越来越广泛的应用。早期对苔藓的研 究表明，苔藓植物所含元素主要来源于大气沉降( 降水、尘埃) ，很少来源于地 面基质( 如土壤、矿石等) ，因此苔藓作为大气环境指示生物的理论依据是“苔 鲜只能从大气中吸收元素”这一假设。但是苔藓植物所含元素的来源一直是一 个争论性的问题。2 0 世纪8 0 年代后期，随着对苔藓植物与环境相互关系研究的 深入，人们开始怀疑大气并不是苔藓植物体内元素的唯一来源。国内外对苔藓 3 第一章文献综述 植物体内元素特别是重金属元素的来源问题进行了一些研究。国内对苔藓植物 环境监测作用的研究开展得比较晚。7 0 年代末开始关注苔藓植物对大气污染的 敏感性。8 0 年代，此方面的研究多是利用苔藓对大气中的二氧化硫进行评价， 及利用苔袋法监测大气沉降物。9 0 年代以来，利用苔藓植物来监测和评价大气 污染的应用范围在扩大，对监测采用的苔藓种类也有进一步的细分和比较，且 研究的重点从二氧化硫转移到重金属元素。但对于苔藓植物吸收重金属元素的 影响因素及苔藓体内元素的来源研究得相当少。安丽等【1 8 】研究表明小羽藓属苔 藓植物体内重金属含量与土壤重金属含量存在一定的相关性，c r 和c u 与土壤相 关性较为显著，其它元素受土壤基质的影响较小。 国外这方面的研究比较深入，从七十年代开始进行了一系列关于苔藓植物 体内元素来源问题的研究，通过大范围的采样与多种途径的分析，逐渐得出一 些比较确定的结论。1 9 9 7 年，b e r g 等【1 9 l 将苔藓体内元素的来源主要分为5 大类 型： 1 ) 从大气中转移的元素，如v 、z n 、a s 、s e 、m o 、a g 、c d 、s n 、h g 、t i 、 p b 、b i 等元素： 2 ) 从本地矿源而来的元素，如c o 、n i 、c u 等元素； 3 ) 自然循环过程中，主要由海浪的转移、从海岸来的生物作用产生释放出 来的元素，如b 、n a 、m g 、c i 、c a 、s e 、b r 、s r 等元素； 4 ) 从维管束植物中获取的元素，如m n 、r b 、c s 、b a 等元素； 5 ) 从矿物颗粒、扬尘而来的元素，如l i 、m 、s c 、t i 、c r 、f e 、g a 、g e 、 r b ，y ，z r ，n b ，l a 、c e ，p r ，n d ，e u ，g d ，t h ，d y ，h o ，e r ，t m ，y b ，l u ， h f , t a 、g a 、t h 、u 等元素。 总的来说，苔藓植物体内金属元素主要有大气沉降和生长基质两种来源。 1 4 1 大气沉降 大气中的重金属污染物主要来源工业生产，汽车尾气排放及汽车轮胎磨损 产生的大量含金属的有害气体和粉尘等【2 0 1 。早期研究就已表明苔藓植物体内的 重金属主要来源于大气沉降( 包括降水和尘埃) 2 1 - 2 2 1 ，由于苔藓生长基质的近 轴端腐烂，不能与基质表面接触【2 3 1 ，且无真正意义的根和维管组织，因此其体 内富集的重金属元素主要来源于大气沉降带来的降水、扬尘等。近年来的一些 实验研究更证实了这一点【2 睨5 1 。g e r d o l 等在测量意大利北部苔藓植物体内部 4 第一章文献综述 分重金属含量后发现塔藓( h y l o c o m i m ms p l e n d e n s ) 中p b 和c d 含量与当地降水 中的元素存在显著相关性。2 0 0 3 年，a c e t o 等【2 7 】亦在研究中发现意大利p i e d m o n t 地区真藓中的舢、f e 、m g 、m n 、t i 、z n 、a s 、b a 、c d 、c o 、c r 、c u 、n i 、p b 和s r 等重金属的含量与当地大气沉降污染程度密切相关。此外，r i e l e y 等【2 8 j 对 威尔士北部森林中苔藓生态功能研究后指出，树木中的淋溶和雨水中所含的大 气重金属污染物是森林中苔藓植物的主要重金属来源。有研究表明苔藓体内的 重金属与该元素的大气环境浓度及沉降率之间有良好的相关性【2 9 - 3 3 , 1 9 】。 不同的苔藓种类从大气中吸收物质的能力有所不同。