應(yīng)用苔蘚植物監(jiān)測水體污染

李丹丹 楊軍 宋玉玲 朱樺 于晶 郭水良

摘 要：苔蘚植物是環(huán)境污染的重要指示生物，目前，國內(nèi)開展的主要是應(yīng)用苔蘚植物進行大氣污染的監(jiān)測，事實上國外已有較多應(yīng)用苔蘚植物進行水體質(zhì)量監(jiān)測的工作。該文首先統(tǒng)計分析了國際上應(yīng)用苔蘚植物進行水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測研究文獻，然后從苔蘚植物監(jiān)測的水體污染物類型、監(jiān)測用苔蘚植物種類、苔蘚植物材料存活狀態(tài)對監(jiān)測效果的影響、影響苔蘚植物富集水體重金屬元素的環(huán)境因素、應(yīng)用苔蘚植物進行水體污染監(jiān)測的主動與被動方法、樣品預(yù)處理方法和水體質(zhì)量監(jiān)測的應(yīng)用案例等方面，系統(tǒng)介紹了國際上應(yīng)用苔蘚植物進行水體污染監(jiān)測的研究和應(yīng)用概況，提出了今后應(yīng)用苔蘚植物監(jiān)測水體污染研究值得關(guān)注的領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：苔蘚植物，苔蘚生物指示，水體污染，綜述

中圖分類號：Q948

文獻標識碼：A

文章編號：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）是特殊的高等植物類群，種數(shù)僅次于被子植物。根據(jù)最新的分類系統(tǒng)，苔蘚植物包括3個門：苔類植物門（Marchentiophyta，liverworts）（3 綱，83 科，391 屬，5 000 種左右）;角苔植物門（Anthocerophyta，hornworts）（2 綱，5 科，14 屬，300 多種）;蘚類植物門（Bryophyta，moss）（8 綱，11 科，854 屬，大約12 800種）（Goffinet & Shaw，2009; Vanderpoorten & Goffinet，2009）。中國境內(nèi)的苔蘚植物有150 科591屬3 021 種（賈渝和何思，2013）。

苔蘚植物配子體占優(yōu)勢，葉片一般由單層或少數(shù)幾層細胞構(gòu)成，體表無蠟質(zhì)的角質(zhì)層覆蓋，沒有由維管組織構(gòu)成的輸導(dǎo)系統(tǒng)，當其暴露于污染環(huán)境中時，重金屬等污染物質(zhì)可從背腹兩面侵入葉細胞之中。由于表面積與體積比高，因而有很強的吸附環(huán)境污染物的能力。營養(yǎng)主要來自莖葉體表面吸收，對環(huán)境變化特別敏感（郭水良和曹同，2001）。苔蘚植物獨特的生物學特性使之適合應(yīng)用于環(huán)境污染的監(jiān)測。苔蘚植物對重金屬等污染的敏感性遠高于種子植物（Manning & Feder，1980）。由于苔蘚植物取材容易，分布廣泛，因此被廣泛應(yīng)用于環(huán)境質(zhì)量的生物指示和監(jiān)測。在水體環(huán)境中，由于污染物濃度太低而處于儀器檢測的范圍外，但是水體中的苔蘚植物對重金屬元素或其他污染物有生物富集作用，從而使苔蘚植物能夠用于對水體污染的監(jiān)測。

國內(nèi)有關(guān)苔蘚植物進行環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和評估的工作主要集中在大氣與土壤環(huán)境，這方面的綜述也較多（方炎明等，2000; 孫守琴和王定勇，2004; 魏海英和方炎明，2004; 黃建斌和肖化云，2008; 許春暉和盧龍，2010; 王愛霞和方炎明，2011; 姜蘋紅等，2015）。由于應(yīng)用苔蘚植物進行水體質(zhì)量監(jiān)測的工作，在國內(nèi)還幾乎是空白狀態(tài)，但是歐洲在這方面研究和應(yīng)用的歷史較長。本文主要介紹有關(guān)應(yīng)用苔蘚植物進行水體環(huán)境監(jiān)測與評估研究在國外的情況，旨在為國內(nèi)開展苔蘚植物水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測研究和實踐提供借鑒。

