灰蘚屬植物對(duì)衡陽市大氣重金屬污染的監(jiān)測(cè)作用

劉偉才

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 園林學(xué)院，湖南 衡陽 421005)

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灰蘚屬植物對(duì)衡陽市大氣重金屬污染的監(jiān)測(cè)作用

劉偉才

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 園林學(xué)院，湖南 衡陽 421005)

研究主要是利用灰蘚屬植物大灰蘚(Hypnumplumaeforme)對(duì)衡陽市內(nèi)有代表性的區(qū)域大氣重金屬污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分別選取了工業(yè)區(qū)、文教區(qū)、居民區(qū)、休閑旅游區(qū)4個(gè)功能區(qū)，采用原子吸收光譜法對(duì)樣品中Cu、Hg、Cd、Pb、Zn等6重金屬元素含量進(jìn)行測(cè)定.結(jié)果: Cu、Hg、Cd、Pb、Zn、Cr在4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的含量范圍依次為10.211 ug/g～20.824 ug/g,0.515 ug/g～0.931 ug/g,0.326 ug/g～1.669 ug/g,22.746 ug/g～51.625 ug/g,101.745 ug/g～123.221 ug/g,3.617 ug/g～15.822 ug/g,單一重金屬污染指數(shù)值范圍依次是:1.564～3.198,1.702～3.089,0.895～4.675,2.247～5.102,1.574～1.987,1.997～8.726.結(jié)論:利用灰蘚屬植物監(jiān)測(cè)衡陽市大氣重金屬污染,Cr污染最嚴(yán)重,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的重金屬污染程度最嚴(yán)重的是松木工業(yè)園.圖1，表4，參13.

大灰蘚；重金屬；污染；監(jiān)測(cè)

苔蘚植物屬苔蘚植物門一類結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的植物，無真正的根，只有由單列細(xì)胞組成的假根，無維管束組織，植物體與土壤等基質(zhì)接觸少，因此其生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過體表從空氣獲取[1]，研究表明，苔蘚植物對(duì)環(huán)境污染因子的變化極為敏感[2]，因此，現(xiàn)在已經(jīng)作為一種良好的大氣污染指示植物.

隨著城市化、工業(yè)化等進(jìn)程的加快，環(huán)境重金屬污染日益嚴(yán)重，苔蘚植物以其獨(dú)特的生理和代謝特征，是一類重要的大氣重金屬污染指示植物[3]，其重金屬元素含量同該元素的環(huán)境濃度及沉積率之間具有良好的相關(guān)性[4]，常被用來監(jiān)測(cè)環(huán)境重金屬污染物質(zhì)及污染程度的變化[5].目前，衡陽市尚無利用苔蘚植物監(jiān)測(cè)環(huán)境重金屬污染的研究報(bào)道.研究以灰蘚屬(Hypnum)苔蘚植物大灰蘚(HypnumplumaeformeWils)為材料，選擇衡陽市中心城區(qū)及城郊的4個(gè)樣點(diǎn)，利用蘚類大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中常用的苔袋法[6]，對(duì)市區(qū)大氣重金屬污染狀況進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，有助于了解衡陽市大氣環(huán)境重金屬的污染情況，也為利用苔蘚植物開展環(huán)境監(jiān)測(cè)提供基礎(chǔ)資料.

1　材料與方法

1.1研究地區(qū)

衡陽位于湖南省中南部，湘江中游，衡山之南.地處東經(jīng)110°32′16″～113°16′32″，北緯26°07′05″～27°28′24″.總面積15 310 hm2,城區(qū)面積120 hm2，是中南地區(qū)重要工業(yè)城市，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，降水充足.

1.2材料

監(jiān)測(cè)用的材料采用大氣重金屬污染監(jiān)測(cè)常用蘚類—大灰蘚(H.plumaeformeWils)[7]采自南岳衡山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū).苔蘚采回后，清洗干凈去除雜質(zhì),保留鮮活部分，先用濃度為1%硝酸溶液浸泡，再用去離子水清洗三次，放置在清潔的干燥架上讓其自然風(fēng)干，用尼龍篩網(wǎng)(網(wǎng)眼2.0 mm×2.0 mm)做成15.5 cm×6.5 cm的矩形袋子，在硝酸溶液中浸泡并清洗干凈，一端開口，裝入4.0 g左右風(fēng)干的苔蘚，封住袋口.制作過程中戴一次性乳膠手套，以避免污染.