某些种类的苔藓，如 羽状苔藓，较容易从大气中吸收营养物质【3 2 】；而有些种类的苔藓，如灰藓 ( h y p n u mc u p r e s s i f o r m e ) 等，受大气影响较弱；还有一些苔藓，如拟金发藓， 由于其特殊的生理构造，能够保护叶面，从大气中吸收极少量物质，而促使植 物体对土壤中营养元素大量吸收【3 4 】。 1 4 2 生长基质 苔藓植物虽然主要从大气中吸收营养，随着人们研究对苔藓植物与环境相 互关系研究的深入，人们发现苔藓的生长基质对苔藓体内多数元素的累积有及 重要的影响。不同的生长基质，或生长基质中的元素含量不同，会影响到苔藓 体内元素含量 3 4 - 3 7 , 2 5 】，因此用作生物监测评价大气污染状况的苔藓，最好采用附 生型苔藓做监测评价材料，以避免因环境因子影响而造成的分析困难。但项汀 等【3 8 】研究表明，在实际工作中，常难采集附生型苔藓，所以在环境条件一致的 情况下，可用其它生长类型的苔藓如土生型苔藓代替。 苔藓植物体内重金属含量与其生长基质有关一直是一个颇具争论性的问 题。目前关于苔藓植物对生长基质中重金属元素的吸收和同化作用也常常被忽 略【3 9 1 。国内祝栋林等【4 0 】研究表明苔藓植物体内的p b 、c u 、c r 和c d 的富集率随 土壤中相关重金属浓度的变化并没有明显一致的规律。但也有研究说明苔藓体 内重金属含量与其生长基质之间存在一定相关性。f i g u e i r a 等【3 6 】以苔藓植物作为 生物监测器研究葡萄牙境内环境重金属污染状况及分布格局时，就针对苔藓体 内重金属含量同当地实际参数如岩性、土壤学、植物郁闭度和气候特征等建立 了关系。o k l a n d 等【4 l 】也证明塔藓组织中重金属元素c d 的含量受其基质土壤营养 状况影响严重。b e r g 等【4 2 】对树附生塔藓植物体内重金属含量进行测定分析，发 现其中m n 、c u 、z n 、r b 、s r 、c s 和b a 等是由附生的维管植物从土壤中吸附之 5 第一章文献综述 后再转移至苔藓体中，说明苔藓植物还能通过高等植物间接吸收土壤中的金属 离子【2 5 1 。 1 5 苔藓植物监测环境重金属污染方法 用苔藓植物监测大气污染特别是重金属污染的方法很多，如化学分析方法、 生态调查法、移植法、苔袋法等。利用苔藓植物来监测重金属污染已经得到了 国内外学者和环境部门的重视，为环境污染的监测提供了一种很好的方法。 1 5 1 化学分析监测方法 由于苔藓植物对环境中的重金属污染物质具有敏感性和很强的吸附能力， 因此，以苔藓为指示植物进行化学分析其组织内的重金属种类和浓度，可以监 测大气重金属污染，并直接测得污染的种类和浓度值 6 1 。用地面苔藓作为材料进 行化学分析并用于环境监测的方法最初在瑞典开始使用。1 9 6 9 年，r u h l i n g 等 2 2 1 人最早采用该方法研究铅污染问题。随后得到了世界各国的广泛采用，f e m d n d e z 等【4 3 1 。对西班牙加利西亚省7 5 个样点采集的苔藓植物进行化学分析，并根据苔 藓植物体内重金属的含量作出了污染分布图，并发现从1 9 9 5 年到1 9 9 7 年，大 气重金属污染状况有所减轻。p o i k o l a i n e n 等m 】对苔藓植物进行化学分析，监测 了芬兰自1 9 8 5 年到2 0 0 0 年大气重金属沉降的变化该方法被欧洲和北美等许多 国家采用，现在已经发展成了成套技术被广泛应用。 1 5 2 苔袋法( m o s s - - b a gt e c h n i q u e ) 苔袋法一种有效、简便、实用的大气污染测定法。苔袋法以苔藓植物为材 料，利用其对于空气中金属污染物毫无选择与排斥的高度吸收与堆积本能，来 监测与分析一地区之金属污染状况。当污染区无苔藓分布，或在人口密集的大 城市或厂区，苔袋法为一种方便有效的监测方法。它最初于2 0 世纪7 0 年代的 英国，用于气传重金属的监测，8 0 年代为世界各国采用【4 5 4 8 1 。本方法主要是用 在监测空气中金属物质污染程度分析上。