濱州學(xué)院校園葫蘆蘚重金屬含量的季節(jié)性變化

劉俊華

(濱州學(xué)院 生物與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濱州 256603)

1 引言

苔蘚植物作為由水生向陸生過(guò)渡的植物類(lèi)群，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單卻能夠適應(yīng)多種多樣的環(huán)境條件，因而廣布于世界各地[1]。同時(shí)，苔蘚植物對(duì)大氣污染變化十分敏感，常作為環(huán)境污染等方面的生物監(jiān)測(cè)材料[2～6]。前期研究表明，濱州市城區(qū)范圍內(nèi)葫蘆蘚、立碗蘚(Physcomitriumsphaericum)在Cu、Pb、Zn等重金屬富集與積累方面有一定差異，并且重金屬含量水平受生境條件影響較大[6～10]，但仍缺乏從苔蘚植物生長(zhǎng)發(fā)育方面(即時(shí)間維度)對(duì)其配子體重金屬含量變化進(jìn)行分析的直接資料。

本研究通過(guò)對(duì)不同季節(jié)地表葫蘆蘚(Funariahygrometrica)配子體幾種重金屬含量的測(cè)定分析，以期初步闡明濱州市城區(qū)范圍內(nèi)近地表空氣重金屬污染的時(shí)間變化特征。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

葫蘆蘚(Funariahygrometrica)配子體于2018～2019年采自濱州學(xué)院校園(位于濱州市濱城區(qū)近中心位置)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 樣品處理

按照植物生態(tài)學(xué)采樣布點(diǎn)與調(diào)查方法進(jìn)行葫蘆蘚配子體樣品調(diào)查采集，采集地遠(yuǎn)離交通干道。采集后將樣品用牛皮紙袋分裝帶回實(shí)驗(yàn)室，去除雜物后用清水洗凈，再以蒸餾水沖洗3次，放入烘箱70 ℃烘干至恒重，取出后將樣品研磨呈粉末狀，4 ℃冷藏，備用。

2.2.2 重金屬含量測(cè)定

稱(chēng)取0.4 g左右苔蘚樣品加入到消化管中，然后加入8 mL硝酸和2 mL高氯酸，蓋好蓋插入消解孔中，對(duì)苔蘚進(jìn)行消解，直至樣品液體呈透明，取出樣品定容至50 mL儲(chǔ)存?zhèn)溆?。利用微波加熱消解，通過(guò)ICP-AES測(cè)定方法，分析測(cè)定苔蘚植物化學(xué)元素組成及其含量，同時(shí)做空白對(duì)照分析。

2.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本研究各采集組均為3個(gè)重復(fù)；所有數(shù)據(jù)在Windows 7系統(tǒng)下，采用Excel 2003進(jìn)行整理匯總；運(yùn)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用單因素方差分析(One-Way ANOVA)和Pearson相關(guān)分析對(duì)不同時(shí)間、不同地段葫蘆蘚體內(nèi)相關(guān)重金屬元素含量進(jìn)行檢驗(yàn)分析；本文中設(shè)定顯著性水平為P=0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同采集時(shí)間葫蘆蘚配子體各重金屬元素含量變化

葫蘆蘚在該區(qū)域廣為分布，且常年均可生長(zhǎng)。從圖1可以看出，濱州學(xué)院校園采集的葫蘆蘚配子體，其體內(nèi)重金屬Cu、Pb、Zn等元素含量在不同季節(jié)間存在較大差異，春季(3月份)各重金屬元素含量均較低，隨著時(shí)間推移，其配子體內(nèi)重金屬含量逐漸增加，直至冬季(12月份)達(dá)到最高，但7月、9月及12月份3個(gè)時(shí)間采集樣品的Zn含量與3月份采集樣品間差異顯著(P<0.05)，Cu、Pb含量在各時(shí)間段間的差異均未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。

