应用苔藓植物监测水体污染

李丹丹 杨军 宋玉玲 朱桦 于晶 郭水良

摘 要：苔藓植物是环境污染的重要指示生物，目前，国内开展的主要是应用苔藓植物进行大气污染的监测，事实上国外已有较多应用苔藓植物进行水体质量监测的工作。该文首先统计分析了国际上应用苔藓植物进行水环境质量监测研究文献，然后从苔藓植物监测的水体污染物类型、监测用苔藓植物种类、苔藓植物材料存活状态对监测效果的影响、影响苔藓植物富集水体重金属元素的环境因素、应用苔藓植物进行水体污染监测的主动与被动方法、样品预处理方法和水体质量监测的应用案例等方面，系统介绍了国际上应用苔藓植物进行水体污染监测的研究和应用概况，提出了今后应用苔藓植物监测水体污染研究值得关注的领域。

关键词：苔藓植物，苔藓生物指示，水体污染，综述

中图分类号：Q948

文献标识码：A

文章编号：1000-3142（2021）10-1719-11

Abstract：Bryophytes are important indicators of environmental pollution. At present，bryophytes are mainly used to monitor atmospheric pollution in China. In fact，bryophytes have been widely applied to monitor water quality abroad. In the present paper，we firstly analyzed the literature of applying bryophytes to monitor water environmental quality abroad，then summarized relevant contents of bryomonitoring，which included the types of water pollutants monitored by bryophytes，the species of bryophytes used for bryomonitoring，the influences of the survival status of bryophytes on monitoring effect，the environmental factors affecting the enrichment of heavy metal elements in water by bryophytes，the active and passive methods of applying bryophytes to monitor water pollutions，and the sample preparation，as well as some European cases of bryomonitoring for water environmental quality. Finally we also proposed some suggestions about bryomonitoring researches and application in the future.

Key words：bryophyte，bryomonitoring，water pollution，review

苔蘚植物（bryophytes）是特殊的高等植物类群，种数仅次于被子植物。根据最新的分类系统，苔藓植物包括3个门：苔类植物门（Marchentiophyta，liverworts）（3 纲，83 科，391 属，5 000 种左右）;角苔植物门（Anthocerophyta，hornworts）（2 纲，5 科，14 属，300 多种）;藓类植物门（Bryophyta，moss）（8 纲，11 科，854 属，大约12 800种）（Goffinet & Shaw，2009; Vanderpoorten & Goffinet，2009）。中国境内的苔藓植物有150 科591属3 021 种（贾渝和何思，2013）。

苔藓植物配子体占优势，叶片一般由单层或少数几层细胞构成，体表无蜡质的角质层覆盖，没有由维管组织构成的输导系统，当其暴露于污染环境中时，重金属等污染物质可从背腹两面侵入叶细胞之中。由于表面积与体积比高，因而有很强的吸附环境污染物的能力。营养主要来自茎叶体表面吸收，对环境变化特别敏感（郭水良和曹同，2001）。苔藓植物独特的生物学特性使之适合应用于环境污染的监测。苔藓植物对重金属等污染的敏感性远高于种子植物（Manning & Feder，1980）。由于苔藓植物取材容易，分布广泛，因此被广泛应用于环境质量的生物指示和监测。在水体环境中，由于污染物浓度太低而处于仪器检测的范围外，但是水体中的苔藓植物对重金属元素或其他污染物有生物富集作用，从而使苔藓植物能够用于对水体污染的监测。

国内有关苔藓植物进行环境质量监测和评估的工作主要集中在大气与土壤环境，这方面的综述也较多（方炎明等，2000; 孙守琴和王定勇，2004; 魏海英和方炎明，2004; 黄建斌和肖化云，2008; 许春晖和卢龙，2010; 王爱霞和方炎明，2011; 姜苹红等，2015）。由于应用苔藓植物进行水体质量监测的工作，在国内还几乎是空白状态，但是欧洲在这方面研究和应用的历史较长。本文主要介绍有关应用苔藓植物进行水体环境监测与评估研究在国外的情况，旨在为国内开展苔藓植物水环境质量监测研究和实践提供借鉴。

