苔蘚植物在大氣污染監(jiān)測中的最新應(yīng)用進(jìn)展*

吳婷婷，范思銘，邊 濤，甘雨晨，肖洪興，寇 瑾**

（1.東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林長春 130024；2.黑龍江省齊齊哈爾生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，黑龍江齊齊哈爾 161000）

0 引 言

當(dāng)前環(huán)境污染問題日益凸顯，由于較強的流動式傳播和復(fù)雜的污染成分，大氣污染成為全球共同關(guān)注的熱點話題，其減防與潛在風(fēng)險評估迫在眉睫［1-2］.傳統(tǒng)的大氣污染監(jiān)測以電化學(xué)監(jiān)測法、紅外吸收光譜法（遠(yuǎn)紅外遙感監(jiān)測技術(shù)）和計量法為主，這些方法或多或少存在成本高、耗時長、靈活性差和監(jiān)測范圍局限等缺點，不能如實反映地區(qū)長期或穩(wěn)定的大范圍污染現(xiàn)狀，較難實現(xiàn)對大氣污染物質(zhì)遷移規(guī)律、擴(kuò)散范圍及分布空間的高分辨率可視化研究［3-5］.生物有機(jī)體監(jiān)測技術(shù)利用生物作為污染物監(jiān)測基質(zhì)，通過生物個體、種群及群落與環(huán)境污染物之間的響應(yīng)關(guān)系，從生物學(xué)角度對大氣污染物種類及污染程度進(jìn)行鑒別與評估，減少了連續(xù)取樣的繁瑣，克服了理化檢測的局限性及降低了監(jiān)測設(shè)備維護(hù)的高額成本，目前已形成多種完善的監(jiān)測技術(shù)［6-9］.苔蘚植物葉面占表面積比例大，生理代謝特征獨特，陽離子交換位點多，對環(huán)境污染物的抗性及吸附力強，其敏感性特征遠(yuǎn)超絕大多數(shù)高等植物［7-8，10］，且取材容易，調(diào)查與檢測方法簡便，能夠客觀揭示大氣污染物質(zhì)的遷移規(guī)律及時空變化特征［11-13］.長期以來，苔蘚植物一直被用作大氣污染監(jiān)測的典型生物學(xué)指標(biāo)［14-15］，是世界環(huán)境污染及全球變化研究領(lǐng)域公認(rèn)的污染監(jiān)測指示物.

1 監(jiān)測原理與特點

苔蘚植物是從水生向陸生過渡的自養(yǎng)型高等植物類群，其營養(yǎng)物質(zhì)主要成分來源包括基質(zhì)、雨水、露水以及與大氣塵埃撞擊產(chǎn)生的沉積物［16-17］.除少數(shù)屬、種外，葉片多為單層細(xì)胞，體表無蠟質(zhì)角質(zhì)層被覆，可直接吸收外界環(huán)境中的離子而無過濾作用，極易對大氣環(huán)境中的污染因子產(chǎn)生反應(yīng)，并通過特定的受害病癥反映污染物質(zhì)的類型和大概濃度［17-19］.苔蘚植物能與環(huán)境污染因子發(fā)生生物學(xué)效應(yīng)，達(dá)到大氣污染監(jiān)測的目的.苔蘚植物長期生長在受污染的環(huán)境中，其生理及植物體功能性狀特征將表現(xiàn)出明顯的受損癥狀，如苔蘚植物體內(nèi)葉綠素的破壞，使葉片細(xì)胞破裂，有時甚至?xí)?dǎo)致植物體嚴(yán)重衰退或消失［20］.除此之外，受大氣污染物組分變化的影響，苔蘚植物的光合作用、生理代謝途徑、次生代謝產(chǎn)物以及基因穩(wěn)定性也將有所改變，出現(xiàn)一系列生物學(xué)性狀或指示參數(shù)的變化，如：死亡率、有性生殖抑制、植物組織可見損傷、葉細(xì)胞大小或數(shù)量、葉綠素和類胡蘿卜素濃度等（表 1）［21-25］.苔蘚植物監(jiān)測大氣污染，以生物學(xué)表現(xiàn)為基礎(chǔ)，通過苔蘚植物傷害癥狀、植物體內(nèi)污染物含量和受害種類等不同反應(yīng)癥狀，監(jiān)測多種干擾效應(yīng)，進(jìn)而對大氣污染狀況做出相應(yīng)判斷.