1 研究基本概況

在“中國知網(wǎng)”數(shù)據(jù)庫中檢索“苔蘚植物”“蘚類植物”“重金屬”“污染” “大氣”“指示” “監(jiān)測”“蘚”“種群”“水體”“溪流”“河道”等詞在標題中出現(xiàn)情況，在114個中文刊物上共有關(guān)于苔蘚植物環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測（bryophyte monitoring to environmental quality，BMEQ）方面的論文198 篇，另外還有碩士學位論文38篇。這些論著主要關(guān)于大氣與土壤污染，部分涉及氮沉降、酸雨，以及苔蘚植物對污染物的生理響應(yīng)等，少量涉及多環(huán)芳烴有機污染。盡管有眾多關(guān)于BMEQ的論文，但是關(guān)于苔蘚植物對水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測（bryophyte monitoring to water quality，BMWQ）方面的學術(shù)論文極少，有關(guān)這方面的報道僅見于上海師范大學鄭園園（2010）有關(guān)陸生苔蘚植物對水體環(huán)境適應(yīng)的光合生理基礎(chǔ)及其在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用潛力，胡鴻興等（2009）、張永鋒等（2018）有關(guān)濕地沼澤苔蘚植物重金屬含量及泥炭蘚濕地對重金屬元素的凈化功能，以及Xu et al.（2012）分析了兩種陸生蘚類植物[彎葉灰蘚（Hypnum hamulosum）和勃氏青蘚（Brachythecium brotheri）]對Cr和Cd的監(jiān)測潛力。

在Web of Science標題中檢索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這些內(nèi)容，共得到534 篇自1973 年以來的BMEQ方面的論文，主要的研究領(lǐng)域是大氣重金屬污染的監(jiān)測與生物指示、有機污染物、氮沉降的生物指示以及對苔蘚植物的生物學效應(yīng)等。相比于國內(nèi)的情況，國外學者很早就關(guān)注BMWQ方面的工作，這方面先后也有49 篇論文（僅標題檢索），這方面工作的主要學者有意大利Trieste大學的Cesa、西班牙Santiago De Compostela大學的Debén等。在標題檢索的49篇BMWQ的論文中，有少數(shù)是有關(guān)溪流等天然水體中苔蘚植物分布、重金屬含量及其與環(huán)境因素間關(guān)系研究（Kapfer et al.，2012; Puczko et al.，2018; Vásquez et al.，2019），其余大部分是有關(guān)應(yīng)用苔蘚植物進行水體質(zhì)量監(jiān)測的技術(shù)方法與方案（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）、監(jiān)測案例（Mersch & Johansson，1993; Mersch et al.，1993; Hongve，2002; Simona，2012）和研究綜述（Augusto et al.，2013; Gecheva & Yurukova，2014; Debén et al.，2015，2017）。

Debén et al.（2015）用the SciVerse SCOPUS在線工具，檢索了2015 年前有關(guān)利用原位生長的水生苔蘚植物進行內(nèi)陸水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的文獻，發(fā)現(xiàn)1979 至2013 年期間共有73 篇這方面的論文，其中80%是基于歐洲開展的工作，97%是涉及無機元素的生物監(jiān)測，極少數(shù)涉及有機污染物的監(jiān)測，有15%的文獻側(cè)重于方法探索，81%的作者僅發(fā)表一篇這方面主題的論文，監(jiān)測技術(shù)方法并不標準規(guī)范。

苔蘚植物主要被用于水體中重金屬污染的檢測（Gecheva & Yurukova，2014），但是這類方法也可以用于水體有機污染物的監(jiān)測，報道的有機污染物包括惡喹酸（oxolinic acid）、氟甲喹（flumequine）、土霉素（oxytetracycline）、殺菌劑（antibacterial agents）（Delépée et al.，2004）、多氯化聯(lián)二苯（polychlorinated biphenyl）和六氯環(huán)己烷（hexachlorocyclohexanes）（Mouvet et al.，1985）、多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons）（Roy et al.，1996）等。Mouvet et al.（1985）將采自清潔水體中的復(fù)邊蘚（Cinclidotus danubicus）制成蘚袋固定在Durance河流中，以監(jiān)測河流中多氯聯(lián)苯（PCBs）、六氯環(huán)己烷（HCH）的污染程度。Sashwati et al.（1996）和Viskari et al.（1997）用蘚袋法監(jiān)測了高速公路和河流的多環(huán)芳烴（PAHs）污染。另外，基于水蘚（Fontinalis antipyretica）在氟污染脅迫的生理應(yīng)急反應(yīng)，Vázquez et al.（2012）開展了城市氟污染的生物監(jiān)測。

苔蘚植物在監(jiān)測水體放射性物質(zhì)上也有應(yīng)用潛力（Hongve et al.，2002）。早在1973 年，就有運用復(fù)邊蘚監(jiān)測法國境內(nèi)水體放射性物質(zhì)的報道（Kirchmann & Lambinon，1973）;水蘚也曾被用于監(jiān)測水體中的放射性物質(zhì)Cs137、Cs124、U235、Ra236、Th232 和K40（Mishev et al.，1996）。