1 研究基本概况

在“中国知网”数据库中检索“苔藓植物”“藓类植物”“重金属”“污染” “大气”“指示” “监测”“藓”“种群”“水体”“溪流”“河道”等词在标题中出现情况，在114个中文刊物上共有关于苔藓植物环境质量监测（bryophyte monitoring to environmental quality，BMEQ）方面的论文198 篇，另外还有硕士学位论文38篇。这些论著主要关于大气与土壤污染，部分涉及氮沉降、酸雨，以及苔藓植物对污染物的生理响应等，少量涉及多环芳烃有机污染。尽管有众多关于BMEQ的论文，但是关于苔藓植物对水环境质量监测（bryophyte monitoring to water quality，BMWQ）方面的学术论文极少，有关这方面的报道仅见于上海师范大学郑园园（2010）有关陆生苔藓植物对水体环境适应的光合生理基础及其在水环境监测中的应用潜力，胡鸿兴等（2009）、张永锋等（2018）有关湿地沼泽苔藓植物重金属含量及泥炭藓湿地对重金属元素的净化功能，以及Xu et al.（2012）分析了两种陆生藓类植物[弯叶灰藓（Hypnum hamulosum）和勃氏青藓（Brachythecium brotheri）]对Cr和Cd的监测潜力。

在Web of Science标题中检索bryophyte，moss，liverwort，metal，trace element，pollution，contamination，contaminated，polluted，air，atmosphere，soil，Pb，Cr，Cu，Cd，SO2，nitrogen，deposition，air，atmosphere，soil，aquatic，lake，river，stream，water，indication，biomonitoring，indicator，monitor这些内容，共得到534 篇自1973 年以来的BMEQ方面的论文，主要的研究领域是大气重金属污染的监测与生物指示、有机污染物、氮沉降的生物指示以及对苔藓植物的生物学效应等。相比于国内的情况，国外学者很早就关注BMWQ方面的工作，这方面先后也有49 篇论文（仅标题检索），这方面工作的主要学者有意大利Trieste大学的Cesa、西班牙Santiago De Compostela大学的Debén等。在标题检索的49篇BMWQ的论文中，有少数是有关溪流等天然水体中苔藓植物分布、重金属含量及其与环境因素间关系研究（Kapfer et al.，2012; Puczko et al.，2018; Vásquez et al.，2019），其余大部分是有关应用苔藓植物进行水体质量监测的技术方法与方案（de Traubenberg & Ah-Peng，2004; Figueira & Ribeiro，2005;Merdanic et al.，2007;Cesa et al.，2010，2015;Kari-Matti & Heta，2010;Debén et al.，2019a，b）、监测案例（Mersch & Johansson，1993; Mersch et al.，1993; Hongve，2002; Simona，2012）和研究综述（Augusto et al.，2013; Gecheva & Yurukova，2014; Debén et al.，2015，2017）。

Debén et al.（2015）用the SciVerse SCOPUS在线工具，检索了2015 年前有关利用原位生长的水生苔藓植物进行内陆水环境质量监测的文献，发现1979 至2013 年期间共有73 篇这方面的论文，其中80%是基于欧洲开展的工作，97%是涉及无机元素的生物监测，极少数涉及有机污染物的监测，有15%的文献侧重于方法探索，81%的作者仅发表一篇这方面主题的论文，监测技术方法并不标准规范。

苔藓植物主要被用于水体中重金属污染的检测（Gecheva & Yurukova，2014），但是这类方法也可以用于水体有机污染物的监测，报道的有机污染物包括恶喹酸（oxolinic acid）、氟甲喹（flumequine）、土霉素（oxytetracycline）、杀菌剂（antibacterial agents）（Delépée et al.，2004）、多氯化联二苯（polychlorinated biphenyl）和六氯环己烷（hexachlorocyclohexanes）（Mouvet et al.，1985）、多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons）（Roy et al.，1996）等。Mouvet et al.（1985）将采自清洁水体中的复边藓（Cinclidotus danubicus）制成藓袋固定在Durance河流中，以监测河流中多氯联苯（PCBs）、六氯环己烷（HCH）的污染程度。Sashwati et al.（1996）和Viskari et al.（1997）用藓袋法监测了高速公路和河流的多环芳烃（PAHs）污染。另外，基于水藓（Fontinalis antipyretica）在氟污染胁迫的生理应急反应，Vázquez et al.（2012）开展了城市氟污染的生物监测。