表1 不同苔蘚植物在大氣污染監(jiān)測中的表現(xiàn)［21-25］

苔蘚植物對大氣污染的指示功能具備可連續(xù)性監(jiān)測、綜合性反映和高靈敏性等優(yōu)勢.長期暴露于污染環(huán)境中的苔蘚植物，受污染物質(zhì)脅迫，其植物體形態(tài)特征、生長狀態(tài)及植物群落組成和多樣性等方面表現(xiàn)出明顯的癥狀反應(yīng)，所得的監(jiān)測結(jié)果直觀可靠，能夠較為及時而準(zhǔn)確地指示環(huán)境污染狀況.苔蘚植物生長周期長，分化程度低，細(xì)胞長勢旺盛，莖、枝的先端生長點通常在休眠或死亡后，刺激苔蘚植物體下部具有持續(xù)或周期性分裂能力的細(xì)胞群繼續(xù)發(fā)育，使其終年常青，從而提供有代表性、應(yīng)用性和季節(jié)性的指示與預(yù)報［9，22，26］.此外，苔蘚植物獨特的生理適應(yīng)機(jī)制，使其能在高溫、高寒、干旱和光線暗淡等其他陸生植物難以生存的極端環(huán)境下生存，是典型的先鋒植物，也是植物群落演替過程中的先驅(qū)植物，分布廣泛、種類繁多，適用于多種地理單元的大氣污染情況預(yù)測，可推薦作為全球大氣污染監(jiān)測與驗證的理想材料［18，27-28］.苔蘚植物兼具觀賞性和經(jīng)濟(jì)價值，較易用于短期人工栽培和繁殖，便于管理，可實現(xiàn)低成本監(jiān)測大氣污染狀況，無需購置及維護(hù)儀器.此外，苔蘚植物解剖結(jié)構(gòu)簡單，擬莖葉體內(nèi)組織分化不明顯，無維管束構(gòu)造，疏導(dǎo)作用不強，以單細(xì)胞或單列細(xì)胞的假根固著為主要生存方式，可直接吸收空氣中的營養(yǎng)元素及污染物質(zhì)，富集作用明顯［29-30］.據(jù)報道，在污染程度相近的情況下，苔蘚植物每個細(xì)胞所受污染的平均濃度要高于其他高等植物，對大氣中的硫氧化合物、氮氧化合物等氣態(tài)污染物以及重金屬等均有較強敏感性［31-32］.其吸收的污染物質(zhì)可以通過超熱中子活化法（epithermal neutron activation analysis，ENAA）、原子吸收光譜法（atomic absorption spectrometry，AAS）、氫化物原子熒光光譜法（hydride generationatomic fluorescence spectrometry，HG-AFS）等常規(guī)方法進(jìn)行檢測，檢測方法直接、簡便，一定程度上避免了常規(guī)監(jiān)測在短期內(nèi)測定所帶來的數(shù)據(jù)波動.

2 污染監(jiān)測影響因素及方法

大氣污染是多種污染物質(zhì)長期積累與協(xié)同作用的結(jié)果，具有一定的持久性與復(fù)雜性.由于苔蘚植物對環(huán)境變化具有較強的敏感性，因此，其對大氣污染監(jiān)測功能的發(fā)揮可能會受到諸多因素的制約.在監(jiān)測過程中，不僅需要了解污染物質(zhì)對苔蘚植物體內(nèi)相關(guān)元素含量的影響，還需要清楚苔蘚植物體表面結(jié)構(gòu)特征、假根附著基質(zhì)狀況，甚至莖尖長度、植物體表有無附屬物等情況，這些都將影響苔蘚植物捕獲大氣中污染物質(zhì)的能力.本文參考已有研究將主要影響因素歸納為苔蘚植物的種類、生長基質(zhì)和生境狀況與大氣污染物4個方面.

