衡阳市大羽藓植物及其基质重金属元素含量分析

刘伟才

(湖南环境生物职业技术学院 生态宜居学院，湖南 衡阳 421005)

衡阳市大羽藓植物及其基质重金属元素含量分析

刘伟才

(湖南环境生物职业技术学院 生态宜居学院，湖南 衡阳 421005)

通过分析衡阳市7个样点的大羽藓植物体及相应土壤样品中的Pb、Zn、Cu、Cd、Hg、As等6种重金属元素含量，大羽藓植物体内6种重金属元素平均含量分别为：40.86 mg/kg、339.27 mg/kg、19.54 mg/kg、0.32 mg/kg、0.27 mg/kg、4.77 mg/kg，基质中重金属元素平均含量分别为：48.32 mg/kg、160.40 mg/kg、22.35 mg/kg、0.21 mg/kg、0.38 mg/kg、11.62 mg/kg，均未超过国家标准2级标准.富集系数分析表明，大羽藓对Zn和Cd具有富集能力，富集系数分别为：2.12和1.52.植物体和土壤基质中重金属含量的相关性分析表明，除Pb外其它5种重金属都达到显著性差异水平(P<0.05).图1，表3，参11.

苔藓；重金属污染；生物指示；相关性分析

重金属以各种化学形态存在于空气、水和土壤中，过量的重金属将导致土壤的退化、农作物减产和品质的降低，并通过直接接触、食物链等途径危害人类的生命和健康.苔藓植物因其生理和代谢特征独特，是一类重要的重金属污染监测指示植物[1].研究表明，环境重金属元素浓度及沉积率与苔藓植物体内元素浓度存在良好相关性[2]，常被用于环境重金属污染监测[3].实验以当地常见的羽藓科(Thuidiaceae)大羽藓(Thuidiumcymbifolium)为材料,选择衡阳市区及郊区的7个样点,对大羽藓及其基质中的6种重金属含量进行了测定,对数据相关性进行了分析,有助于了解衡阳市环境重金属的污染情况,为苔藓植物开展生物监测提供基础资料.

1 材料与方法

1.1 研究地区

衡阳市位于湖南省中南部，重工业发达.地处东经110°32′16″～113°16′32″，北纬26°07′05″～27°28′24″.总面积15 310 km2,城区面积120 km2，属亚热带季风气候，四季分明，降水充足.年平均气温18℃左右，年均降水量约1 352 mm.

1.2 材料

选用当地常见的羽藓科大羽藓为研究对象，大羽藓多着生草丛下、林下和阴湿岩面.植物体交织成片，茎匍匐，一般规则二至三回羽状分枝.鳞毛多数，披针形至线形，分叉[4].对重金属富集作用明显[5].

1.3 调查方法

选择衡阳市7处样点，分别位于城区东、西、南、北及中部5个方位，各样点的详细情况见表1，于2017年4月采集植物样品，同时，在各样点按标准采样法收集土壤样品进行分析比较[6].

表1 调查样点基本情况表Tab.1 The basic table of research samples

1.4 样品分析

1.4.1 样品预处理

用去离子水冲洗苔藓植物样品，洗去杂质，用分析滤纸吸干水,置于 101A 型干燥箱内烘干48 h至恒重，温度保持在50 ℃.烘干后样品用陶瓷研钵研碎,过80目筛，存放于封口袋中备用.基质样品除去杂质后,置于50 ℃恒温烘箱中干燥至恒重,研磨,用土壤筛(<1 mm)过筛后,密封于干燥器中.

1.4.2 Pb、Zn、Cu、Cd的样品处置

用AL204 型电子天平准确称取苔藓植物样品和对应基质各约0.5 g，取3个重复样，置于50 mL的三角瓶中.在三角瓶中加入约5 mL的HNO3-HClO4混酸，浸泡过夜，后置于可调电热板上硝化至白色粉末状，冷却后，转移到25 mL 的容量瓶中，用0.5%的HNO3定容待测.

1.4.3 Hg和As的样品处置

称取苔藓植株0.5 g，置于聚四乙烯消解罐中，加入2 mLHNO3(优级纯)，放入沸水浴消解1 h，取出，加入2.5 mLHCl(优级纯)，置于消解罐内于300℃恒温箱内消解3 h，取出冷却，用去离子水转移定容至25 mL容量瓶中，加入10%的硫脲5 mL，用去离子水定容待测; 称取0.5 g基质样品于50 mL比色管中，加入10 mL体积比为1∶1的王水—去离子水混合溶液，于沸水水浴中3 h，取出冷却，加入10%硫脲5 mL，用去离子水定容待测.

1.4.4 重金属测定

苔藓及基质的Pb、Zn、Cu、Cd利用原子吸收光谱火焰法( AAS) 测定，主要仪器为瓦里安原子吸收光谱仪(AA240FS).样品中Hg和As的含量，用AF-640原子荧光光谱仪进行测定.