1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將衡陽市城區(qū)劃分為工業(yè)區(qū)、文教區(qū)、居民區(qū)、休閑旅游區(qū)4類區(qū)域，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置詳見表1，把準(zhǔn)備好的蘚袋分別在4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)掛好，對(duì)照點(diǎn)選擇南岳衡山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，蘚袋因地制宜的選擇懸掛物，保證完全暴露于空氣中，上方不能有遮蓋物，離地面高度6 m左右.每點(diǎn)布設(shè)3袋(含對(duì)照組)，編號(hào)并貼上標(biāo)簽，懸掛時(shí)間為2個(gè)月，具體時(shí)間為2016年3月20日～5月20日.

表1　衡陽市大氣重金屬監(jiān)測(cè)布點(diǎn)表

1.4樣品處理

(1)烘干.將苔蘚放入101A型干燥箱內(nèi),溫度保持50 ℃烘干48 h.

(2)研磨.將烘好的樣品自然冷卻至室溫，分別研磨，存放于干凈封口瓶中，備用.

(3)稱量.用AL204型電子天平，準(zhǔn)確稱取樣品1 g.

(4)硝化處理.采用“濕法灰化”法，將準(zhǔn)確稱取后的樣品用1∶4優(yōu)級(jí)純HClO4和HNO3混合溶液浸泡48 h，然后，在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行過濾,并將濾液在調(diào)溫電熱板上烘干至呈白色粉末狀，加2次蒸餾水溶解，定容于50 ml容量瓶?jī)?nèi)，每個(gè)樣品均做平行雙樣，取其平均值作比較.

(5)重金屬測(cè)定.利用原子吸收光譜火焰法(AAS)測(cè)定樣品中Cu、Hg、Cd、Pb、Zn、Cr的含量，主要儀器為瓦里安原子吸收光譜儀(AA240FS)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析.

1.5統(tǒng)計(jì)分析

2　結(jié)果分析

對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)苔蘚內(nèi)Cu、Hg、Cd、Pb、Zn、Cr的含量進(jìn)行測(cè)定，具體結(jié)果見表2、圖1，并對(duì)單一重金屬進(jìn)行污染指數(shù)分析，結(jié)果見表3、表4，污染指數(shù)(Contamination factors,CF),CF=CM/CB.其中，CM為監(jiān)測(cè)樣品中元素濃度，CB為對(duì)照組元素濃度.當(dāng)CF<1，指示元素來源于自然；當(dāng)CF>1，指示元素富集，污染可能由人為活動(dòng)引起.根據(jù)CF值可劃分污染等級(jí)，一般劃分為6個(gè)等級(jí)[8-11]，CF<1，無污染；1≤CF≤2擬似污染；227，極度污染.

從表2可知，6種金屬元素在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)苔蘚內(nèi)平均含量均不相同，除南湖公園監(jiān)測(cè)點(diǎn)重金屬Cd含量略低于對(duì)照區(qū)外，其他區(qū)域重金屬含量都高于對(duì)照區(qū)，但受污染程度不一.工業(yè)區(qū)松木工業(yè)園中，重金屬Zn含量最高，含量為123.221 ug/g，其次為Pb，含量為51.625 ug/g，含量最低為Hg，含量為0.931 ug/g；文教區(qū)南華大學(xué)，重金屬Zn含量最高，含量為111.926 ug/g，其次為Pb，含量為35.744 ug/g，含量最低為Hg，含量為0.503 ug/g；居民區(qū)蒸湘區(qū)太平小區(qū)，重金屬Zn含量最高，含量為128.374 ug/g，其次為Pb，含量為39.424 ug/g，含量最低為Cd，含量為0.586 ug/g；休閑旅游區(qū)南湖公園，重金屬Zn含量最高，含量為101.745 ug/g，其次為Pb，含量為22.746 ug/g，含量最低為Cd，含量為0.326 ug/g；通過對(duì)4個(gè)功能區(qū)與對(duì)照組內(nèi)苔蘚樣品重金屬含量的方差分析,可知重金屬Cu、Hg、Pb、Zn、Cr在苔蘚植物體內(nèi)的含量與對(duì)照組相比均存在顯著性差異(P< 0.05)，重金屬Cd只有休閑旅游區(qū)與與對(duì)照組無顯著性差異.但如果考慮重金屬背景值，換算成污染指數(shù)，松木工業(yè)園重金屬Cr的CF值最高，達(dá)8.726，屬嚴(yán)重污染.Cd、Pb的CF值屬中度污染，Cu、Hg的CF值屬輕度污染，Zn污染程度最輕，屬擬似污染；南華大學(xué)重金屬Pb的CF值最高，為3.530，屬中度污染，Cr的CF值屬輕度污染，Cu、Hg、Cd、Zn的CF值均低于2，屬擬似污染；蒸湘區(qū)太平小區(qū)重金屬污染情況與南華大學(xué)相似，重金屬Pb為中度污染，Cr屬輕度污染，其余都為擬似污染；南湖公園除重金屬Pb的CF值為2.247，屬輕度污染外，其余5種元素CF值均超過2，屬擬似污染.