2.1 苔蘚植物種類

不同種類苔蘚植物對污染物質(zhì)的耐受性、吸收能力及敏感程度均不同，從墊狀、層狀、交織生長、葉狀體苔類、到附生種類的敏感度漸次遞增，如樹干附生的木靈蘚科（Orthotrichaceae）對大氣污染的反應(yīng)通常較成片呈墊狀生長的金發(fā)蘚科（Polytrichaceae）及成層生長的塔蘚科（Hylocomiaceae）更為敏感［28，33-35］.受苔蘚植物形態(tài)、葉面積、葉片數(shù)量和氣孔開放度等因素影響，苔蘚植物的表面積越大，對顆粒污染物的捕集能力越強；持水能力越強，對大氣污染物的吸附能力越強；水分含量越高，對大氣污染物的反應(yīng)敏感性越高［36］.選擇苔蘚植物材料時，還要注意苔蘚材料的可獲取性及個體大小，以確保監(jiān)測樣品的充足性、空間分布與密度變化的可觀測性［37］.

2.2 苔蘚植物的生長基質(zhì)

苔蘚植物假根所固著的生長基質(zhì)，會影響苔蘚植物的生理特性及其對污染物質(zhì)的耐受性和吸收能力.不同著生狀態(tài)的苔蘚植物對大氣污染的敏感性不同，表現(xiàn)趨勢由弱到強分別為石附生蘚類、土附生蘚類、樹附生蘚類［38-39］；不同生長基質(zhì)的同一苔蘚植物，對大氣污染物的耐受和吸收能力也可能存在差異.因此，為了減少和避免由于環(huán)境因子干擾而帶來的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析困難，樹附生蘚類最適宜用來評估大氣環(huán)境品質(zhì)狀況.

2.3 苔蘚植物的生境狀況

苔蘚植物對污染物的抗性及吸收能力，除受自身條件特征影響外，受生境條件影響也較大，如：冠層覆蓋度、氣象條件、植被類型、污染物含量和接觸時間等［14，40］.一般而言，暴露在大氣污染環(huán)境中的時間越長，苔蘚植物體內(nèi)污染物含量越高［25］，濕度越大，苔蘚植物葉綠素?fù)p傷就越嚴(yán)重，暖濕地區(qū)的苔蘚植物較寒冷干燥地區(qū)的苔蘚植物的污染耐受能力低［41］.侯丹莉等［42］的研究表明，苔蘚植物對污染物的吸收累積能力在自身能夠承受范圍內(nèi)時，與大氣污染物的含量及接觸時間成正比.因此，在對苔蘚植物體內(nèi)元素含量進(jìn)行測定分析時，為降低因暴露時間造成的誤差，應(yīng)盡量采集其頂端部分組織.

2.4 大氣污染物

大氣污染物不同，苔蘚植物的敏感度也會存在差異，如：卷葉蘚（Ulota crispa）對 SO2敏感，卻對氟化物有抗性；黃絲瓜蘚（Pohlia nutans）、小皺蒴蘚（Aulacomium androgynum）對大氣中的氟化物有較強的抵抗能力；木靈蘚科的某些種對大氣中的氟化物則比較敏感［27］；密葉絹蘚（Entodon compressus）與細(xì)葉小羽蘚（Haplocladium microphyllum）隨著大氣污染程度的增加，過氧化氫酶活性會呈現(xiàn)出不同的變化格局等［24］.