苔蘚植物也被用于水體富營養(yǎng)化程度的評估（Hime et al.，2009）。在基于大型水生植物水體富營養(yǎng)化程度的歐盟評估系統(tǒng)中也包括了苔蘚植物，例如法國的“Indice Biologique Macrophytique en Riviere，IBMR”、德國的“German Reference Index”、英國的“Mean Trophic Rank，MTR”和荷蘭的“Macrophyte Score”（Birk et al.，2006）。植物群落中苔蘚植物的組成情況也能指示水體的健康或類型。人們發(fā)現(xiàn)在生境穩(wěn)定的溪流中，苔蘚植物群落的主要種類是水蘚和水生長喙蘚（Rhynchostegimum riparioides）（Lang & Murphy，2012），波瓣合葉苔（Scapania undulata）和褐黃水灰蘚（Hygrohypnum ochraceum）是溪流上游段貧營養(yǎng)化地段的指示苔蘚植物（Wehr & Whitton，1983b），水灰蘚（H. luridum）和裂萼苔（Chiloscyphus polyanthus）是富含鈣質(zhì)和礦物質(zhì)的溪流的指示苔蘚植物（Lang & Murphy，2012）。

2 用于水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的苔蘚植物種類

苔蘚植物體表面積體積比、表面結(jié)構(gòu)特征、莖與枝上有無附屬物等，隨著種類不同，從而造成捕獲污染物能力有差異。由于苔蘚分布上的差異，不同地區(qū)蘚袋法所用的苔蘚植物種類也有差異。理論上，盡量選擇表面體積比大、葉片表面有疣而粗糙不平、莖枝上有毛狀附屬、植物體型大、分布廣、生物量大、富集能力強的種類。人們用BCF（bioconcentration factor，樣品中污染物濃度/環(huán)境背景中的污染物濃度）反映生物指示能力。水蘚的BCF值極高，對鉛的BCF值為3 200，而對Zn的高達9 400（Dietz，1972）。在水蘚、溪邊青蘚（Brachythecium rivulare）、水生長喙蘚和波瓣合葉苔中，López & Carballeira（1993）發(fā)現(xiàn)波瓣合葉苔和水生長喙蘚的BCF值最高。

目前，已有不少苔蘚植物用于水環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測。水蘚屬植物（Fontinalis sp.）是水體質(zhì)量監(jiān)測中應(yīng)用最廣泛的類群，它們對Cu敏感，但對Cd不敏感（Gecheva & Yurukova，2014）。水蘚和圓葉美喙蘚（Eurhynchium riparioides）分布于溫帶水體環(huán)境中，在監(jiān)測水體重金屬污染程度方面具有很大的應(yīng)用潛力（Say et al.，1981; Gecheva & Yurukova，2014），在歐洲的比利時、保加利亞、匈牙利、英國、德國、法國和波蘭等均有應(yīng)用的報道（Gecheva & Yurukova，2014）。圓葉美喙蘚（異名：圓葉平灰蘚Platyhypnidium riparioides）、Eurhynchium rusciforme、水生長喙蘚等因地理和生態(tài)分布廣而廣泛應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測（Wehr & Whitton，1983a）。Cesa et al.（2006，2008，2009a，b，2010）應(yīng)用基于水生長喙蘚的蘚袋法，較深入地研究了意大利一些水體的環(huán)境質(zhì)量，展示了生物富集現(xiàn)象的空間格局，以及Pb、Cu的長期污染和Cr、Zn、Ni斷斷續(xù)續(xù)的污染現(xiàn)象?？傮w上講，水蘚和水生長喙蘚在水體污染監(jiān)測上應(yīng)用的最為廣泛（Gecheva & Yurukova，2014）。

Suzuki et al.（2016）研究了銅礦尾礦附近水域中生長的苔蘚植物對銅和砷的富集情況，發(fā)現(xiàn)在汞的背景值為0.005 mg·L-1的水體中，劍葉蘚（Scopelophila cataractae）能富集1 300 mg·kg-1（干重質(zhì)量）的砷，羽枝青蘚（Brachythecium plumosum）和水生長喙蘚可能對銅和砷有很強的富集能力。

泥炭蘚體表層擁有大量的離子交換官能團，對存在于空氣中或水體中的金屬物質(zhì)有較高吸附和累積能力，因此，泥炭蘚是蘚袋法最常用的蘚類材料（Hynninen，1986; Anicˇic' et al.，2009），常用到耳葉泥炭蘚（Sphagnum auriculatum）、尖葉泥炭蘚（S. capillifolium）、暖地泥炭蘚（S. junghuhnianum）、白齒泥炭蘚（S. girgensohnii）等。

3 影響苔蘚植物對水體重金屬元素監(jiān)測的因素

要應(yīng)用苔蘚植物監(jiān)測水環(huán)境中的重金屬污染情況，需要了解水環(huán)境理化性質(zhì)對苔蘚植株內(nèi)重金屬元素含量的影響。Empain（1988）發(fā)現(xiàn)蘚類植物體內(nèi)銅含量與水體背景中的含量呈正相關(guān)關(guān)系，水體中的pH對苔蘚植物的重金屬元素富集有重要影響。蘚類植物對水體中Pb和Al的富集強烈受到水體pH的影響（Mersch & Pihan，1993）?？扇苄杂袡C物、雨水等增加水體中氫離子濃度降低了波瓣合葉苔中Al、Mn和Zn的生物富集能力，而且在酸性環(huán)境中（pH<5.5）富集在苔蘚植株內(nèi)的Mn和Al又會被重新釋放到環(huán)境中去（Caines et al.，1985;Gecheva & Yurukova，2014）。Vázquez et al.（2000）發(fā)現(xiàn)酸性環(huán)境中的水蘚對水體金屬元素的吸收量要弱于近中性的水體環(huán)境，并推測可能是由于質(zhì)子競爭性地置換了細胞外結(jié)合位點和膜轉(zhuǎn)運蛋白中的金屬離子;酸性環(huán)境中吸收量的降低主要是發(fā)生在胞外積累的量減少。

