滨州学院校园葫芦藓重金属含量的季节性变化

刘俊华

(滨州学院 生物与环境工程学院，山东 滨州 256603)

1 引言

苔藓植物作为由水生向陆生过渡的植物类群，其结构简单却能够适应多种多样的环境条件，因而广布于世界各地[1]。同时，苔藓植物对大气污染变化十分敏感，常作为环境污染等方面的生物监测材料[2～6]。前期研究表明，滨州市城区范围内葫芦藓、立碗藓(Physcomitriumsphaericum)在Cu、Pb、Zn等重金属富集与积累方面有一定差异，并且重金属含量水平受生境条件影响较大[6～10]，但仍缺乏从苔藓植物生长发育方面(即时间维度)对其配子体重金属含量变化进行分析的直接资料。

本研究通过对不同季节地表葫芦藓(Funariahygrometrica)配子体几种重金属含量的测定分析，以期初步阐明滨州市城区范围内近地表空气重金属污染的时间变化特征。

2 材料与方法

2.1 实验材料

葫芦藓(Funariahygrometrica)配子体于2018～2019年采自滨州学院校园(位于滨州市滨城区近中心位置)。

2.2 实验方法

2.2.1 样品处理

按照植物生态学采样布点与调查方法进行葫芦藓配子体样品调查采集，采集地远离交通干道。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，再以蒸馏水冲洗3次，放入烘箱70 ℃烘干至恒重，取出后将样品研磨呈粉末状，4 ℃冷藏，备用。

2.2.2 重金属含量测定

称取0.4 g左右苔藓样品加入到消化管中，然后加入8 mL硝酸和2 mL高氯酸，盖好盖插入消解孔中，对苔藓进行消解，直至样品液体呈透明，取出样品定容至50 mL储存备用。利用微波加热消解，通过ICP-AES测定方法，分析测定苔藓植物化学元素组成及其含量，同时做空白对照分析。

2.2.3 数据统计

本研究各采集组均为3个重复；所有数据在Windows 7系统下，采用Excel 2003进行整理汇总；运用SPSS 19.0统计软件包进行数据处理，应用单因素方差分析(One-Way ANOVA)和Pearson相关分析对不同时间、不同地段葫芦藓体内相关重金属元素含量进行检验分析；本文中设定显著性水平为P=0.05。

3 结果与分析

3.1 不同采集时间葫芦藓配子体各重金属元素含量变化

葫芦藓在该区域广为分布，且常年均可生长。从图1可以看出，滨州学院校园采集的葫芦藓配子体，其体内重金属Cu、Pb、Zn等元素含量在不同季节间存在较大差异，春季(3月份)各重金属元素含量均较低，随着时间推移，其配子体内重金属含量逐渐增加，直至冬季(12月份)达到最高，但7月、9月及12月份3个时间采集样品的Zn含量与3月份采集样品间差异显著(P<0.05)，Cu、Pb含量在各时间段间的差异均未达到显著水平(P>0.05)。

3.2 不同采集时间葫芦藓配子体3种重金属元素总含量变化

如图2所示，从3～12月间， Cu、Pb、Zn等3种重金属元素在葫芦藓配子体内累积量不断增加，总体呈现出单调递增的变化规律，但季节间的增加速率有所不同，其中从5～7月份为重金属含量增加最为明显的时间段。从整个采集时间范围来看，3种重金属总含量方面只有冬季(12月份)采集组显著高于春季采集组(3月份)，其余各组间差异不显著(P>0.05)。

图中“*”表示与3月份采集组间差异显著(P<0.05)；Cd在各样品中均未检出

图中小写字母不同代表组间差异显著(P<0.05)

3.3 葫芦藓体内Cu-Pb-Zn含量相关性分析

本研究中采集葫芦藓配子体内Cu、Pb、Zn等3种重金属元素含量间具有较为密切的关联性，经Pearson相关性分析，结果表明Cu-Pb、Pb-Zn、Cu-Zn在含量水平方面均表现出呈较为显著的正相关关系(P<0.05)，但不同元素间显著性水平有所差异，总体表现为Cu-Pb>Pb-Zn>Cu-Zn(表1)，其中Cu-Pb含量间达到极显著水平(P<0.01)。

表1 葫芦藓配子体重金属Cu-Pb-Zn含量相关性分析 μg/g

4 结论与讨论

苔藓植物对陆生环境具有广泛的适应能力，多数种类可在多种复杂环境中分布和生长[1]，加上其所具有的特殊生理构造和发育过程，决定了苔藓植物对环境重金属胁迫方面也具有强的适应性[7]。本研究在不同时间所采集的葫芦藓，均来源于滨州学院校园内，且远离主干道，因此在生长环境方面具有较强的一致性，因而在生境条件相对一致的前提下，就其时间维度方面对重金属含量水平展开比较分析是合理可行的。本研究中，葫芦藓配子体中重金属Cu、Pb、Zn及3种元素的总含量均呈现随时间推移(由当年2～12月份，跨越春夏秋冬等4个季节)逐渐升高的规律，但相对增长量在不同季节间存在差异，如夏季(5～7月份)增长水平高于其他时间段。

本研究所指苔藓植物体内重金属含量水平以质量分数(μg/g)表征，考虑到在葫芦藓生长过程中自身生物量是一个逐步增加的过程，因此其配子体中相关重金属元素含量绝对水平为线性增加的过程，而随着体内重金属含量的增加，反过来又有可能对苔藓植物生长发育产生胁迫效应。此外，本研究所用苔藓物种为形体较为矮小的葫芦藓，因此由其配子体重金属含量及时间变化特征所反映出的仅表明在近地表范围内重金属Cu、Pb、Zn等的污染状况，在更大垂直空间区域内的空气重金属污染状况，还需要结合其他如草本、灌木或乔木等较高大植物的叶片相关重金属含量及累积特征加以进一步研究来确定。