3 污染監(jiān)測方法

目前，已有較多苔蘚植物應(yīng)用于環(huán)境污染監(jiān)測中的案例，利用就地生長的苔蘚，監(jiān)測大范圍、長時間序列的污染狀況.同時，在特定區(qū)域范圍內(nèi)，還可以在一定時間內(nèi)，將在某一標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下生長的苔蘚植物整體或部分移植到污染環(huán)境中進(jìn)行監(jiān)測，且這種監(jiān)測方式相對穩(wěn)定，不易受自然環(huán)境的干擾［43］.通過對大氣污染監(jiān)測中應(yīng)用苔蘚植物的案例分析，現(xiàn)有污染監(jiān)測方法主要包括生態(tài)調(diào)查法、癥狀指示法、生理生化指示法、植物體污染物含量監(jiān)測法和生物學(xué)實驗法5種.

3.1 生態(tài)調(diào)查法

生態(tài)調(diào)查法指在不同污染程度環(huán)境中，調(diào)查苔蘚植物種類及生長型，劃分不同程度污染地帶，達(dá)到清晰顯示大氣污染源及嚴(yán)重污染地區(qū)的目的.多力坤·買買提玉素甫等［44］通過對不同城市景觀類型的樹附生苔蘚植物種類調(diào)查，將大氣污染程度根據(jù)大氣凈度指數(shù)法（index of atomospheric purity，IAP）劃分為4級，表明苔蘚植物的分布可反映大氣清潔程度，空氣污染程度越低，附著的苔蘚植物多樣性越高，反之亦然；李登科和高彩華［45］對上海地區(qū)苔蘚與大氣污染相關(guān)性研究結(jié)論與上述文獻(xiàn)基本一致，表明苔蘚植物的衰退明顯受大氣污染的影響；孫秋雨［46］以苔蘚植物種類、分布及生長情況為指標(biāo)，對包頭市重工業(yè)區(qū)大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，表明當(dāng)SO2年平均體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1.7×10-8mL/m3時，苔蘚植物不能夠繼續(xù)生存.

3.2 癥狀指示法

癥狀指示法指借助苔蘚植物的敏感性及耐受性特征，實現(xiàn)對大氣污染狀況的分析.在存在污染隱患的地區(qū)，培養(yǎng)敏感類植物或移植其他地區(qū)未污染苔蘚，對其受害癥狀及生長狀態(tài)進(jìn)行觀察、記錄，達(dá)到監(jiān)測污染的目的.通過不同植物群落的差異性反應(yīng)，對大氣污染程度進(jìn)行評估.劉潤等［47］對貴州省織金洞苔蘚植物群落進(jìn)行了調(diào)查，表明苔蘚植物群落特征能夠很好地反映巖溶洞穴內(nèi)Hg污染的變化趨勢，并指出蛇苔（Conocephalum conicum）受基質(zhì)Hg污染影響較大.

3.3 生理生化指示法

生理生化指示法是根據(jù)苔蘚植物個別種類對污染物質(zhì)的特異性反應(yīng)，通過實驗觀察苔蘚植物個體行為、生理生化變化及發(fā)育情況，實現(xiàn)對大氣污染狀況的監(jiān)測.當(dāng)大氣污染達(dá)到一定程度時，植物體的生理生化指標(biāo)會產(chǎn)生響應(yīng)，如：葉綠素含量、光合強度和酶活性等.黃鐘霆等［24］同期監(jiān)測了湖南省某市5個點位2個時段的自然暴露的濕地匍燈蘚（Plagiomnium acutum）的葉綠素、丙二醛、脯氨酸水平與大氣中 SO2、NO2、CO 和 PM2.5污染實況，并進(jìn)行相關(guān)性分析，證實濕地匍燈蘚中表征細(xì)胞質(zhì)內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)水平脯氨酸可實現(xiàn)對PM2.5污染的短期追溯性監(jiān)測；張銀龍等［27］通過對南京市6個不同大氣污染梯度下密葉絹蘚（Entodon compressus）與細(xì)葉小羽蘚（Haplocladium microphyllum）的一些生理生化指標(biāo)的變化，表明大氣污染程度與苔蘚植物體內(nèi)的重金屬和硫元素含量存在相關(guān)性，與苔蘚植物體內(nèi)的總?cè)~綠素含量以及細(xì)胞質(zhì)膜透性呈正相關(guān).