苔藓植物在监测水体放射性物质上也有应用潜力（Hongve et al.，2002）。早在1973 年，就有运用复边藓监测法国境内水体放射性物质的报道（Kirchmann & Lambinon，1973）;水藓也曾被用于监测水体中的放射性物质Cs137、Cs124、U235、Ra236、Th232 和K40（Mishev et al.，1996）。

苔藓植物也被用于水体富营养化程度的评估（Hime et al.，2009）。在基于大型水生植物水体富营养化程度的欧盟评估系统中也包括了苔藓植物，例如法国的“Indice Biologique Macrophytique en Riviere，IBMR”、德国的“German Reference Index”、英国的“Mean Trophic Rank，MTR”和荷兰的“Macrophyte Score”（Birk et al.，2006）。植物群落中苔藓植物的组成情况也能指示水体的健康或类型。人们发现在生境稳定的溪流中，苔藓植物群落的主要种类是水藓和水生长喙藓（Rhynchostegimum riparioides）（Lang & Murphy，2012），波瓣合叶苔（Scapania undulata）和褐黄水灰藓（Hygrohypnum ochraceum）是溪流上游段贫营养化地段的指示苔蘚植物（Wehr & Whitton，1983b），水灰藓（H. luridum）和裂萼苔（Chiloscyphus polyanthus）是富含钙质和矿物质的溪流的指示苔藓植物（Lang & Murphy，2012）。

2 用于水环境质量监测的苔藓植物种类

苔藓植物体表面积体积比、表面结构特征、茎与枝上有无附属物等，随着种类不同，从而造成捕获污染物能力有差异。由于苔藓分布上的差异，不同地区藓袋法所用的苔藓植物种类也有差异。理论上，尽量选择表面体积比大、叶片表面有疣而粗糙不平、茎枝上有毛状附属、植物体型大、分布广、生物量大、富集能力强的种类。人们用BCF（bioconcentration factor，样品中污染物浓度/环境背景中的污染物浓度）反映生物指示能力。水藓的BCF值极高，对铅的BCF值为3 200，而对Zn的高达9 400（Dietz，1972）。在水藓、溪边青藓（Brachythecium rivulare）、水生长喙藓和波瓣合叶苔中，López & Carballeira（1993）发现波瓣合叶苔和水生长喙藓的BCF值最高。

目前，已有不少苔藓植物用于水环境质量的监测。水藓属植物（Fontinalis sp.）是水体质量监测中应用最广泛的类群，它们对Cu敏感，但对Cd不敏感（Gecheva & Yurukova，2014）。水藓和圆叶美喙藓（Eurhynchium riparioides）分布于温带水体环境中，在监测水体重金属污染程度方面具有很大的应用潜力（Say et al.，1981; Gecheva & Yurukova，2014），在欧洲的比利时、保加利亚、匈牙利、英国、德国、法国和波兰等均有应用的报道（Gecheva & Yurukova，2014）。圆叶美喙藓（异名：圆叶平灰藓Platyhypnidium riparioides）、Eurhynchium rusciforme、水生长喙藓等因地理和生态分布广而广泛应用于水质监测（Wehr & Whitton，1983a）。Cesa et al.（2006，2008，2009a，b，2010）应用基于水生长喙藓的藓袋法，较深入地研究了意大利一些水体的环境质量，展示了生物富集现象的空间格局，以及Pb、Cu的长期污染和Cr、Zn、Ni断断续续的污染现象。总体上讲，水藓和水生长喙藓在水体污染监测上应用的最为广泛（Gecheva & Yurukova，2014）。

Suzuki et al.（2016）研究了铜矿尾矿附近水域中生长的苔藓植物对铜和砷的富集情况，发现在汞的背景值为0.005 mg·L-1的水体中，剑叶藓（Scopelophila cataractae）能富集1 300 mg·kg-1（干重质量）的砷，羽枝青蘚（Brachythecium plumosum）和水生长喙藓可能对铜和砷有很强的富集能力。

泥炭藓体表层拥有大量的离子交换官能团，对存在于空气中或水体中的金属物质有较高吸附和累积能力，因此，泥炭藓是藓袋法最常用的藓类材料（Hynninen，1986; Anicˇic' et al.，2009），常用到耳叶泥炭藓（Sphagnum auriculatum）、尖叶泥炭藓（S. capillifolium）、暖地泥炭藓（S. junghuhnianum）、白齿泥炭藓（S. girgensohnii）等。