Cesa et al.（2011）以水蘚為材料，設(shè)置要測定的元素濃度梯度，在實驗控制條件下比較了烘干失活材料和活材料對11 種微量元素和Ca、Mg、Na和K這四種大量元素吸收的情況，發(fā)現(xiàn)活材料和失活材料的吸收呈現(xiàn)相似的變化式樣，對Cd和Ni的吸收量均顯示出隨著水體中濃度增加而線性增加，而As、Cu、Hg和Pb的吸收呈現(xiàn)飽和曲線式樣，而Al和Mn的吸收與背景濃度沒有什么關(guān)系，發(fā)現(xiàn)失活的水蘚材料甚至比活材料更能夠維持部分微量元素高的吸收能力，認為失活的水蘚材料在水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測上具有潛在的應(yīng)用前景。

Debén et al.（2016）用100 ℃烘箱干燥、50 ℃烘箱干燥和開水煮3種方法處理水蘚樣品，用失去活力的樣品進行水體重金屬元素濃度的主動監(jiān)測法，了解不同處理方法對監(jiān)測過程中樣品喪失和元素富集能力的影響，探討了失去活力的（陸生的）細齒泥炭蘚（Sphagnum denticulatum）用于水體污染監(jiān)測的可行性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)水煮法樣品在監(jiān)測過程中喪失的質(zhì)量極顯著多于烘干法處理樣品;烘干法樣品的監(jiān)測結(jié)果重復(fù)性好，推薦使用烘干法處理后失活的水蘚樣品進行蘚袋法水質(zhì)監(jiān)測。

不同的樣品預(yù)處理方法會影響到污染物測定的結(jié)果，這方面涉及到手工清洗、機器清洗、清洗液類型（自來水、蒸餾水、重蒸水、超凈水、去離子水、0.2 mol·L-1或1 mol·L-1的鹽酸）、清洗時間、清洗次數(shù)、搖動強度等，但先前的文獻沒有統(tǒng)一的標準，影響了實驗結(jié)果的可比性。Debén et al.（2015）推薦野外采集的樣品要當場清洗，到實驗室后用蒸餾水在盡可能短的時間內(nèi)進行手工清洗。大部分先前的文獻沒有提及待檢測的蘚類植物莖尖長度對元素監(jiān)測的影響情況，個別提到用莖長度2～3 cm或1～2 cm的材料進行含量測定，蘚類樣品的長度對有些元素含量測定結(jié)果有影響（Carballeir et al.，2008）。由于蘚類不同部位生長狀況的差異，建議不要用整個植株來測定元素含量。推薦根據(jù)樣品情況選擇棕綠色的組織進行測定（Debén et al.，2015）。樣品測定前的干燥處理溫度和時間在不同文獻中有較大差異，Debén et al.（2015）建議用40 ℃干燥，以避免某些元素的喪失，加上在100 ℃下干燥一小份樣品（至恒重），以確定校正系數(shù)用于計算樣品元素的含量。另外，樣品的研磨過程要避免污染樣品，以及研磨過程中溫度過高。

Adamo et al.（2007）用水洗、烘箱干燥法、草酸銨萃取3種方法對灰蘚（Hypnum cupressiforme）進行預(yù)處理，不同條件預(yù)處理后的樣品，重金屬元素吸附效率無顯著差異。因此，盡可能用簡便的方法處理樣品。將苔蘚樣品保存在塑料袋中，去除雜質(zhì)、枯死以及枯黃部分，去除孢子囊，每100 g干重的樣品用10 L去離子水清洗4 次，晾干，混合均勻備用（Tretiach et al.，2007）。

4 適用于水體污染監(jiān)測的蘚袋法探索

苔蘚植物作為環(huán)境污染監(jiān)測器可分為主動和被動兩種方式。被動監(jiān)測是指利用就地生長的苔蘚進行監(jiān)測（Steinnes et al.，1992）。主動監(jiān)測是指一定時間內(nèi)，將在某一標準環(huán)境下生長的苔蘚植物整體或部分移植暴露于污染環(huán)境中進行監(jiān)測（Wegener et al.，1992）。兩者相比，被動監(jiān)測多用于大范圍、長時間的監(jiān)測;主動監(jiān)測因其不易受到植物生長的自然環(huán)境的影響，適用于特定區(qū)域，例如城市或環(huán)境污染嚴重區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測。蘚袋法（moss-bag method）是將從清潔區(qū)采集的苔蘚植物制成蘚袋（moss bag），暴露于污染環(huán)境中一定時間進行監(jiān)測，屬于主動監(jiān)測的一種技術(shù)。自從Goodman et al.（1971）首次采集灰蘚制成蘚袋，測定了威爾士西南某工業(yè)區(qū)重金屬含量以來，蘚袋法逐步顯現(xiàn)出在監(jiān)測環(huán)境污染的特色和優(yōu)點，技術(shù)也日趨成熟，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