表2　各監(jiān)測(cè)點(diǎn)苔蘚內(nèi)平均重金屬含量比較(ug/g)

注:表中同列不同小寫字母代表含量具有顯著性差異.

Note:In the same line different letters indicate significant difference.

圖1　各樣點(diǎn)重金屬元素的含量Fig.1　Concentrations of heavy metals in sample sites

污染指數(shù)松木工業(yè)園南華大學(xué)蒸湘區(qū)太平小區(qū)南湖公園平均值對(duì)照點(diǎn)Cu污染指數(shù)3．1981．9801．7851．5642．1321．000Hg污染指數(shù)3．0891．6591．9471．7022．0991．000Cd污染指數(shù)4．6751．4821．6170．8952．1671．000Pb污染指數(shù)5．1023．5303．8942．2473．6931．000Zn污染指數(shù)1．9071．7321．9871．5741．8001．000Cr污染指數(shù)8．7262．8712．5761．9974．0431．000

表4　各功能區(qū)平均重金屬污染指數(shù)

3　討　論

從以上分析可知，衡陽市大氣主要重金屬污染物為Cr和Pb，CF值3.50.05)外，其它5種重金屬與對(duì)照組相比都有顯著性差異(P<0.05)，這與衡陽的城市發(fā)展定位有關(guān)，一直以來衡陽都是中南地區(qū)主要工業(yè)城市，在工業(yè)生產(chǎn)中使大氣受不同程度的重金屬污染.從功能區(qū)來看，重金屬的污染程度是工業(yè)區(qū)>居民區(qū)>文教區(qū)>休閑旅游區(qū)，工業(yè)區(qū)屬中度污染，文教區(qū)、居民區(qū)屬輕度污染，休閑旅游區(qū)屬擬似污染，工業(yè)區(qū)在生產(chǎn)活動(dòng)中向大氣排放污染物，使其污染情況最為嚴(yán)重.文教區(qū)南華大學(xué)與居民區(qū)蒸湘區(qū)太平小區(qū)都位于市中心區(qū)域，主要重金屬污染物為Pb，此區(qū)域?yàn)橹匾煌屑~區(qū)，車流量大，從而造成Pb中度污染，此類污染主要與交通運(yùn)輸相關(guān)[12-13].休閑旅游區(qū)南湖公園，位于衡陽市遠(yuǎn)郊，受重金屬污染影響程度最低，只有重金屬Pb達(dá)到輕度污染.綜上所述，苔袋法由于具有經(jīng)濟(jì)、靈敏、高效及可持續(xù)觀測(cè)等特點(diǎn)，確定背景濃度后，能直接體現(xiàn)污染物范圍與程度，在環(huán)境污染檢測(cè)中發(fā)揮越來越重要作用.

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

Effect of Hypnum Monitoring Atmospheric Heavy Metal Pollution in Hengyang City

LIU Wei-cai

(Department of Landscape Architecture，Hunan Polytechnic of Environment and Biology, Hengyang 421005, China)

Hypnum plumaeforme was used to monitor the regional atmospheric heavy metal pollution in Hengyang city, among which there were four industrial zones such as cultural and educational areas, residential areas, leisure and tourism areas selected. The contents of Cu, Hg, Cd, Pb, Zn and other heavy metal elements in the samples were determined by atomic absorption spectrometry. Results: The content range of Cu, Hg, Cd, Pb, Zn and Cr in the four monitoring points was respectively 10.211 ug/g～20.824 ug/g, 0.515 ug/g～0.931 ug/g, 0.326 ug/g～1.669 ug/g, 22.746 ug/g～51.625 ug/g, 101.745 ug/g～123.221ug/g, 3.617 ug/g～15.822 ug/g, and the range of single heavy metal pollution index was respectively 1.564～3.198, 1.702～3.089, 0.895～4.675,2.247～5.102, 1.574～1.987, 1.997～8.726. Conclusion: Hypnum plumaeforme was used to monitor atmospheric heavy metal pollution in Hengyang City, among which Cr was the most polluted, and the heavy metal pollution in the Song-mu industrial Park was the most serious in all the monitoring sites.1fig.,3tabs.,13refs.

Hypnum plumaeforme; heavy metals; pollution; monitoring

2016-09-02

湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目資助(編號(hào):13C242);衡陽市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):2014KS43);湖南省林業(yè)科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):XLK201629)

劉偉才(1984-)，男，碩士,講師,研究方向：環(huán)境生物監(jiān)測(cè)及污染治理.

2095-7300(2016)03-012-05

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