南极长城站周边陆地地衣群落调查

南极长城站周边陆地地衣群落调查和用于重金属元素检测的样品采集所属项目：用于南极大气沉降重金属元素监测的地衣筛选与应用[经费：6万]所属学科：微生物学所在队次：中国第26次南极科学考察队观测平台：长城站1.项目相关人员负责人：刘华杰河北大学[暂无极地考察记录]现场执行人：刘华杰河北大学[暂无极地考察记录]2.考察背景、目的和意义(1)考察背景现代工业化进程对全球生态系统产生了巨大的影响，其突出表现之一就是重金属污染物向全球区域的迁移。近期研究表明大气环流和大气沉降是重金属元素向极地生态系统输送的重要途径(Bargaglietal.,2005)。重金属元素向极地地区的迁移，已造成极地环境和生态系统中重金属污染物的富集，成为该地区面临的最严重问题之一(Sanchez-Hernandez,2000)。近几十年来，重金属元素在南极生态系统中含量呈增高趋势，如铅（Pb）、钡（Ba）、镉（Cd）、镍（Ni）和汞（Hg）等，对脆弱的生态系统造成了并正在产生着深刻影响(Santosetal.2005)。研究极地生态系统中大气沉降重金属元素的输入规律，有助于进一步了解工业化对该生态系统的潜在影响，为保护和利用这一宝贵的生态资源提供基础资料和理论依据。在极地生态系统中，寻找具有较强重金属元素富集能力的生物作为大气沉降的捕获器和指示者，有利于精确的研究大气沉降规律。地衣是南极陆地生态系统中的重要初级生产者，大气中金属元素含量的变化对地衣群落组成、丰度和地衣体内化学元素组成具有重要的影响(Salemaaetal.,2004)。目前普遍认为地衣可作为极地生态系统大气沉降的良好指示生物(Sanchez-Hernandez,2000)。以地衣为材料研究南极地区的大气沉降重金属元素特征具有多种优势。首先，南极陆地生态系统分布着多种地衣，具有较高的物种多样性和丰度，例如松萝属Usea(Chen,1996)、石蕊属Cladonia(Chen,1999)和石耳属Umbilicaria(Romeikeetal.,2002)等分布广泛，可反映生态系统重金属元素沉降特征的一般性概貌。其次，地衣的生存年限较长，其缓慢的生长速度使其自身的形态学变化对地衣体内沉降物的含量变化影响甚小(Nash,1996)，从而可用于研究重金属元素在较大时间尺度上的变异规律。更为重要的是，由于地衣缺乏高等植物所普遍具有的表皮，对金属元素通透性更大，其较为疏松的菌丝组织可截留粒径较大的沉降物，对金属元素也具有较强的耐毒害和避毒害能力。因此，与其它生物相比，地衣具有极强的重金属元素富集能力(Nash,1996)。在南极地区，基于地衣为材料的金属元素含量研究虽已取得一定进展(Bargaglietal.,2005)，但仍需进一步的深入和拓展。首先，能反映重金属元素大气沉降特征的最佳地衣物种和最佳地衣体部位尚不清楚。不同微环境下和不同地衣物种的重金属元素来源可能不同(Nash,1996)，主要来源于基物的地衣的元素特征，受其着生的土壤或岩石的化学特征的影响（李永良等，1999;李小梅等，2001），而并非大气沉降的反映。而且，不同地衣物种间和同一地衣体的不同部位内的重金属元素含量不同（李永良等，1999；李小梅等，2001；Bargaglietal.,2005），地衣对于重金属元素的选择性吸收导致其对不同重金属元素的富集能力存在差异（李峰等，1997；李小梅等，2001）。因此，并非所有的地衣物种和地衣体的所有部位，均能客观的反映重金属元素的大气沉降特征。筛选重金属元素主要来源于大气沉降的物种和在一定时间范围内富集特征较为恒定的地衣体部位，以不同年份采集的地衣样品为材料综合分析南极地区重金属元素的大气沉降输入的时间变化特征，在极地大气监测研究中具有重要意义。迄今为止，此类研究在南极生态系统开展甚少。参考文献Nash,TH.III.