濱州市常見蘚類植物對大氣重金屬元素吸附能力研究

摘 要：以濱州市城區(qū)地表葫蘆蘚和該市南部山區(qū)褐黃水灰蘚為研究對象，測定了2種蘚類配子體Cu、Pb、Zn、Cd等重金屬含量，分析了城區(qū)不同生境葫蘆蘚配子體重金屬含量差異以及不同海拔高度褐黃水灰蘚配子體相關重金屬含量的差異，以揭示2種蘚類植物對Cu、Pb、Zn等重金屬元素的吸附能力及空間變化規(guī)律。結果表明：葫蘆蘚和褐黃水灰蘚這2種常見蘚類植物可用于指示或監(jiān)測該區(qū)域空氣污染，尤其對近地表區(qū)域的空氣重金屬污染具有良好的監(jiān)測與指示功能。

關鍵詞：葫蘆蘚;褐黃水灰蘚;大氣重金屬;吸附能力

中圖分類號 Q949.352;X51文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）04-0123-03

大氣環(huán)境中的重金屬元素主要存在于細顆粒物中[1]，常依賴于地形和氣象條件，尤其是風向和風速、垂直和水平熱力梯度進行遠距離擴散[2]，并因重力、降水、吸附等因素，連同所吸附的重金屬元素被吸附于植物葉表面[3]。作為由水生向陸生過渡的植物類群，苔鮮植物僅具主要起附著作用的假根[4]，不易從生長基質中攝取養(yǎng)分，而主要從干、濕沉降雨水及露水中獲取礦質元素，又因其配子體結構相對簡單，缺乏表皮或角質層，當暴露于污染物時，其葉表面可直接吸收離子[5-9]。早期研究表明，苔鮮植物體內的重金屬主要來源于大氣沉降（包括降水和塵埃）[10]。本研究通過對濱州市城區(qū)及其南部山區(qū)相關苔蘚植物配子體Cu、Pb、Zn等重金屬含量進行測定，分析了不同生境、不同海拔高度等蘚類植物配子體相關重金屬含量水平，揭示該區(qū)域常見蘚類植物對主要重金屬元素的吸附能力及空間差異，以期判斷其用于監(jiān)測或指示該地區(qū)空氣重金屬污染的可行性。

1 材料與方法

1.1 供試材料 研究所用植物材料為葫蘆蘚（Funaria hygrometrica）配子體及褐黃水灰蘚（Hygrohypnum ochraceum）配子體。其中，葫蘆蘚采自濱州市城區(qū)（濱州學院校園、中海公園及黃河五路、八路等城區(qū)主干道），褐黃水灰蘚采自濱州市南部山區(qū)（鶴伴山國家森林公園內）。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理 以濱州市城區(qū)公園、大學校園及城區(qū)主干道作為不同采集地，在同一時間段采集地表葫蘆蘚配子體;另外，在位于該市南部山區(qū)的鶴伴山國家森林公園于同一批次采集不同海拔高度生長的褐黃水灰蘚配子體。每個樣點采集后，將樣品用牛皮紙袋分裝帶回實驗室，去除雜物后用清水洗凈，放入烘箱70℃烘干至恒重，取出后將樣品研磨至粉末狀，4℃冷藏、備用。

1.2.2 重金屬含量測定[3] 利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）測定苔蘚樣品中重金屬Cu、Pb、Zn、Cd等含量。

1.2.3 數據處理 試驗數據采用Excel 2010進行整理匯總，運用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件包進行數據處理，對不同采樣點苔蘚植物配子體重金屬含量進行單因素方差分析（One-Way ANOVA）和Pearson相關性分析，設定顯著性水平為P=0.05。

2 結果與分析

2.1 城區(qū)不同采集點地表葫蘆蘚對重金屬元素的吸附能力及差異 由圖1可知，葫蘆蘚配子體Zn、Cu、Pb、Cd等重金屬含量在不同取樣點間差異較為顯著，其中城區(qū)主干道蘚體4種重金屬元素含量均顯著高于其他取樣點（P<0.05），尤其以Pb與Cd含量最為明顯。校園（濱州學院）樣點中葫蘆蘚配子體內Zn含量略低于公園樣點，而Pb含量略高于公園樣點，但均未達到顯著水平（P>0.05）;校園樣點蘚體Cu含量顯著高于公園樣點，Cd在公園樣點蘚體中未檢出。通過對3個取樣地葫蘆蘚配子體中4種重金屬元素總含量進行比較，可知主干道葫蘆蘚重金屬含量遠高于其他2類取樣地（圖2），推測這與其較大的機動車流量有關。

2.2 不同海拔高度上褐黃水灰蘚對重金屬吸附能力及變化規(guī)律 由表1可知，海拔高度對褐黃水灰蘚配子體中的重金屬含量具有顯著影響。具體表現為：隨著采集地點海拔升高，褐黃水灰蘚體內Cu、Pb、Zn、Cd等重金屬含量逐漸降低，其中Pb在400m以上2個采集點樣品中未檢出，Cd在350m及以上苔蘚樣品中未檢出。具體來看，蘚體Zn含量在不同海拔間差異尤為明顯，且隨著海拔升高其遞減趨勢也更為顯著（圖3）;褐黃水灰蘚中Cu含量受海拔高度的影響也比較顯著（P<0.05）。進一步分析發(fā)現，褐黃水灰蘚中Zn含量與Cu含量之間表現為顯著正相關關系（圖4）。

3 結論與討論

濱州市位于魯北平原，域內苔蘚植物多樣性水平較低，鮮有附生苔蘚種類，地錢、錢苔等葉狀體及呈交織生長的復雜苔蘚植物群落也非常少。本研究采集濱州市城區(qū)不同地段地表葫蘆蘚配子體，測定分析了Cu、Pb、Zn、Cd等4種重金屬元素含量水平。結果表明：受城區(qū)交通主干道高的機動車流量影響，城區(qū)采樣點葫蘆蘚重金屬含量顯著高于公園與校園2個采樣點（P<0.05），反映了近地表空氣重金屬污染與汽車尾氣排放及輪胎磨損有關這一客觀情況;同時，通過對濱州市南部山區(qū)褐黃水灰蘚配子體重金屬含量的測定分析，發(fā)現苔蘚植物重金屬含量隨海拔梯度升高而降低，且對海拔梯度變化的相應規(guī)律十分顯著（P<0.05），這也與大氣主要重金屬污染物來自大氣污染物沉降且與高度間呈負相關這一事實相符合。由此可見，葫蘆蘚和褐黃水灰蘚這2種常見蘚類植物可用于指示或監(jiān)測該區(qū)域空氣污染，尤其對近地表區(qū)域的空氣重金屬污染具有良好的監(jiān)測與指示功能。

大氣顆粒物是我國很多城市大氣污染中的首要污染物，對人體健康危害很大[3]。陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)重金屬的主要來源是大氣污染物的沉降[11]，而陸地生態(tài)系統(tǒng)的大氣重金屬污染物則主要來源于工業(yè)生產、汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損產生的大量含金屬的有害氣體和粉塵。苔蘚植物因其特殊的結構特點，對環(huán)境變化十分敏感且有利于大氣中的重金屬污染物在其體內富集[4]，但不同種類、不同生態(tài)類型的苔蘚植物對大氣中有毒物質的反應有所不同，敏感程度一般為附生種類>葉狀體>交織生長類型>層狀墊狀[12]。

參考文獻

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