蘚袋法也同樣被用于監(jiān)測水環(huán)境質(zhì)量的方法探索和實際應(yīng)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）認為蘚袋法是監(jiān)測水環(huán)境重金屬污染程度有效而便利的方法。蘚袋法對于監(jiān)測河流中重金屬元素導(dǎo)致的慢性污染非常有效（Mersch & Reichard，1998; Cenci，2000; Figueira & Ribeiro，2005）。

用蘚袋法進行水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測時，需要考慮單位面積中蘚袋的數(shù)目、蘚袋中蘚類植物的選擇、配子體材料的數(shù)量、蘚類的大小、固著還是懸浮于水體中、在水體中浸沒的時間、元素測定時蘚類植物材料的預(yù)處理方案等（Gecheva & Yurukova，2013）。Kelly et al.（1987）以水生長喙蘚和水蘚為材料，應(yīng)用蘚袋法開展了英國北部先前鉛礦區(qū)的河道水體中重金屬元素的監(jiān)測，用尼龍網(wǎng)制作蘚袋，用網(wǎng)孔為0.9 cm-1、0.7 cm-1兩種規(guī)格的尼龍網(wǎng)制作成20 cm×20 cm大小的蘚袋，每個蘚袋裝有質(zhì)量15～20 g、新鮮健康、長2 cm的配子體枝的莖尖材料，實驗用的蘚類植物采集自低重金屬污染的區(qū)域。裝有蘚類材料的蘚袋固著沉沒于（周圍高重金屬污染）流水中。監(jiān)測隨著浸沒時間（2，4，6，8，…100 h）延長重金屬含量的富集情況。研究發(fā)現(xiàn)，隨著浸沒時間的延長，蘚袋法得到的重金屬富集量增加。

為了提出一個有效的用水生苔蘚植物監(jiān)測水環(huán)境重金屬元素濃度的標準方案，Cesa et al.（2015）研究了蘚袋法中不同蘚類植物，以及配子體不同的組成在吸收水體中As、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb和Zn上的差異，他們的研究工作涉及到復(fù)邊蘚屬種類（Cinclidotus aquaticus）、水蘚、圓葉美喙蘚（Eurhynchium riparioides，原文中用了Platyhypnidium riparioides這個異名），發(fā)現(xiàn)不同的蘚類種類，不同的材料來源（整株或僅葉尖）組成的蘚袋，對金屬元素的吸收存在明顯差異，三種蘚類植物對Cu、Ni、Mn、Pb和Zn的富集系數(shù)均大于2 ，以圓葉美喙蘚的吸收能力最強，且以配子體葉尖為蘚袋材料的結(jié)果重復(fù)性最好，因此，Cesa et al.（2015）推薦以圓葉美喙蘚的葉尖材料制作的蘚袋進行水環(huán)境監(jiān)測。除上述蘚類植物，主動法監(jiān)測水體環(huán)境重金屬污染程度時，人們也采用過Scapania undulata（McLean & Jones，1975）。

蘚袋法開展水體質(zhì)量測量時，蘚袋大小、蘚袋中的蘚類材料數(shù)量、固著或懸浮狀態(tài)對監(jiān)測結(jié)果有很大影響（Gecheva & Yurukova，2013）。每個蘚袋中蘚類植物材料的數(shù)量差異很大，用水蘚材料的試驗中有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。蘚袋沉沒在水體中的時間至少24 h（Kelly et al.，1987），也有建議至少不短于5 d （López et al.，1994），但是在污染嚴重的水體中最好不要超過1個月（Gecheva & Yurukova，2014）。水蘚是最常用的水環(huán)境污染監(jiān)測用蘚類植物（Bruns et al.，1997），但是不同的季節(jié)、水體中的固著方式會影響到蘚袋法對水體重金屬元素的監(jiān)測效果。Bruns et al.（1997）發(fā)現(xiàn)用懸浮于水中的方法，在秋季和冬季用水蘚來監(jiān)測水環(huán)境污染效果最好。

