滨州市常见藓类植物对大气重金属元素吸附能力研究

摘 要：以滨州市城区地表葫芦藓和该市南部山区褐黄水灰藓为研究对象，测定了2种藓类配子体Cu、Pb、Zn、Cd等重金属含量，分析了城区不同生境葫芦藓配子体重金属含量差异以及不同海拔高度褐黄水灰藓配子体相关重金属含量的差异，以揭示2种藓类植物对Cu、Pb、Zn等重金属元素的吸附能力及空间变化规律。结果表明：葫芦藓和褐黄水灰藓这2种常见藓类植物可用于指示或监测该区域空气污染，尤其对近地表区域的空气重金属污染具有良好的监测与指示功能。

关键词：葫芦藓;褐黄水灰藓;大气重金属;吸附能力

中图分类号 Q949.352;X51文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）04-0123-03

大气环境中的重金属元素主要存在于细颗粒物中[1]，常依赖于地形和气象条件，尤其是风向和风速、垂直和水平热力梯度进行远距离扩散[2]，并因重力、降水、吸附等因素，连同所吸附的重金属元素被吸附于植物叶表面[3]。作为由水生向陆生过渡的植物类群，苔鲜植物仅具主要起附着作用的假根[4]，不易从生长基质中摄取养分，而主要从干、湿沉降雨水及露水中获取矿质元素，又因其配子体结构相对简单，缺乏表皮或角质层，当暴露于污染物时，其叶表面可直接吸收离子[5-9]。早期研究表明，苔鲜植物体内的重金属主要来源于大气沉降（包括降水和尘埃）[10]。本研究通过对滨州市城区及其南部山区相关苔藓植物配子体Cu、Pb、Zn等重金属含量进行测定，分析了不同生境、不同海拔高度等藓类植物配子体相关重金属含量水平，揭示该区域常见藓类植物对主要重金属元素的吸附能力及空间差异，以期判断其用于监测或指示该地区空气重金属污染的可行性。

1 材料与方法

1.1 供试材料 研究所用植物材料为葫芦藓（Funaria hygrometrica）配子体及褐黄水灰藓（Hygrohypnum ochraceum）配子体。其中，葫芦藓采自滨州市城区（滨州学院校园、中海公园及黄河五路、八路等城区主干道），褐黄水灰藓采自滨州市南部山区（鹤伴山国家森林公园内）。

1.2 试验方法

1.2.1 样品处理 以滨州市城区公园、大学校园及城区主干道作为不同采集地，在同一时间段采集地表葫芦藓配子体;另外，在位于该市南部山区的鹤伴山国家森林公园于同一批次采集不同海拔高度生長的褐黄水灰藓配子体。每个样点采集后，将样品用牛皮纸袋分装带回实验室，去除杂物后用清水洗净，放入烘箱70℃烘干至恒重，取出后将样品研磨至粉末状，4℃冷藏、备用。

1.2.2 重金属含量测定[3] 利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）测定苔藓样品中重金属Cu、Pb、Zn、Cd等含量。

1.2.3 数据处理 试验数据采用Excel 2010进行整理汇总，运用SPSS 19.0统计软件包进行数据处理，对不同采样点苔藓植物配子体重金属含量进行单因素方差分析（One-Way ANOVA）和Pearson相关性分析，设定显著性水平为P=0.05。

2 结果与分析

2.1 城区不同采集点地表葫芦藓对重金属元素的吸附能力及差异 由图1可知，葫芦藓配子体Zn、Cu、Pb、Cd等重金属含量在不同取样点间差异较为显著，其中城区主干道藓体4种重金属元素含量均显著高于其他取样点（P<0.05），尤其以Pb与Cd含量最为明显。校园（滨州学院）样点中葫芦藓配子体内Zn含量略低于公园样点，而Pb含量略高于公园样点，但均未达到显著水平（P>0.05）;校园样点藓体Cu含量显著高于公园样点，Cd在公园样点藓体中未检出。通过对3个取样地葫芦藓配子体中4种重金属元素总含量进行比较，可知主干道葫芦藓重金属含量远高于其他2类取样地（图2），推测这与其较大的机动车流量有关。