3 影响苔藓植物对水体重金属元素监测的因素

要应用苔藓植物监测水环境中的重金属污染情况，需要了解水环境理化性质对苔藓植株内重金属元素含量的影响。Empain（1988）发现藓类植物体内铜含量与水体背景中的含量呈正相关关系，水体中的pH对苔藓植物的重金属元素富集有重要影响。藓类植物对水体中Pb和Al的富集强烈受到水体pH的影响（Mersch & Pihan，1993）。可溶性有机物、雨水等增加水体中氢离子浓度降低了波瓣合叶苔中Al、Mn和Zn的生物富集能力，而且在酸性环境中（pH<5.5）富集在苔藓植株内的Mn和Al又会被重新释放到环境中去（Caines et al.，1985;Gecheva & Yurukova，2014）。Vázquez et al.（2000）发现酸性环境中的水藓对水体金属元素的吸收量要弱于近中性的水体环境，并推测可能是由于质子竞争性地置换了细胞外结合位点和膜转运蛋白中的金属离子;酸性环境中吸收量的降低主要是发生在胞外积累的量减少。

Cesa et al.（2011）以水藓为材料，设置要测定的元素浓度梯度，在实验控制条件下比较了烘干失活材料和活材料对11 种微量元素和Ca、Mg、Na和K这四种大量元素吸收的情况，发现活材料和失活材料的吸收呈现相似的变化式样，对Cd和Ni的吸收量均显示出随着水体中浓度增加而线性增加，而As、Cu、Hg和Pb的吸收呈现饱和曲线式样，而Al和Mn的吸收与背景浓度没有什么关系，发现失活的水藓材料甚至比活材料更能够维持部分微量元素高的吸收能力，认为失活的水藓材料在水环境质量监测上具有潜在的应用前景。

Debén et al.（2016）用100 ℃烘箱干燥、50 ℃烘箱干燥和开水煮3种方法处理水藓样品，用失去活力的样品进行水体重金属元素浓度的主动监测法，了解不同处理方法对监测过程中样品丧失和元素富集能力的影响，探讨了失去活力的（陆生的）细齿泥炭藓（Sphagnum denticulatum）用于水体污染监测的可行性。结果发现水煮法样品在监测过程中丧失的质量极显著多于烘干法处理样品;烘干法样品的监测结果重复性好，推荐使用烘干法处理后失活的水藓样品进行藓袋法水质监测。

不同的样品预处理方法会影响到污染物测定的结果，这方面涉及到手工清洗、机器清洗、清洗液类型（自来水、蒸馏水、重蒸水、超净水、去离子水、0.2 mol·L-1或1 mol·L-1的盐酸）、清洗时间、清洗次数、摇动强度等，但先前的文献没有统一的标准，影响了实验结果的可比性。Debén et al.（2015）推荐野外采集的样品要当场清洗，到实验室后用蒸馏水在尽可能短的时间内进行手工清洗。大部分先前的文献没有提及待检测的藓类植物茎尖长度对元素监测的影响情况，个别提到用茎长度2～3 cm或1～2 cm的材料进行含量测定，藓类样品的长度对有些元素含量测定结果有影响（Carballeir et al.，2008）。由于藓类不同部位生长状况的差异，建议不要用整个植株来测定元素含量。推荐根据样品情况选择棕绿色的组织进行测定（Debén et al.，2015）。样品测定前的干燥处理温度和时间在不同文献中有较大差异，Debén et al.（2015）建议用40 ℃干燥，以避免某些元素的丧失，加上在100 ℃下干燥一小份样品（至恒重），以确定校正系数用于计算样品元素的含量。另外，样品的研磨过程要避免污染样品，以及研磨过程中温度过高。

Adamo et al.（2007）用水洗、烘箱干燥法、草酸铵萃取3种方法对灰藓（Hypnum cupressiforme）进行预处理，不同条件预处理后的样品，重金属元素吸附效率无显著差异。因此，尽可能用简便的方法处理样品。将苔藓样品保存在塑料袋中，去除杂质、枯死以及枯黄部分，去除孢子囊，每100 g干重的样品用10 L去离子水清洗4 次，晾干，混合均匀备用（Tretiach et al.，2007）。