5 被動監(jiān)測法評估水體污染狀況

被動監(jiān)測法是指利用就地生長的苔蘚植物進行環(huán)境污染程度監(jiān)測的方法。被動監(jiān)測法也被應(yīng)用于水體重金屬污染的監(jiān)測（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）。水環(huán)境污染被動監(jiān)測法一般是應(yīng)用一些分布廣、對重金屬元素富集能力強的苔蘚植物，代表性的有水生長喙蘚、波瓣合葉苔、水灰蘚、波葉仙鶴蘚（Atrichum undulatum）、擬三列葉真蘚（Bryum pseuotriquetrum）、扇葉毛燈蘚（Rhizomnium punctatum）、柳葉蘚（Amblystegium riparium）、三泮蘚（Sanionia uncinata）、范氏蘚（Warnstorfia exannulata）、羽枝青蘚、絨葉青蘚（Brachythecium velutinum）和水蘚等（Say & Whitton，1983; Wehr & Whitton，1983a;Yurukova et al.，1996; Samecka-Cymerman et al.，2002，2011; Yurukova & Gecheva，2004; Vázquez et al.，2007）。水蘚（Dietz，1972; Empain，1976，1977; Say & Whitton，1983; Bruns et al.，1995; Yurukova et al.，1997）、水生長喙蘚（Wher & Whitton，1983a; Wher et al.，1983; Gecheva et al.，2011）、波瓣合葉苔（Wher & Whitton，1983b; Samecka-Cymerman，1991; Samecka-Cymerman & Kempers，1993）在歐洲的水體重金屬污染生態(tài)監(jiān)測中應(yīng)用的相對比較廣泛。

這種利用就地生長的苔蘚植物進行水環(huán)境污染程度監(jiān)測的方法，受到取樣方案的影響。水體監(jiān)測時蘚類植物的取樣位置對監(jiān)測結(jié)果有很大的影響。Vázquez et al.（2007）提出生物監(jiān)測需要一個合適的、廣泛的取樣網(wǎng)絡(luò)。如果要在一個100 km2的流域進行監(jiān)測，且只有一個取樣點，該樣點應(yīng)該在河流的中下游段，且盡可能位于（污染物）進入流域全境的位置;如果在300 km2的流域進行監(jiān)測，假如僅有兩個取樣點，則建議分別在河流的上游和下游出口處;如果在500 km2的流域進行監(jiān)測，應(yīng)該在干流和主要支流的河段，每個取樣段應(yīng)該有100 m長，至少取所選擇苔蘚植物的五塊蘚叢，要關(guān)注本地背景值的測定（Gecheva & Yurukova，2013）。保加利亞（Yurukova et al.，1997）、西班牙（Carballeira & López，1997）、意大利（Cesa et al.，2010）等歐洲一些國家河道的苔蘚植物重金屬元素背景值有較好的數(shù)據(jù)積累。

Vásquez et al.（2019）在厄瓜多爾南部的Loja市Zamora河的三個區(qū)域設(shè)置120 個樣方，調(diào)查了苔蘚植物有無分布數(shù)據(jù)和浸沒水中苔蘚植物的蓋度，并以附近森林清潔區(qū)的樣品作對象，發(fā)現(xiàn)Loja市Zamora 河分布的地錢（Marchantia polymorpha），檢測到5 種重金屬元素Al、Cd、Cu、Fe、Zn及As的含量最高，對照區(qū)與城市區(qū)域苔蘚植物群落也有明顯不同，研究認為苔蘚植物群落，特別是地錢適用于城市河道的水質(zhì)生物監(jiān)測。

水體中苔蘚植物某個目標種類的豐富度，或者是苔蘚群落結(jié)構(gòu)也能夠反映水體環(huán)境質(zhì)量。大部分被動監(jiān)測的方法僅測定了水體中目標蘚類植物和周圍環(huán)境中的重金屬元素的含量，有的BCF值超過了1 000（Empain，1988）。

Samecka-Cymerman et al.（2005）比較了波蘭五條溪流水體、生長基質(zhì)中N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Al、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、V和Zn的含量，以及這些溪流中原位生長的水蘚和移植的水蘚內(nèi)這些元素的含量，發(fā)現(xiàn)移植的水蘚樣品中的Al、Cr、Cu、Pb、V和Zn的含量明顯高于原位樣品，但是Co和Mn的含量在原位生長的水蘚樣品中要高于移植水蘚樣品。

被動監(jiān)測法中，取樣設(shè)計特別重要，在季節(jié)與取樣頻率、取樣點的數(shù)量、空間上的代表性、指示種的選擇等方面要有標準規(guī)范的方法（Debén et al.，2015）。Debén et al.（2015）發(fā)現(xiàn)大部分學者的取樣時間在春季或夏季，建議每個季節(jié)至少采樣一次。至于取樣的時間，合適的季節(jié)取決于河道水位情況，以有利于采樣為考慮依據(jù)。河流的取樣點至少要二個，分別在上游和下游，每個樣點上再取5～10 個不同位置的樣品，每個點上的樣品鮮重在30～300 g之間。至于取樣點的空間代表性，Debén et al.（2015）認為要考慮河床的寬度、水位、流速、河岸特點、攔壩等因素。至于水質(zhì)量被動監(jiān)測的苔蘚種類，68%的研究使用了水蘚屬的種類，主要是這類植物形態(tài)大，容易鑒定，分布廣泛。由于實際應(yīng)用中還涉及水蘚以外的種類，例如溪邊青蘚、圓葉美喙蘚等，因此需要研究不同種類對水體污染元素吸收上的差異。