大量研究报告指出，苔藓植物对环境 中的金属物质如铝( a i ) 、钡( b a ) 、铬( c r ) 、铜( c u ) 、铁( f e ) 、铅( p b ) 、 镍( n i ) 、银( a g ) 、钛( t i ) 、钒( v ) 、锌( z n ) 等的吸附与累积能力比高 等种子植物高很多，也数倍于种子植物。尤其是泥炭藓属的种类( s p h a g n u ms p ) 具有十分强劲与旺盛的水分吸收机制，且植物体表层拥有大量的离子交换官能 6 第一章文献综述 团( f u n c t i o n a lg r o u p ) ，对存在于空气中或浓缩与水分中的金属物质有高的吸附 作用与堆积能力。梅娟等使用苔袋法监测南京市大气中的重金属污染，结果表 明，苔袋中元素c u 、p b 、z n 的含量与大气中该元素的沉降量显著相关【4 9 1 。 f e r n a n d e z 等 5 0 j 使用苔袋法监测了工业区的h g 、z n 、n i 和c r 含量，研究表 明，利用苔袋法可以了解重金属的扩散特点，以及确定该区域的重金属污染源。 1 5 3 生态调查法 生态调查法在测定一广大地区空气污染情况的研究方面是最普通与常用 的。它主要是利用附生苔藓植物与空气污染之间所存在密切的相关关系为基础， 藉以显示空气污染在一地区的分布状况。主要的工作有两方面：一是针对附生 苔藓植物在该地区的生态调查；二是空气污染分布图的绘制。 调查内容包括种类、覆盖度、频度及生长状况等资料，所附生的树木的种 类与生长状况，以及观测点的位置；每样区至少调查1 0 - - 1 5 株树。根据所得资 料，给予每一种附生苔藓植物一覆盖度级数，并计算平均百分率。再综合所有 样区的资料，则可清晰的显示出一地区附生苔藓植物的分布状况。出现的种类 和覆盖度大的地点，空气污染的程度低；越接近污染源，苔藓的种类越少，甚 至消失。然后，根据上述的综合资料，可将整个测试区划分成几个不同程度的 污染带，如完全无附生苔藓植物生长的附生植物沙漠区( e p i p h y t ed e s e r t ) ，只 有抗性顽强的附生苔藓植物才可以生长的附生植物挣扎区，大多数附生苔藓植 物都可生长的轻微污染区，以及所有附生苔藓植物都可以生长并繁殖的清洁区 等；并以此制成该地区的空气污染分布图，以清楚的显示此测试区内空气污染 源及严重污染的地区。如果能在各样区中同时配合温度、风向以及空气污染物 的测定，作为比照的资料，得到的空气污染分布图会更精确。 1 5 4 苔藓测定仪( b r y o m e t e r ) 苔藓测定仪是利用苔藓植物对空气污染的敏感性来测定与指示空气污染状 况的方法。测定装置有：a 室与b 室为两间完全分隔的透明而密闭的方室，室 内放置等量的脱脂棉和去离子水，其中a 室输入以流量为0 5 1 o l m i n ，经活性 炭净化了的空气，b 室则输入相等流量的污染空气。进行试验时，先将作为测试 材料的苔藓植物枯老部分以及尖端幼嫩部分除去，留下生长良好的绿色部分， 等量的分别放在a 、b 两室的脱脂棉上；再分别给予等量的去离子水，即将室门 7 第一章文献综述 关闭，然后调整好空气的流量即可。通常是在两周后观察比较a 、b 两室苔藓植 物的生长情形与变化情况，并据以判断空气污染的情况【5 1 1 。 1 6 苔鲜监测环境重金属污染研究进展 利用苔藓植物监测环境重金属污染可涉及多领域，既可以是跨国的、多国 家的联合监测、全国范围的监测，还可以是区域性监测( 城市、工业区等) ，甚 至点污染源的监测( 化工厂、冶炼厂等) 。在时间上可以实行季节性监测、全年 监测、连续多年监测等，根据监测结果，绘制大气污染的时间曲线，空间曲线 等。此项研究在芬型4 4 , s 2 】、瑞典【5 3 】、加拿大f 2 3 1 等北欧、北美国家进行较多目前 利用苔藓植物不仅对大气中污染物进行监测研究，还可利用水生苔藓如大水藓 ( f o n t i n a l i sa n t i p y r e t i c a ) 来监测水质【5 4 5 5 1 。除此之外，苔藓还用于监测有机污 染物，如m i l u k a i t e 和w i e d e r 研究了苯并花在森林中的分布，发现苔藓中的含量 与大气沉降量有关【5 6 1 ；m a k e p a a 研究地表附生苔藓对氮硫沉降的敏感性【5 7 l 。 