3.4 植物體污染物含量監(jiān)測法

植物體污染物含量監(jiān)測法是借助苔蘚植物對大氣污染物質(zhì)的吸附作用，通過對積累在植物體內(nèi)污染物的含量檢測與分析，評估大氣污染物種類和質(zhì)量濃度.Manning和Feder［16］研究表明苔蘚植物體內(nèi)重金屬元素含量與大氣中重金屬質(zhì)量濃度及其沉降速率之間存在顯著相關(guān)性；張元勛等［48］為探討苔蘚植物監(jiān)測大氣污染的機(jī)制，利用同步輻射X射線熒光分析法研究了苔蘚植物的葉片及莖干金屬離子吸附情況，表明吸附后金屬離子分布不均勻的特點，植物微結(jié)構(gòu)和生長發(fā)育嚴(yán)重受損，植物對K+、Ca2+等微量營養(yǎng)元素的正常吸收受到抑制；王亞南等［49］引入多蘚種監(jiān)測和參考苔蘚標(biāo)樣技術(shù)，利用電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜（inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry，ICP-AES）及電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）等技術(shù)，對洪澤湖地區(qū)細(xì)葉小羽蘚（Haplocladium microphyllum）中的重金屬含量進(jìn)行分析，確定了適合該地區(qū)重金屬監(jiān)測的種間校準(zhǔn)因子.

3.5 生物學(xué)實驗法

生物學(xué)實驗法是利用分子生物學(xué)技術(shù)，最大化反映生物多樣性及基因型多樣性，用以監(jiān)測大氣環(huán)境污染對生物種群變化的影響.常用方法包括DNA分子標(biāo)記法、微核測定法、非預(yù)定DNA合成法和姐妹染色體交換率等.陸亞芳［39］對不同大氣污染梯度下密葉絹蘚（Entodon compressus）與細(xì)葉小羽蘚（Haplocladium microphyllum）進(jìn)行了DNA、RNA含量及水解酶活性測定，由方差分析得知大氣污染程度對2種蘚類DNA、RNA含量及DNase、RNase活性均有顯著影響，達(dá)到1%生物顯著水平.此外，此方法也被廣泛地應(yīng)用于對環(huán)境中存在的致癌、致突變化學(xué)物質(zhì)的檢測.

為了提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性，更好地解釋苔蘚植物對大氣污染的指示作用，可將多種監(jiān)測方法綜合使用.Xiao等［50］通過穩(wěn)定同位素含量研究，證實苔蘚植物中的S和N同位素比值與當(dāng)?shù)孛褐械摩?4S和濕沉降NH4-N呈顯著線性相關(guān)，并表明當(dāng)?shù)氐娜济杭皠游锸w腐爛所產(chǎn)生的NH3是大氣中S和N的主要來源；孫守琴［21］通過生態(tài)指示方法揭示了苔蘚植物生態(tài)特性與大氣污染物質(zhì)的相關(guān)性，利用化學(xué)定量分析法比較了不同種類苔蘚植物中的重金屬含量，利用苔袋生物監(jiān)測法揭示了監(jiān)測區(qū)域大氣污染物的干濕沉降規(guī)律和時空分布.