應(yīng)用原位分布的或移植的苔蘚植物進行水體生態(tài)狀態(tài)評估優(yōu)勢明顯，例如全年均能采集到合適的樣品;取樣成本低、速度快，適用于所有淡水棲息地類型，分析測試也方便，通過被動監(jiān)測的方法掌握污染的歷史，用蘚袋法等主動監(jiān)測的方法能夠了解不同時間點的污染物沉降情況。另外，苔蘚植物不僅耐低溫抗凍害、不為動物啃食，而且耐蔭、光補償點低，這使它們成為水環(huán)境生態(tài)狀態(tài)監(jiān)測的理想材料（Gecheva & Yurukova，2014）。

6 苔蘚植物在水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的應(yīng)用情況

除了苔蘚植物體表吸收、表面積與體積比大、沒有角質(zhì)層等有利于吸附水體中污染物優(yōu)勢外，原位生長或移植的苔蘚植物作為水環(huán)境質(zhì)量的指示生物還具有其他的一些明顯優(yōu)點：能夠終年獲得苔蘚植物材料，成本也低，取樣迅速便利，能夠用于不同類型的水體環(huán)境，樣品預(yù)處理（消化等）簡便，且苔蘚植物可通過營養(yǎng)繁殖體或有性繁殖進行傳播。另外，苔蘚植物抗寒能力極強，且不容易被動物啃食，加上其光補償點低、耐蔭能力強（Gecheva & Yurukova，2014）。

苔蘚植物在國際上一些大的水環(huán)境質(zhì)量評估項目中也得到了應(yīng)用。歐盟水框架指令[The Water Framework Directive 2000/60/EC（WFD）European Union 2000]要求各成員國水體達到好的生態(tài)狀態(tài)，根據(jù)水質(zhì)好壞將水體分成五個等級（high，good，moderate，poor and bad），反映生態(tài)質(zhì)量率（ecological quality ratio，EQR）。WFD要求不同成員國之間的這個EQR有可比性。水生苔蘚植物激流生態(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)勢成分，特別是在人為干擾少的水域，它們與水環(huán)境因子間的關(guān)系被研究得比較深入（Scarlett & O’Hare，2006;Gecheva et al.，2013）。在歐盟水框架指令下，Cesa et al.（2013）開展了應(yīng)用苔蘚植物開展意大利東北部地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量主動連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。監(jiān)測點分布在流經(jīng)意大利東北部，那里有合法和非法的排污，從而引起了零星、間斷或長期的污染現(xiàn)象。在兩年的監(jiān)測過程中，共對25 個樣點進行了300 次蘚袋投放/回收的操作，其中190 次數(shù)據(jù)可以用于比較。實踐證明蘚袋法為污染趨勢監(jiān)測和點污染追溯提供了靈活的方法，符合歐盟水框架指令（的標準）。

歐盟國家多數(shù)基于大型水生植物評估水體生態(tài)狀態(tài)的工作主要集中在對水體富營養(yǎng)化程度的評估（Birk et al.，2006）。這類評估系統(tǒng)多數(shù)也包括了水生苔蘚植物，例如法國的“Indice Biologique Macrophytique en Riviere，IBMR”、德國的“German Reference Index”、英國的“Mean Trophic Rank，MTR”和荷蘭的“Macrophyte Score”。其中溪邊青蘚、水蘚被包括在MTR、IBMR系統(tǒng)中（Szoszkiewicz et al.，2006）。在MTR系統(tǒng)中，水蘚和水生長喙蘚被列為對水體富營養(yǎng)化有中等耐受程度的物種，溪邊青蘚作為低耐受性的物種。在IBMR系統(tǒng)中，水蘚和溪邊青蘚作為對有機污染物有耐受性的物種（Gecheva & Yurukova，2014）。在其他的一些水體生態(tài)狀態(tài)評估系統(tǒng)中[Macrophyte Prediction and Classification，MACPACS），Massessment and Classification（MAC）]也包括了苔蘚植物（Aguiar et al.，2011; Feio et al.，2012）。

7 展望

盡管，國外在應(yīng)用苔蘚植物，特別是應(yīng)用蘚袋法監(jiān)測水環(huán)境中重金屬污染方面有不少的工作。但是，這些工作在所用的樣品材料、材料的大小和組織類型、蘚袋大小與形狀、暴露時間和位置、樣品清洗時間、測定方法等方面，規(guī)范性還不夠，影響了結(jié)果的可比性。大部分有關(guān)苔蘚植物進行水污染監(jiān)測的工作僅涉及到苔蘚植物及周圍水體中的重金屬元素的情況，同時測定水體中的苔蘚植物及生長的沉積物基質(zhì)中的重金屬元素含量的工作并不多，今后應(yīng)該在這方面加強研究，也需要提出一個應(yīng)用苔蘚植物進行水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的工作標準。