4 适用于水体污染监测的藓袋法探索

苔藓植物作为环境污染监测器可分为主动和被动两种方式。被动监测是指利用就地生长的苔藓进行监测（Steinnes et al.，1992）。主动监测是指一定时间内，将在某一标准环境下生长的苔藓植物整体或部分移植暴露于污染环境中进行监测（Wegener et al.，1992）。两者相比，被动监测多用于大范围、长时间的监测;主动监测因其不易受到植物生长的自然环境的影响，适用于特定区域，例如城市或环境污染严重区域的环境质量监测。藓袋法（moss-bag method）是将从清洁区采集的苔藓植物制成藓袋（moss bag），暴露于污染环境中一定时间进行监测，属于主动监测的一种技术。自从Goodman et al.（1971）首次采集灰藓制成藓袋，测定了威尔士西南某工业区重金属含量以来，藓袋法逐步显现出在监测环境污染的特色和优点，技术也日趋成熟，在世界范围内得到广泛应用。

藓袋法也同样被用于监测水环境质量的方法探索和实际应用（Kovács，1992; Mersch & Pihan，1993; Claveri et al.，1995; Roy et al.，1996; Bruns et al.，1997; Mersch & Reichard，1998; Rasmussen & Andersen，1999; Cenci，2000; Vázquez et al.，2000; Lee et al.，2002; Yurukova & Gecheva，2003，2004; Samecka-Cymerman et al.，2005; Cesa et al.，2006，2010; Divi et al.，2012; Augusto et al.，2013）。Kelly et al.（1987）认为藓袋法是监测水环境重金属污染程度有效而便利的方法。藓袋法对于监测河流中重金属元素导致的慢性污染非常有效（Mersch & Reichard，1998; Cenci，2000; Figueira & Ribeiro，2005）。

用蘚袋法进行水环境质量监测时，需要考虑单位面积中藓袋的数目、藓袋中藓类植物的选择、配子体材料的数量、藓类的大小、固着还是悬浮于水体中、在水体中浸没的时间、元素测定时藓类植物材料的预处理方案等（Gecheva & Yurukova，2013）。Kelly et al.（1987）以水生长喙藓和水藓为材料，应用藓袋法开展了英国北部先前铅矿区的河道水体中重金属元素的监测，用尼龙网制作藓袋，用网孔为0.9 cm-1、0.7 cm-1两种规格的尼龙网制作成20 cm×20 cm大小的藓袋，每个藓袋装有质量15～20 g、新鲜健康、长2 cm的配子体枝的茎尖材料，实验用的藓类植物采集自低重金属污染的区域。装有藓类材料的藓袋固着沉没于（周围高重金属污染）流水中。监测随着浸没时间（2，4，6，8，…100 h）延长重金属含量的富集情况。研究发现，随着浸没时间的延长，藓袋法得到的重金属富集量增加。

为了提出一个有效的用水生苔藓植物监测水环境重金属元素浓度的标准方案，Cesa et al.（2015）研究了藓袋法中不同藓类植物，以及配子体不同的组成在吸收水体中As、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb和Zn上的差异，他们的研究工作涉及到复边藓属种类（Cinclidotus aquaticus）、水藓、圆叶美喙藓（Eurhynchium riparioides，原文中用了Platyhypnidium riparioides这个异名），发现不同的藓类种类，不同的材料来源（整株或仅叶尖）组成的藓袋，对金属元素的吸收存在明显差异，三种藓类植物对Cu、Ni、Mn、Pb和Zn的富集系数均大于2 ，以圆叶美喙藓的吸收能力最强，且以配子体叶尖为藓袋材料的结果重复性最好，因此，Cesa et al.（2015）推荐以圆叶美喙藓的叶尖材料制作的藓袋进行水环境监测。除上述藓类植物，主动法监测水体环境重金属污染程度时，人们也采用过Scapania undulata（McLean & Jones，1975）。

藓袋法开展水体质量测量时，藓袋大小、藓袋中的藓类材料数量、固着或悬浮状态对监测结果有很大影响（Gecheva & Yurukova，2013）。每个藓袋中藓类植物材料的数量差异很大，用水藓材料的试验中有5 g（Samecka-Cymeman et al.，2005）、10～12 g （Mersch & Pihan，1993; Bruns et al.，1997;Cenci，2000; Vázquez et al.，2000）、20 g（Roy et al.，1996; Divi et al.，2012）、100 g（Augusto et al.，2013）、500 g（Kovács，1992; Lee et al.，2002）等。藓袋沉没在水体中的时间至少24 h（Kelly et al.，1987），也有建议至少不短于5 d （López et al.，1994），但是在污染严重的水体中最好不要超过1个月（Gecheva & Yurukova，2014）。水藓是最常用的水环境污染监测用藓类植物（Bruns et al.，1997），但是不同的季节、水体中的固着方式会影响到藓袋法对水体重金属元素的监测效果。Bruns et al.（1997）发现用悬浮于水中的方法，在秋季和冬季用水藓来监测水环境污染效果最好。