3.2 不同采集時(shí)間葫蘆蘚配子體3種重金屬元素總含量變化

如圖2所示，從3～12月間， Cu、Pb、Zn等3種重金屬元素在葫蘆蘚配子體內(nèi)累積量不斷增加，總體呈現(xiàn)出單調(diào)遞增的變化規(guī)律，但季節(jié)間的增加速率有所不同，其中從5～7月份為重金屬含量增加最為明顯的時(shí)間段。從整個(gè)采集時(shí)間范圍來(lái)看，3種重金屬總含量方面只有冬季(12月份)采集組顯著高于春季采集組(3月份)，其余各組間差異不顯著(P>0.05)。

圖中“*”表示與3月份采集組間差異顯著(P<0.05)；Cd在各樣品中均未檢出

圖中小寫(xiě)字母不同代表組間差異顯著(P<0.05)

3.3 葫蘆蘚體內(nèi)Cu-Pb-Zn含量相關(guān)性分析

本研究中采集葫蘆蘚配子體內(nèi)Cu、Pb、Zn等3種重金屬元素含量間具有較為密切的關(guān)聯(lián)性，經(jīng)Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果表明Cu-Pb、Pb-Zn、Cu-Zn在含量水平方面均表現(xiàn)出呈較為顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，但不同元素間顯著性水平有所差異，總體表現(xiàn)為Cu-Pb>Pb-Zn>Cu-Zn(表1)，其中Cu-Pb含量間達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

表1 葫蘆蘚配子體重金屬Cu-Pb-Zn含量相關(guān)性分析 μg/g

4 結(jié)論與討論

苔蘚植物對(duì)陸生環(huán)境具有廣泛的適應(yīng)能力，多數(shù)種類(lèi)可在多種復(fù)雜環(huán)境中分布和生長(zhǎng)[1]，加上其所具有的特殊生理構(gòu)造和發(fā)育過(guò)程，決定了苔蘚植物對(duì)環(huán)境重金屬脅迫方面也具有強(qiáng)的適應(yīng)性[7]。本研究在不同時(shí)間所采集的葫蘆蘚，均來(lái)源于濱州學(xué)院校園內(nèi)，且遠(yuǎn)離主干道，因此在生長(zhǎng)環(huán)境方面具有較強(qiáng)的一致性，因而在生境條件相對(duì)一致的前提下，就其時(shí)間維度方面對(duì)重金屬含量水平展開(kāi)比較分析是合理可行的。本研究中，葫蘆蘚配子體中重金屬Cu、Pb、Zn及3種元素的總含量均呈現(xiàn)隨時(shí)間推移(由當(dāng)年2～12月份，跨越春夏秋冬等4個(gè)季節(jié))逐漸升高的規(guī)律，但相對(duì)增長(zhǎng)量在不同季節(jié)間存在差異，如夏季(5～7月份)增長(zhǎng)水平高于其他時(shí)間段。

本研究所指苔蘚植物體內(nèi)重金屬含量水平以質(zhì)量分?jǐn)?shù)(μg/g)表征，考慮到在葫蘆蘚生長(zhǎng)過(guò)程中自身生物量是一個(gè)逐步增加的過(guò)程，因此其配子體中相關(guān)重金屬元素含量絕對(duì)水平為線性增加的過(guò)程，而隨著體內(nèi)重金屬含量的增加，反過(guò)來(lái)又有可能對(duì)苔蘚植物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生脅迫效應(yīng)。此外，本研究所用苔蘚物種為形體較為矮小的葫蘆蘚，因此由其配子體重金屬含量及時(shí)間變化特征所反映出的僅表明在近地表范圍內(nèi)重金屬Cu、Pb、Zn等的污染狀況，在更大垂直空間區(qū)域內(nèi)的空氣重金屬污染狀況，還需要結(jié)合其他如草本、灌木或喬木等較高大植物的葉片相關(guān)重金屬含量及累積特征加以進(jìn)一步研究來(lái)確定。