1.5 富集系数计算

富集系数(C)可以体现植物对土壤中元素富集吸收能力.其公式为:

当C<0.1时强烈贫化，0.1 ≤C<0.5时弱贫化，0.5≤C≤1.5时二者属于同一水平，1.5≤C≤3时相对富集，C≥3时强烈富集[7].

1.6 统计分析

数据采用SPSS17.0软件进行统计分析，数据取平均值，相关性分析进行双尾显著性检验，P<0.05 为差异有显著性意义.

2 结果分析

2.1 大羽藓植物体重金属含量

由表2可知，大羽藓体内重金属Zn平均含量最高为339.27 mg/kg，其中以松木工业园大羽藓体内Zn含量最高，为492.21 mg/kg，虎形山公园最低，只有141.32 mg/kg.其次为Pb平均含量为40.86 mg/kg，最高为松木工业园62.34 mg/kg，同样以虎形山公园最低20.51 mg/kg.Cu平均含量为25.11 mg/kg，最高为南湖公园35.48 mg/kg，雁峰公园最低10.37 mg/kg.As平均含量为4.77 mg/kg，最高为松木工业园7.29 mg/kg，虎形山公园最低2.98 mg/kg.Hg 、Cd含量较少,Hg平均含量为0.27 mg/kg，最高为虎形山公园0.38 mg/kg，苗圃公园最低0.13 mg/kg.Cd平均含量为0.32 mg/kg，最高为松木工业园0.49 mg/kg，平湖公园最低0.19 mg/kg.

表2 各监测点重金属含量比较(mg/kg)Tab.2 Comparison of heavy metal contents in monitoring sites(mg/kg)

2.2 生长基质中重金属含量

从表2可以看出，土壤中6种重金属平均含量从高到低分别为Zn、Pb、Cu、As、Hg 、Cd，分别为160.40 mg/kg、48.32 mg/kg、22.35 mg/kg、11.62 mg/kg、0.38 mg/kg、0.21 mg/kg，对比国家标准《土壤环境质量标准(GB15618-1995)》发现，Zn、Pb 、Hg、Cd在国家规定的2级标准之内[8]，Cu、As在国家规定的1级标准之内，均未出现严重污染情况.

2.3 大羽藓对重金属的富集系数分析

图1 大羽藓对6种重金属的富集系数Fig.1 The enrichment coefficient of 6 kinds of heavy metals in Thuidium cymbifolium

由图1可以看出，大羽藓对6种重金属元素富集作用差异明显，对Zn富集作用最强，其富集系数为2.12，为相对富集.对Cd也具有富集作用,富集系数为1.52，具有相对富集.对重金属Pb、Cu、Hg 富集为同一水平，富集系数分别为0.85、0.87、0.71.对As富集能力最弱，富集系数为0.41，为弱贫化.

2.4 大羽藓植物体和土壤基质中重金属含量的相关性

通过对7个样点大羽藓及相应土壤Zn、Pb、Cu、As、Hg、Cd等6种重金属含量进行相关性分析，并进行双尾显著性检验，具体结果见表3.大羽藓植物体内与其相应土壤中6种重金属含量的相关性各有差异，Cd、Zn和As的相关系数R分别为0.916、0.976、0.937，具有极显著性差异(P<0.01)，Cu和Hg的相关系数为0.832和0.838，也达到显著性差异水平(P<0.05)，只有Pb相关性系数R为0.577,相关性不显著(P>0.05).以上结果可以看出，大羽藓植物体Zn、Cu、As、Hg、Cd受土壤基质影响较显著，而重金属元素Pb受土壤基质影响较小.

表3 大羽藓植物体和土壤中6种重金属在含量的相关性

**显著性概率水平为0.01 (双尾显著性检验);*显著性概率水平为0.05 (双尾显著性检验)

3 讨 论

通过对衡阳市7个样点内大羽藓植物及其基质中Pb、Zn、Cu、Cd、Hg、As等6种元素含量进行分析，得出植物体中元素的平均含量顺序为 Zn>Pb>Cu>As>Cd>Hg.基质中元素的平均含量顺序为Zn>Pb>Cu>As>Hg>Cd，浓度都在国家标准《土壤环境质量标准(GB15618—1995)》2级标准之内.对大羽藓植物体内元素富集系数进行分析，一般认为超富集植物富集系数大于1[9]，其对Zn和Cd的富集系数均超过1，Zn的富集达到2.12，而且根据植物体和土壤基质中重金属含量的相关性分析，Zn和Cd相关系数达到极显著性差异水平(P<0.01)，说明可以通过植物体反映土壤中这两种重金属污染程度，可以考虑作为污染监测指示植物.但也有研究认为苔藓植物因其特殊生理结构[10]，体内重金属元素含量受基质影响较小[11]，因此苔藓植物对重金属的吸附，代谢机制还需深入研究.

[1] 吴玉环,黄国宏,高 谦,等.苔藓植物对环境变化的响应及适应性研究进展[J].应用生态学报,2001.12(6):943-945.