5 被动监测法评估水体污染状况

被动监测法是指利用就地生长的苔藓植物进行环境污染程度监测的方法。被动监测法也被应用于水体重金属污染的监测（Say & Whitton，1983; Wehr & Whitton，1983a;Yurukova et al.，1996; Samecka-Cymerman et al.，2002; Yurukova & Gecheva，2004; Vázquez et al.，2007; Samecka-Cymerman et al.，2011）。水环境污染被动监测法一般是应用一些分布广、对重金属元素富集能力强的苔藓植物，代表性的有水生长喙藓、波瓣合叶苔、水灰藓、波叶仙鹤藓（Atrichum undulatum）、拟三列叶真藓（Bryum pseuotriquetrum）、扇叶毛灯藓（Rhizomnium punctatum）、柳叶藓（Amblystegium riparium）、三泮藓（Sanionia uncinata）、范氏藓（Warnstorfia exannulata）、羽枝青藓、绒叶青藓（Brachythecium velutinum）和水藓等（Say & Whitton，1983; Wehr & Whitton，1983a;Yurukova et al.，1996; Samecka-Cymerman et al.，2002，2011; Yurukova & Gecheva，2004; Vázquez et al.，2007）。水藓（Dietz，1972; Empain，1976，1977; Say & Whitton，1983; Bruns et al.，1995; Yurukova et al.，1997）、水生长喙藓（Wher & Whitton，1983a; Wher et al.，1983; Gecheva et al.，2011）、波瓣合叶苔（Wher & Whitton，1983b; Samecka-Cymerman，1991; Samecka-Cymerman & Kempers，1993）在欧洲的水体重金属污染生态监测中应用的相对比较广泛。

这种利用就地生长的苔藓植物进行水环境污染程度监测的方法，受到取样方案的影响。水体监测时藓类植物的取样位置对监测结果有很大的影响。Vázquez et al.（2007）提出生物监测需要一个合适的、广泛的取样网络。如果要在一个100 km2的流域进行监测，且只有一个取样点，该样点应该在河流的中下游段，且尽可能位于（污染物）进入流域全境的位置;如果在300 km2的流域进行监测，假如仅有两个取样点，则建议分别在河流的上游和下游出口处;如果在500 km2的流域进行监测，应该在干流和主要支流的河段，每个取样段应该有100 m长，至少取所选择苔藓植物的五块藓丛，要关注本地背景值的测定（Gecheva & Yurukova，2013）。保加利亚（Yurukova et al.，1997）、西班牙（Carballeira & López，1997）、意大利（Cesa et al.，2010）等欧洲一些国家河道的苔藓植物重金属元素背景值有较好的数据积累。

Vásquez et al.（2019）在厄瓜多尔南部的Loja市Zamora河的三个区域设置120 个样方，调查了苔藓植物有无分布数据和浸没水中苔藓植物的盖度，并以附近森林清洁区的样品作对象，发现Loja市Zamora 河分布的地钱（Marchantia polymorpha），检测到5 种重金属元素Al、Cd、Cu、Fe、Zn及As的含量最高，对照区与城市区域苔藓植物群落也有明显不同，研究认为苔藓植物群落，特别是地钱适用于城市河道的水质生物监测。

水体中苔藓植物某个目标种类的丰富度，或者是苔藓群落结构也能够反映水体环境质量。大部分被动监测的方法仅测定了水体中目标藓类植物和周围环境中的重金属元素的含量，有的BCF值超过了1 000（Empain，1988）。

Samecka-Cymerman et al.（2005）比较了波兰五条溪流水体、生长基质中N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Al、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、V和Zn的含量，以及这些溪流中原位生长的水藓和移植的水藓内这些元素的含量，发现移植的水藓样品中的Al、Cr、Cu、Pb、V和Zn的含量明显高于原位样品，但是Co和Mn的含量在原位生长的水藓样品中要高于移植水藓样品。