k n u l s t 等【5 8 】人在研究中把苔藓作为短期暴露指示物来监测地方性和远距离大气 有机物污染。 1 6 1 欧洲 1 9 6 8 年，在荷兰召开的第一届关于大气污染对于动植物影响的欧洲会议上， 苔藓植物就因处理简单、对空气污染物敏感等优点被推荐供普遍作为污染的指 示生物。在欧洲，苔藓监测大气中的重金属污染的技术体系比较完善，t y l e 曾 针对苔藓植物吸收、富集重金属物质的机制，重金属的毒害作用和苔藓植物对 其忍耐性以及如何利用苔藓植物作为指示生物监测重金属污染的方法等方面进 行了详细的综述【5 9 1 。利用苔藓植物监测环境重金属污染技术在欧洲常被用于长 时间、大规模的监测：1 9 6 8 年瑞典的r q h l i n g 和t y l e r 首先利用一种林地常见的 塔藓为材料来监测斯堪的纳维亚半岛的大气重金属沉降，并通过对苔藓体内的 重金属元素的分析，绘制了反映芬兰、挪威、瑞典等国大气沉降中的c u 、h g 、 f e 、c d 、n i 、p b 、z n 等重金属元素的污染区域性分布图1 2 1 1 ；1 9 7 1 年，g o o d m a n 等【删人以灰藓( h y p n u mc u p r e s s i f o n n e ) 为苔袋材料，测定了威尔士西南某工业 区重金属( c d ，n i ，p b ，z n ) 的含量；l i t t l e 及c a m e r o n 等 6 1 - 6 2 1 人相继测定大不 列颠某铅锌冶炼厂周围重金属元c d ，p b ，z n 的浓度；1 9 8 8 年，r a s m u s s e n 等利 用塔藓( h y l o c o m i u ms p l e n d e n s ) 和赤茎藓( p i e u r o z i u ms c h r e b e n ) 又一次监测了 8 第一章文献综述 北欧包括丹麦、芬兰、挪威和瑞典等多个国家的大气重金属污染状况，分析了 大气中a i 、a s 、c d 和v 的分布，发现这些重金属含量由南向北整个斯堪的纳 维亚半岛呈现出台阶式趋势，南部最高，向北逐渐降低，而镍、铬、铜和锌的 含量较低并由此推断出了污染源。m a r k e r t 等【6 3 1 1 9 9 6 年测定了采集来自原东德、 波兰、捷克斯洛伐克接壤的被称为“黑三角 地带的6 种苔藓中的c d 、c r 、c u 、 f e 、n i 、p b 和z n 等7 种元素，将结果绘制为彩色等高线图，从而将大部分污染 源都识别了出来。此后，欧洲各国陆续开展了大规模的苔藓和地衣的长势调查 和样品的元素( 已达4 5 个元素) 分析研究，获取了自6 0 年代末至今的重金属 元素污染变化的趋势图畔】。g r o d z i n s k a 等【6 5 1 2 0 0 1 年监测了苔藓对波兰大气重金 属沉降的反应，并分析了大气重金属浓度的时空分布。芬兰地区利用苔藓植物 监测环境重金属研究很多，比较有代表性的如h y n n i n e n y 在1 9 8 6 年以白齿藓 ( l e u c o d o n ) 为材料，监测了芬兰南部h a o a v a l t a 地区的环境重金属，测定了5 种重金属元素( c d 、c u 、n i 、p b 、z n ) ，揭示了污染物的空间分布规律【4 5 p o i k o l a i n e n 等2 0 0 4 年利用苔藓监测芬兰的大气重金属沉降并对1 9 8 5 2 0 0 0 年的监测结果进 行了综合比较。结果表明，工业和交通发达的南部地区污染物含量较高，其它 地区重金属元素含量很低，各种重金属元素浓度与以前的监测结果相比均有明 显下斛洲。除了以上介绍的例子之外，近几年来，在欧洲利用苔藓植物监测环 境重金属污染研究很多，已成为一大研究热点瞰彤】。 1 6 2 非洲 同欧洲的研究状况相比，在非洲利用苔藓植物监测环境重金属污染的研究 进展相对落后，报道较少。