(1996).LichenBiology.Cambridge:CambridgeRomeike,J.,Friedl,T.,Helms,G.,Ott,S.,2002.GeneticdiversityofalgalandfungalpartnersinfourspeciesofUmbilicaria(LichenizedAscomycetes)alongatransectoftheAntarcticpeninsula.Mol.Biol.Evol.19,1209-1217.Salemaa,M.,Derome,J.,Helmisaari,H.S.,Nieminen,T.,Vanha-Majamaa,I.,2004.Elementaccumulationinborealbryophytes,lichensandvascularplantsexposedtoheavymetalandsulfurdepositioninFinland.Sci.TotalEnviron.324,141-160.Sanchez-Hernandez,J.C.,2000.TraceelementcontaminationinAntarcticecosystems.Rev.Environ.ContamToxicol.166,83-127.SantosI.R.,Silva-FilhoE.V.,SchaeferC.E.,Buquerque-FilhoM.R.,CamposL.S.,2005.HeavymetalcontaminationincoastalsedimentsandsoilsneartheBrazilianAntarcticStation,KingGeorgeIsland.Mar.Pollut.Bull.50,185-94.李永良，周云龙，张正旺，1999.南极乔治王岛三种地衣体元素组成及其分布的测定分析.极地研究.11,69-74.李小梅，赵俊琳，孙立广，2001.南极地区苔藓地衣植物的地球化学元素营养富集特征.应用生态学报.12,513-516.李峰，李天杰，1997，南极菲尔德斯半岛地区地衣和苔藓的生物地球化学特征.极地研究.9,299-303.(2)目的与意义摸清不同生境下的地衣群落组成和结构特征，调查和采集不同地衣群落中的优势种和建群种及其所着生的基物。所采集样品用于重金属元素含量的测定分析，以摸清地衣体内重金属元素含量随生境、物种和地衣体部位变化的变异式样，评价不同生境下的不同地衣物种和地衣体不同部位对重金属元素大气沉降输入规律反映的客观性和稳定性，筛选重金属元素主要源于大气沉降的地衣优势物种，选择可稳定指示重金属元素大气沉降特征的地衣体部位，将此筛选结果应用于1983年至今所采集的南极地衣样品的化学分析，揭示20余年来南极地区重金属元素的大气输入变异规律，为极地重金属元素的大气规律研究提供基础资料。3.实施计划具体内容、方法和手段及支持条件(1)具体内容：a.调查南极长城站附近不同生境下的南极地衣群落特征，主要记录生境的地衣物种组成和各地衣物种的丰度，并详细记录生境的光照、湿度、温度、微地貌和基物类型等生态数据，每个物种采集1-2个个体作为凭证标本。b.对所采集的凭证标本进行分类学鉴定以提高野外调查的准确性。对凭证标本进行形态学和地衣化学的比较研究，形态学上重点观察地衣体、地衣附属结构、子实体、子囊孢子；地衣化学上重点进行地衣次生代谢产物的定性分析；必要时进行分子生物学方面的研究。c.采集样品并进行重金属元素定性定量分析。拟检测的样品包括：地衣所着生的基物，不同生境下、不同地衣物种和不同地衣体部位的地衣体片断。拟测定的重金属元素主要包括：铅(Pb)、钡(Ba)、镉(Cd)、铝(Al)、镍(Ni)和钛(Ti)等。(2)方法和手段：地衣群落调查采用常规的随机样方法。以照相法或自制简易样方架（20×20cm木框，以钓鱼线分割为若干小格子）调查并记录地衣及其各物种的盖度。徒手采集地衣个体用于分类鉴定。地衣所着生的岩石用小锤子和小錾子敲取，地衣所着生的土壤用标准取土钻或环刀采取。特殊难以完整采集的壳状地衣样品将用刀片刮取特定地衣体部位，并封装入塑封袋中。用便携式光照辐射计测定小生境光照强度，用便携式温湿度计测定小生境的温度和湿度。用于重金属元素含量测定的样品经阴干后，封装入塑封袋，带回我国的实验室进行处理和测定。(3)工作计划：2009.12.02－2009.12.05：企鹅岛地衣群落调查和样品采集；工作时间，4天；采样量：地衣、小石片（或表层土壤）各60份，重量约1.5kg。