被动监测法中，取样设计特别重要，在季节与取样频率、取样点的数量、空间上的代表性、指示种的选择等方面要有标准规范的方法（Debén et al.，2015）。Debén et al.（2015）发现大部分学者的取样时间在春季或夏季，建议每个季节至少采样一次。至于取样的时间，合适的季节取决于河道水位情况，以有利于采样为考虑依据。河流的取样点至少要二个，分别在上游和下游，每个样点上再取5～10 个不同位置的样品，每个点上的样品鲜重在30～300 g之间。至于取样点的空间代表性，Debén et al.（2015）认为要考虑河床的宽度、水位、流速、河岸特点、拦坝等因素。至于水质量被动监测的苔藓种类，68%的研究使用了水藓属的种类，主要是这类植物形态大，容易鉴定，分布广泛。由于实际应用中还涉及水藓以外的种类，例如溪边青藓、圆叶美喙藓等，因此需要研究不同种类对水体污染元素吸收上的差异。

应用原位分布的或移植的苔藓植物进行水体生态状态评估优势明显，例如全年均能采集到合适的样品;取样成本低、速度快，适用于所有淡水栖息地类型，分析测试也方便，通过被动监测的方法掌握污染的历史，用藓袋法等主动监测的方法能够了解不同时间点的污染物沉降情况。另外，苔藓植物不仅耐低温抗冻害、不为动物啃食，而且耐荫、光补偿点低，这使它们成为水环境生态状态监测的理想材料（Gecheva & Yurukova，2014）。

6 苔藓植物在水环境质量监测的应用情况

除了苔藓植物体表吸收、表面积与体积比大、没有角质层等有利于吸附水体中污染物优势外，原位生长或移植的苔藓植物作为水环境质量的指示生物还具有其他的一些明显优点：能够终年获得苔藓植物材料，成本也低，取样迅速便利，能够用于不同类型的水体环境，样品预处理（消化等）简便，且苔藓植物可通过营养繁殖体或有性繁殖进行传播。另外，苔藓植物抗寒能力极强，且不容易被动物啃食，加上其光补偿点低、耐荫能力强（Gecheva & Yurukova，2014）。

苔藓植物在国际上一些大的水环境质量评估项目中也得到了应用。欧盟水框架指令[The Water Framework Directive 2000/60/EC（WFD）European Union 2000]要求各成员国水体达到好的生态状态，根据水质好坏将水体分成五个等级（high，good，moderate，poor and bad），反映生态质量率（ecological quality ratio，EQR）。WFD要求不同成员国之间的这个EQR有可比性。水生苔藓植物激流生态系统中的优势成分，特别是在人为干扰少的水域，它们与水环境因子间的关系被研究得比较深入（Scarlett & O’Hare，2006;Gecheva et al.，2013）。在欧盟水框架指令下，Cesa et al.（2013）开展了应用苔藓植物开展意大利东北部地区水环境质量主动连续监测网络的设计。监测点分布在流经意大利东北部，那里有合法和非法的排污，从而引起了零星、间断或长期的污染现象。在两年的监测过程中，共对25 个样点进行了300 次藓袋投放/回收的操作，其中190 次数据可以用于比较。实践证明藓袋法为污染趋势监测和点污染追溯提供了灵活的方法，符合欧盟水框架指令（的标准）。

欧盟国家多数基于大型水生植物评估水体生态状态的工作主要集中在对水体富营养化程度的评估（Birk et al.，2006）。这类评估系统多数也包括了水生苔藓植物，例如法国的“Indice Biologique Macrophytique en Riviere，IBMR”、德国的“German Reference Index”、英国的“Mean Trophic Rank，MTR”和荷兰的“Macrophyte Score”。其中溪边青藓、水藓被包括在MTR、IBMR系统中（Szoszkiewicz et al.，2006）。在MTR系統中，水藓和水生长喙藓被列为对水体富营养化有中等耐受程度的物种，溪边青藓作为低耐受性的物种。在IBMR系统中，水藓和溪边青藓作为对有机污染物有耐受性的物种（Gecheva & Yurukova，2014）。在其他的一些水体生态状态评估系统中[Macrophyte Prediction and Classification，MACPACS），Massessment and Classification（MAC）]也包括了苔藓植物（Aguiar et al.，2011; Feio et al.，2012）。