1 9 9 3 年s a m u e l 及k a k u l u 利用桧叶金发藓( p o l y t r i c h u m j u n i p e r i n u m ) 监测了尼日利亚东北部一个地区的大气重金属污染状况。将铅和锌 污染分为高、中、低3 个等级，结果表明铅、锌和铁污染是该地区重金属污染 的主要污染物，探究原因则是该地区的工业化程度加快、汽车尾气和城市化过 程中的生活垃圾所致【7 0 l 。 1 9 9 8 年，o l a j i r e 在利用苔鲜植物研究尼日利亚南部重金属污染沉降时发现 真藓对重金属的敏感度及富集能力明显强于四齿藓( t e t r a p h i sp e l l u c i d a ) ，证明 了苔藓植物不同种类之间对重金属的吸附能力之间存在差别【7 1 1 ，为利用苔藓植 物进一步开展环境重金属的监测研究工作积累了资料，奠定了基础。n y a n ga b a b o 于2 0 0 5 年利用苔鲜植物对东非维多利亚盆地及其周围湿地地区的重金属沉降进 9 第一章文献综述 行了监测和研究【7 2 1 。 1 6 3 北美 北美的苔藓监测工作起步早，定期测定能够反映该地重金属污染的历史变 化；对同一地点不同时期采集的样本进行分析，可以了解该地环境质量变化情 况。1 9 9 6 年，p o t t t 等人用猫尾藓( 1 s o t h e c i u m ss t o j o n i f e r u m ) 揭示加拿大f r a s e r v a l l e y 地区1 9 6 0 1 9 9 3 期间大气重金属元素的变化【2 2 l ，测定结果表明： 1 9 6 0 1 9 6 6 、1 9 7 5 1 9 8 0 和1 9 9 3 三个时期的铅浓度分别为7 9 3 、3 9 4 和11 2ug g ， 镍、铬、镉也呈现类似的下降趋势，而锰的浓度却呈上升趋势。在瑞典也有类 似的研究，在1 9 6 8 和1 9 8 6 年的苔藓样品中，测出铅浓度分别为7 4 ，2 6 u g 。 c h i a r e n z e l l i 等人于1 9 9 7 年通过对加拿大西北部基瓦丁群地区的苔藓及地衣进行 研究，发现苔藓及地衣中富集的重金属含量与其种类及形态结构特征有关，进 而得出苔藓植物种类不同，其植物体内重金属的含量不刚7 3 1 。2 0 0 2 年，j o n a t h a n 等利用细枝羽藓( t h u i d i u m d e l i c a t u l u m ) 对美国东南部大气环境中的重金属污染 情况进行了指示和监测【1 7 4 j 。 此外，m a r k n e l s o n 等利用水生藓、黄色水灰藓( h y g r o h p u mo c h r a c e u m ) 监 测美国北部的阿肯色河上游和下游的水质，研究者将该藓烘干样品放入尼龙网 袋中，用一块砖状物将其吊入水中，保证其与水充分接触，1 9 天后取回进行化 学分析，用i c p 法测定了福、铜、铅和锌的含量，同时也测定了水体中这些元 素的含量，结果表明这4 种元素的含量从8 4 到1 0 1 6 不等。不同的监测点各 种元素的含量不同，而且各监测点间差异极显著。苔藓植物体内的元素含量高 于水体，并且对于水体中微量的、难以测定的元素如锅在苔藓植物体的组织中 容易测得，由此说明水生苔鲜植物对水体污染有很好的监测指示作用。 g l o o s c h e n k o 应用锈色泥炭藓作为指示植物，研究了加拿大大气中c d 的含量， 结果发现，植物体内c d 含量超过0 2 m g g 的苔藓仅在金属冶炼厂附近出现f 7 5 】。 1 6 4 中国及亚洲 亚洲国家中，日本在利用苔藓植物检测环境重金属污染研究方面进行得很 早亦很全面，最早是t a o d a 通过对东京地区全面的苔鲜植物的生态调查进而对该 地区进行了大气环境污染的指示和监测，以此为基础，绘制了东京地区空气污 染的浓度分布图【7 6 1 ，具有一定的指示和实际意义以此为基础，随后他又在京都、 1 0 第一章文献综述 沼津、千叶等城市开展了一系列的调查、监测研究【7 7 2 1 。