2009.12.06－2009.12.7：西湖至山海关峰地衣群落调查和样品采集；工作时间，2天；采样量：地衣、小石片（或表层土壤）各40份，重量约1.0kg。2009.12.8－2009.12.9：山海关峰以西地衣群落调查和样品采集；工作时间，2天；采样量：地衣、小石片（或表层土壤）各40份，重量约1.0kg。2009.12.10－2009.12.11：乌拉圭站地衣群落调查和样品采集；工作时间，2天；采样量：地衣、小石片（或表层土壤）各40份，重量约1.0kg。2009.12.12－2009.12.13：韩国站地衣群落调查和样品采集；工作时间，2天；采样量：地衣、小石片（或表层土壤）各40份，重量约1.0kg。2009.12.14－2010.12.17：样品整理；工作地点，长城站内；工作时间，4天；合计工作时间：16天；合计采样量：地衣、小石片（或表层土壤）各220份，重量约5.5kg。备注：工作计划时间安排可随考察队统筹安排而变更。(4)后勤支撑要求：乘飞机至南极考察站。西湖至山海关以西区域调查和采集可徒步；至企鹅岛需坐船或汽车；至乌拉圭站和韩国站附近需车辆。(5)仪器设备：TES-1330A便携式光照辐射计，北京渠道科学器材有限公司PL-2303便携式温湿度计，上海鑫态科技有限公司。自备仪器：采集袋1000个，塑封袋1000个，自制样方架1个。(6)数据和样品：于2009.12.02－2009.12.13，调查长城站周边陆地的地衣生态系统。分别在企鹅岛、西湖至山海关峰及其以西地带、乌拉圭站和韩国站获取如下数据：地衣群落的物种组成、地衣丰度、地衣个体性状、基物类型、光照条件、土壤温度和湿度等野外生态数据；并获取以下样品：地衣体样品、岩石表层小片层样品（或土壤样品）各220份。所获得样品用于在国内相关实验室进行化学分析，结合所获得的生态数据，探讨地衣体内重金属元素含量及其来源在物种、地衣体部位和生境中的变异。(7)运输：2010年本次南极考察队任务完成后，拟运输样品回国内。所运输的样品包括：1）地衣样品；2）岩石小片层样品；3）土壤样品。所有样品均已干燥，并用塑封袋或标本袋包装后，装入纸箱中。纸箱体积为80×80×80cm，装货后毛重约为6-10kg，共4.其它说明观测子项：1南极长城站周边陆地地衣群落调查和用于重金属元素检测的样品采集；InvestigationonandsamplinginlichencommunityforheavymetalcontentanalysesfromGreatwallstation,AntarcticaExecutor:LiuHuajie,CollegeofLifeSciences,HebeiUniversityResearchcontent:ApplicabilityoflichenspeciesinmonitoringofatmosphericheavymetaldepositionisnotyetfullyknowninAntarctica.InvestigationonspeicescompositionanddominanceoflichencommunitiesinGreatwallstationofAntarcticawillbeconductedfordeterminationofdominantspecies,whichwillbesampledwithattachedsubstrateforfurtherheavymetalanalyses.Resourcesofheaveymetalsinlichenthalluscanbewelldiscernedbyanalyzingenrichmentfactorsofheavymetals.Combinationsoflichenspeciesandthalluscompartmentthataremostapplicableinatmosphericheavymetaldepositionmonitoringcanbeobtianedbyexaminingvariationsinheavymetalenrichmentfactorsamongspecies,habitats,andthalluscompartments.Schedule:Thepro