2.2 不同海拔高度上褐黄水灰藓对重金属吸附能力及变化规律 由表1可知，海拔高度对褐黄水灰藓配子体中的重金属含量具有显著影响。具体表现为：随着采集地点海拔升高，褐黄水灰藓体内Cu、Pb、Zn、Cd等重金属含量逐渐降低，其中Pb在400m以上2个采集点样品中未检出，Cd在350m及以上苔藓样品中未检出。具体来看，藓体Zn含量在不同海拔间差异尤为明显，且随着海拔升高其递减趋势也更为显著（图3）;褐黄水灰藓中Cu含量受海拔高度的影响也比较显著（P<0.05）。进一步分析发现，褐黄水灰藓中Zn含量与Cu含量之间表现为显著正相关关系（图4）。

3 结论与讨论

滨州市位于鲁北平原，域内苔藓植物多样性水平较低，鲜有附生苔藓种类，地钱、钱苔等叶状体及呈交织生长的复杂苔藓植物群落也非常少。本研究采集滨州市城区不同地段地表葫芦藓配子体，测定分析了Cu、Pb、Zn、Cd等4种重金属元素含量水平。结果表明：受城区交通主干道高的机动车流量影响，城区采样点葫芦藓重金属含量显著高于公园与校园2个采样点（P<0.05），反映了近地表空气重金属污染与汽车尾气排放及轮胎磨损有关这一客观情况;同时，通过对滨州市南部山区褐黄水灰藓配子体重金属含量的测定分析，发现苔藓植物重金属含量随海拔梯度升高而降低，且对海拔梯度变化的相应规律十分显著（P<0.05），这也与大气主要重金属污染物来自大气污染物沉降且与高度间呈负相关这一事实相符合。由此可见，葫芦藓和褐黄水灰藓这2种常见藓类植物可用于指示或监测该区域空气污染，尤其对近地表区域的空气重金属污染具有良好的监测与指示功能。

大气颗粒物是我国很多城市大气污染中的首要污染物，对人体健康危害很大[3]。陆地和水生生态系统重金属的主要来源是大气污染物的沉降[11]，而陆地生态系统的大气重金属污染物则主要来源于工业生产、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。苔藓植物因其特殊的结构特点，对环境变化十分敏感且有利于大气中的重金属污染物在其体内富集[4]，但不同种类、不同生态类型的苔藓植物对大气中有毒物质的反应有所不同，敏感程度一般为附生种类>叶状体>交织生长类型>层状垫状[12]。

参考文献

[1]韩林洁，黄俊，韩新宇，等.昆明市典型干季大气PM2.5中重金属污染特征与来源研究[J].昆明理工大学学报（自然科学版），2019，44（2）：99-110.

[2]Smodi B，Bleise A.Internationally harmonized approach to biomonitoring trace element atmospheric deposition[J].Environmental Pollution，2002，120（1）：3-10.

[3]杨峥，刘艳菊，朱明淏.植物叶表尘及重金属对城市大气颗粒物污染的指示与评估[J].环境科学学报，2018，38（7）：2782-2795.

[4]吴鹏程.苔藓植物生物学[M].北京：科学出版社，1998.

[5]孙守琴，王定勇.苔藓植物对大气污染指示作用的研究进展[J].四川环境，2004，23（5）：31-35.

[6]伍艳芳.苔藓在大气重金属污染生物监测中的应用及对铜胁迫的反应[D].南京：南京农业大学，2008.

[7]魏海英，方炎明.苔藓植物与环境重金属污染监测研究进展[J].南京林业大学学报（自然科学版），2004，28（5）：77-81.

[8]刘俊华，朱灵红.苔藓植物在大气污染监测中的应用[J].湖北农业科学，2010，49（11）：2906-2908.

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[10]Rühling ?，Tyler G.An ecological approach to the lead problem[J].Botaniska Notiser，1968，121：321-342.

[11]王爱霞.南京市空气重金属污染的藓类和树木监测[D].南京：南京林业大学，2010.

[12]吴鹏程，罗健馨.大气污染的指示计——苔藓植物[J].植物杂志，1981（4）：27. （责编：徐世红）