n a k a n i s h i 等测定了日 本北九州岛市及其邻近地区附生苔藓植物体内的金属含量，结果发现，距离工 业区越远，苔藓体内f e 、z n 、m n 、c r 、p b 、n i 、c u 及c d 含量越少，而c a 、 m g 含量的变化则不大。f e 、m n 、c r 、p b 、n i 、c u 及c d 在苔藓中的比例与颗 粒沉降基本保持一致。研究表明：苔藓植物是一种良好的大气重金属污染指示 物【8 3 】。近年来，日本在此方面仍不断有一些新的研究成果出现【8 4 1 。 我国利用苔藓植物监测环境重金属等污染的研究工作相对于国外开展得比 较晚，7 0 年代后期才有零星报道。1 9 7 9 年，吴鹏程和罗健馨首先在国内介绍了 苔藓植物与大气污染的关系及利用苔藓植物监测大气污染的方法【3 3 1 ，随后在这 方面进行了一系列的研究工作，主要研究了苔鲜对重金属等大气污染的指示作 用，结果均说明苔藓植物对环境质量和变化有明显指示作用。关于苔藓植物监 测环境重金属污染的原理、方法、影响因子等方面，先后有方炎明等【8 5 】、魏海 英等【8 6 】、孙守琴等【5 1 1 、刘家尧等【8 7 】、崔明斟8 8 1 及安丽等删进行过综述的总结。 对于我国的西南地区，高谦和曹同研究了苔藓植物对西南部分地区大气污 染( 包括酸雨) 的指示意义。调查研究结果表明：西南地区的大气污染( 酸雨) 分布是以重庆、遵义、贵阳等城市为中心污染逐渐向周围扩散，城市、厂矿污 染中心树附生苔藓植物明显较少，渐向郊区和边缘种类增多。调查结果证明， 苔藓植物的种类分布对重金属等大气污染程度有着生物指示意义，是一种便捷 的污染监测和研究方法刚。 东北地区比较有代表性的研究：如曹同等利用苔藓植物作为生物指示物， 对鞍山市内和市郊的5 个样点的环境污染进行了综合研究和比较分析。结果表 明，从主要污染源鞍钢向外，各样点苔藓种数逐渐增加，同污染源化的主要原 因。研究还归纳了鞍山市环境污染分区综合表，并且分区结果与鞍山市环境监 测中心的分区结果一致【9 1 1 。调查的方法，研究了苔藓植物对抚顺市区、郊区和 邻近三县大气污染的指示作用。经调查，发现由市区向东向外，苔藓种类、数 量随大气污染的减轻而逐渐增加，研究结果将抚顺地区大气污染程度分为4 个 区【9 2 1 。 华北地区，1 9 8 9 杜庆民等利用苔袋法对天津炼钢厂“红龙地区的环境重 金属污染物质进行了监测，结果发现，苔袋内重金属物质含量与大气降尘量及 大气颗粒物含量之间具有良好的相关性，并指出了苔袋法具有背景浓度明确、 不易受干扰、测点灵活、推广简便、经济等优点【4 7 l 。测量研究北京及金华天目 第一章文献综述 山地区采集的苔藓植物体内的重金属含量，通过对比发现，北京地区苔鲜植物 体内重金属污染物质含量远远高出天日山苔醉，并与国外研究测出结果对比， 发现我国重金属污染程度远远高于欧洲国家，污染情况已不容乐观【3 叭。黄士良 等对石家庄市区苔藓植物的研究，也证明了苔藓植物对大气污染有明显的指示 意义市区大气污染严重区域完全无树生苔藓生长；市二环外的距离是影响苔藓 植物体内污染物含量变或近二环小区等相对清洁区出现几种树生种类，能正常 生长；农村清洁区，树生种类明显增长，生长正常【9 3 j 。 我国华东地区利用苔藓植物监测环境重金属污染研究工作开展得较为广 泛。闵运江于1 9 9 7 年以树干附生的苔藓植物的种类、分布及生长情况为指标， 研究了六安市区大气污染状况，并据此绘出市区的大气污染分布图【9 4 】。黄朝表 等应用火焰原子吸收分光光度法测定浙江金华地区的苔藓植物中1 0 种金属元素 的含量，结果表明银叶真藓( b r y u ma r g e n t e u m ) 、角齿藓( c e r a t o d o n p u r p u r e u s ) 、 地钱( m a r c h a n t i a ) 、毛灰藓( h o m o m a l l i u mi n c u r v a t u m ) 、羽藓( t h u i d i u m t a m a r i s c i n u m ) 等苔藓植物对p b ，c u ，c d ，c d 有较强的吸收能力，且苔藓植物 体内重金属元素的含量比同地区的种子植物和蔗类植物的含量明显高得多【9 5 1 。 梅娟等使用