要應(yīng)用苔蘚植物開展我國境內(nèi)水體環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測工作，需要開展相關(guān)的基礎(chǔ)性研究，要掌握不同流域、不同地理區(qū)域、不同工業(yè)化地區(qū)河道湖泊水體的污染源大致的背景情況;搞清楚水質(zhì)理化性質(zhì)對苔蘚植物污染元素含量的影響情況。由于水質(zhì)的苔蘚植物指示與監(jiān)測工作主要在歐洲，而歐洲的氣候條件與我國差異很大，水生苔蘚植物種類與我國的也明顯不同。我國地域遼闊，水生和濕生苔蘚植物種類豐富，地區(qū)性差別明顯。在應(yīng)用其進行水環(huán)境污染監(jiān)測時，不同地區(qū)采用的種類也會有差異。因此，需要加強我國水生、濕生苔蘚植物的種類及地理與生態(tài)分布的研究，明確不同水生苔蘚植物種類對重金屬污染脅迫的適應(yīng)能力，以及對污染元素的吸收富集能力。另外，歐洲的一些水體生態(tài)狀況評估與長期監(jiān)測的重要項目重視苔蘚植物的生物指示價值，也建議今后國內(nèi)這方面的項目也應(yīng)該包括水生苔蘚植物。

苔蘚植物對環(huán)境污染的生物指示已有幾十年的研究歷史，但是應(yīng)用苔蘚植物進行污染環(huán)境的修復(fù)的工作還鮮有報道。德國Creative Water Solutions（www.cwsisthebest.net — CWS）發(fā)明了一種基于蘚類材料凈化游泳池水質(zhì)的專利。游泳池中有機物質(zhì)與含氯的消毒劑產(chǎn)生化學反應(yīng)，形成了一種有毒的三鹵甲烷和鹵乙酸等，在游泳池中加入泥炭蘚材料后，這類有毒物質(zhì)會明顯減少。瑞典學者用浮生范氏蘚（Warnstorfia fluitans），能夠?qū)⑺w中的砷濃度很快地降低到可飲用水的標準（https：//futurism.com/moss-clean-arsenic-water）。Papadia et al.（2020）研究發(fā)現(xiàn)鱗葉蘚（Taxiphyllum barbieri）能在幾小時里對水體里高濃度的Pb、Cd、Zn、Cu、As和Cr有很強的富集能力，而鱗葉蘚能夠形成密集的蘚叢，對營養(yǎng)需求也低，是一種有潛力的水體重金屬污染修復(fù)的生物過濾器?，F(xiàn)在這方面的研究受到了人們的重視（Sunovska et al.，2016）。由于大部分水質(zhì)監(jiān)測用的苔蘚植物對污染元素具有很高的富集能力，今后應(yīng)該重視這些植物在環(huán)境修復(fù)上的應(yīng)用開發(fā)。

目前有關(guān)苔蘚植物在水污染監(jiān)測上的應(yīng)用，主要是限于溫帶的歐洲各國，應(yīng)用的也主要是水生苔蘚植物類群。水蘚科、柳葉蘚科等水生苔蘚植物種類在我國分布范圍有限，種群也小，如果局限于應(yīng)用這類苔蘚植物進行水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測，會一定程度限制這類方法在我國的應(yīng)用。因此，研究陸生、濕生蘚類植物在水體環(huán)境下的生存情況，篩選出能夠生存于沉水環(huán)境的陸生蘚類植物，對于應(yīng)用苔蘚植物進行水體環(huán)境監(jiān)測具有重要應(yīng)用價值。鄭園園（2010）以彎葉灰蘚、勃氏青蘚為材料，測定了它們不同的沉水浸泡時間的生存情況，及其對Cd2+和Cr3+的富集能力，發(fā)現(xiàn)它們能夠較長時間地生存于沉水環(huán)境中，對Cd2+和 Cr3+污染的耐受性更強;且對水中Cd2+和 Cr3+均有很強的吸收能力，也能夠吸收凈化復(fù)合污染下的Cd2+和Cr3+?？紤]到勃氏青蘚和彎葉灰蘚兩種蘚分布廣泛、生物量大、取樣容易，利用這兩種蘚類植物，無論是水環(huán)境監(jiān)測、Cr3+和Cd2+污染水體的修復(fù)，還是作為水族缸植物，均具有潛在的應(yīng)用價值。今后既要關(guān)注水生、濕生苔蘚植物，也要關(guān)注陸生的苔蘚植物，挖掘更多能夠在水體重金屬污染監(jiān)測中有應(yīng)用前景的苔蘚植物種類。

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（責任編輯 周翠鳴）