7 展望

盡管，国外在应用苔藓植物，特别是应用藓袋法监测水环境中重金属污染方面有不少的工作。但是，这些工作在所用的样品材料、材料的大小和组织类型、藓袋大小与形状、暴露时间和位置、样品清洗时间、测定方法等方面，规范性还不够，影响了结果的可比性。大部分有关苔藓植物进行水污染监测的工作仅涉及到苔藓植物及周围水体中的重金属元素的情况，同时测定水体中的苔藓植物及生长的沉积物基质中的重金属元素含量的工作并不多，今后应该在这方面加强研究，也需要提出一个应用苔藓植物进行水环境质量监测的工作标准。

要应用苔藓植物开展我国境内水体环境质量的监测工作，需要开展相关的基础性研究，要掌握不同流域、不同地理区域、不同工业化地区河道湖泊水体的污染源大致的背景情况;搞清楚水质理化性质对苔藓植物污染元素含量的影响情况。由于水质的苔藓植物指示与监测工作主要在欧洲，而欧洲的气候条件与我国差异很大，水生苔藓植物种类与我国的也明显不同。我国地域辽阔，水生和湿生苔藓植物种类丰富，地区性差别明显。在应用其进行水环境污染监测时，不同地区采用的种类也会有差异。因此，需要加强我国水生、湿生苔藓植物的种类及地理与生态分布的研究，明确不同水生苔藓植物种类对重金属污染胁迫的适应能力，以及对污染元素的吸收富集能力。另外，欧洲的一些水体生态状况评估与长期监测的重要项目重视苔藓植物的生物指示价值，也建议今后国内这方面的项目也应该包括水生苔藓植物。

苔藓植物对环境污染的生物指示已有几十年的研究历史，但是应用苔藓植物进行污染环境的修复的工作还鲜有报道。德国Creative Water Solutions（www.cwsisthebest.net — CWS）发明了一种基于藓类材料净化游泳池水质的专利。游泳池中有机物质与含氯的消毒剂产生化学反应，形成了一种有毒的三卤甲烷和卤乙酸等，在游泳池中加入泥炭藓材料后，这类有毒物质会明显减少。瑞典学者用浮生范氏藓（Warnstorfia fluitans），能够将水体中的砷浓度很快地降低到可饮用水的标准（https：//futurism.com/moss-clean-arsenic-water）。Papadia et al.（2020）研究发现鳞叶藓（Taxiphyllum barbieri）能在几小时里对水体里高浓度的Pb、Cd、Zn、Cu、As和Cr有很强的富集能力，而鳞叶藓能够形成密集的藓丛，对营养需求也低，是一种有潜力的水体重金属污染修复的生物过滤器。现在这方面的研究受到了人们的重视（Sunovska et al.，2016）。由于大部分水质监测用的苔藓植物对污染元素具有很高的富集能力，今后应该重视这些植物在环境修复上的应用开发。

目前有关苔藓植物在水污染监测上的应用，主要是限于温带的欧洲各国，应用的也主要是水生苔藓植物类群。水藓科、柳叶藓科等水生苔藓植物种类在我国分布范围有限，种群也小，如果局限于应用这类苔藓植物进行水环境质量监测，会一定程度限制这类方法在我国的应用。因此，研究陆生、湿生藓类植物在水体环境下的生存情况，筛选出能够生存于沉水环境的陆生藓类植物，对于应用苔藓植物进行水体环境监测具有重要应用价值。郑园园（2010）以弯叶灰藓、勃氏青藓为材料，测定了它们不同的沉水浸泡时间的生存情况，及其对Cd2+和Cr3+的富集能力，发现它们能够较长时间地生存于沉水环境中，对Cd2+和 Cr3+污染的耐受性更强;且对水中Cd2+和 Cr3+均有很强的吸收能力，也能够吸收净化复合污染下的Cd2+和Cr3+。考虑到勃氏青藓和弯叶灰藓两种藓分布广泛、生物量大、取样容易，利用这两种藓类植物，无论是水环境监测、Cr3+和Cd2+污染水体的修复，还是作为水族缸植物，均具有潜在的应用价值。今后既要关注水生、湿生苔藓植物，也要关注陆生的苔藓植物，挖掘更多能够在水体重金属污染监测中有应用前景的苔藓植物种类。

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（责任编辑 周翠鸣）