Wu Yu-huan,Huang Guo-hong,GAO Qian,et al.Research advance in response and adaptation of bryophytes to environmental change[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2001.12(6):943-945.

[2] 黄文琥，张朝晖．贵州烂泥沟金矿5种苔藓植物的生物地球化学研究及生物探矿潜力分析[J].黄金，2006，27(12)：12-15.

Huang Wen-hu,Zhang Zhao-hui,Biogeochemistry research and analysis of biology prospecting potential on five bryophytes in Lannigou gold deposit,Guizhou province[J],Gold,2006，27(12)：12-15.

[3] 安 丽,曹 同,俞膺浩.不同苔藓植物对重金属富集能力的比较[J].上海师范大学学报(自然科学版).2006,35(6)：64-70.

An Li,Cao Tong,Yu Ying-hao,Comparison of adsorptive ability to the heavy metals in different species of bryophytes[J],Journal of Shanghai Normal University(Natural Sciences).2006,35(6)：64-70

[4] 吴鹏程.苔藓植物生物学[M].北京:科学出版社,1998:318-322.

Wu Peng-cheng.Bryophyte biology [M].Beijing:Science Press,1998:318-322.

[5] 安 丽,曹 同,俞膺浩.上海市小羽藓属植物重金属含量及其与环境的关系[J].应用生态学报.2006,17(8):1 490-1 494

An Li,Cao Tong,Yu Ying-hao,Heavy metals contents in H aplocladium and their relationships w ith Shanghai City environment.[J].Chinese Journal Of Applied Ecology,2006,17(8):1 490-1 494

[6] 杭州大学化学与分析化学教研室.分析化学手册[M].北京:化学工业出版社,1997.

Department of chemistry and analytical chemistry,Hangzhou University.Handbook of analytical chemistry [M].Beijing:Chemical Industry Press,1997.

[7] 陈代演,邹振西,任大银.地质植物法在黔西南滥木厂铊(汞)矿床的初步应用[J].贵州工业大学学报,2000,29(5):32-38.

Chen Dai-yan,Zou Zhen-xi,Ren Da-yin,A preliminary application of the geobiotanical method to the Lanmuchang thallium (mercury) ore deposits in southwest Guizhou[J].Journal of Guizhou University of Technology(Natural Science Edition),2000,29(5):32-38.

[8] 国家环境保护局.GB15618-1995.土壤环境质量标准[S].

State Environmental Protection Administration,GB15618-1995.soil environmental quality standard [S].

[9] 詹孝慈,朱守立,武忠亮.苔藓植物对重金属耐受和富集作用的研究进展[J].兴义民族师范学院学报.2014,17(6):121-124.

Zhan xiao-ci,Zhu Shou-li,Wu Zhong-liang.Research Progress of Heavy Metal Tolerance and Accumulation Mechanism of Bryophytes[J].Journal of Xingyi Normal University for Nationalities.2014,17(6):121-124.

[10] Rieley JO,Richards PW,Bebbington ADL.The ecological role of bryophytes in a northWales woodland.Ecol[J],1979.67:497-527.

[11] GerdolR,Bragazza L,Marchesini R,et al.Monitoring of heavy metal deposition in Northern Italy by moss analysis,Environ Pollut[J],2000,108:201-208.

Abstract：By analyzing the seven sample plants ofThuidiumcymbifoliumand the heavy metal contents of Pb,Zn,Cu,Cd,Hg and As in the corresponding soil samples in Hengyang City,it was found that the average contents of the heavy metal elements inThuidiumcymbifoliumwere respectively 40.86 mg/kg,339.27 mg/kg,19.54 mg/kg,0.32 mg/kg,0.27 mg/kg,4.77 mg/kg,and the average contents of heavy metal elements in the matrix were respectively 48.32 mg/kg,160.40 mg/kg,22.35 mg/kg,0.21 mg/kg,0.38 mg/kg,11.62 mg/kg,which did not exceed the national second-level standard.Enrichment coefficient analysis showed thatThuidiumcymbifoliumhad enrichment ability for Zn and Cd,and the enrichment coefficients were 2.12 and 1.52 respectively.The correlation analysis of heavy metals in plant and soil matrix showed that except for Pb,the other 5 kinds of heavy metals reached the significant difference (P<0.05).1fig.,2tabs.,12refs.

Keywords：bryophyte; heavy metal pollution; biological indication; correlation analysis

Biography：LIU Wei-cai，male，born in 1984，master，lecturer，research direction:environmental biological monitoring and pollution control.

AnalysisofthePlantofThuidiumcymbifoliumandItsMatrixContentofHeavyMetalElementsinHengyangCity

LIUWei-cai

(Ecological Livable Department，Hunan Polytechnic of Environment and Biology，Hengyang 421005，China)

Q914

A

2017-09-20

湖南省林业科技创新计划项目资助(编号：XLK201629)

刘伟才(1984-)，男，湖南衡阳人，硕士，讲师，研究方向：环境生物监测及污染治理

10.3969/j.issn.2095-7300.2017.03-030