4 應(yīng)用進(jìn)展

4.1 研究熱點關(guān)鍵詞

本文圍繞苔蘚植物監(jiān)測或指示大氣污染的主題，以web of science核心合集數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源，通過高級檢索，將檢索詞air/atmosphere（空氣/大氣）、instruct（指示）、monitor（監(jiān)測）、apply/application（應(yīng)用）、bryophyta（苔蘚）和moss（蘚類）添加到檢索式中，導(dǎo)出491條相關(guān)文獻(xiàn)題錄.利用Bibexcel與Pajek文獻(xiàn)計量軟件，繪制出頻數(shù)＞5次的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖（圖1）.顯示苔蘚植物在大氣環(huán)境中的研究主要集中在重金屬、生物監(jiān)測及大氣污染等方面，苔蘚植物在大氣污染監(jiān)測中的研究熱點主要集中在重金屬、大氣沉降、中子活化分析、微量元素和生物富集因子赫爾環(huán)境磁學(xué)等方面.目前，大多數(shù)學(xué)者仍傾向于苔蘚植物對大氣污染、重金屬以及氣候變化的監(jiān)測與指示作用的研究.

圖1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)

4.2 研究現(xiàn)狀

與國外相比，我國有關(guān)苔蘚植物在大氣污染監(jiān)測中的應(yīng)用研究還是相對滯后的.如蘚袋法［51-52］是一種通過測定長期暴露于污染環(huán)境中蘚袋內(nèi)植物體富集污染物含量的方便靈活、準(zhǔn)確高效的監(jiān)測方法，其監(jiān)測技術(shù)單一，理化監(jiān)測仍需要依托精密儀器，成本消耗大，不利于持續(xù)性監(jiān)測，且應(yīng)用體系尚不成熟.遙感監(jiān)測中的環(huán)境因素，如云、霧和雪等，會對影像及分辨率造成很大影響，對小尺度范圍監(jiān)測存在局限；生態(tài)學(xué)調(diào)查法常關(guān)注苔蘚植物生長情況、分布及可見的受害癥狀［44-46］，多用以指示污染趨勢，對苔蘚植物的體內(nèi)觀測及研究還不充分.為此，本文補充檢索了截至2021年1月中國知網(wǎng)（CNKI）的相關(guān)研究題錄173條.發(fā)文量對時間變化曲線如圖2所示.整體來看，苔蘚植物在大氣污染監(jiān)測過程中的應(yīng)用研究數(shù)目在逐年增加，但實際應(yīng)用案例并不多，且標(biāo)準(zhǔn)化水平較低，尚未進(jìn)入系統(tǒng)化研究階段.我國對苔蘚植物大氣污染監(jiān)測功能的研究起步較晚，且進(jìn)展緩慢，在20世紀(jì)后期以后，相關(guān)研究逐漸展開，并提出了一些較為實用的技術(shù)和方法［45］.如：2005年，陸亞芳［39］通過 DNA 分子標(biāo)記技術(shù)、微核測定技術(shù)，分析了污染物在苔蘚植物體內(nèi)吸收與轉(zhuǎn)化的機(jī)制；2019年，王亞南等［49］提出以遙感資料為基礎(chǔ)，生物監(jiān)測為主，理化監(jiān)測為輔的綜合監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用；張元勛等［48］采用X射線熒光光譜法測定生物探針中的元素含量，并采用正矩陣因子分解（positive matrix facforization，PMF）受體建模方法進(jìn)行源識別.我國的研究專家還較多關(guān)注物種多樣性的探索，目前，對于苔蘚植物的生態(tài)功能的研究仍處于摸索階段，主要集中在苔蘚植物監(jiān)測無機(jī)污染物和污染面積程度較小的有機(jī)污染物，苔蘚植物傷害機(jī)制和生理生化等方面的毒理研究［53-54］.

圖2 不同數(shù)據(jù)庫發(fā)文量隨時間變化趨勢

4.3 研究地區(qū)分布

為進(jìn)一步了解苔蘚植物在我國大氣污染監(jiān)測中的應(yīng)用情況，利用ArcMap10.5軟件，大致繪制了我國苔蘚植物生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于大氣環(huán)境污染的熱點研究區(qū)域（圖3），底圖來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心（https：//www.cehui8.com/3S/GIS/20130702/205.html）.結(jié)果表明，我國苔蘚植物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用主要集中在東部沿海、西南及青藏高原地區(qū)，其中，青藏高原地區(qū)的研究主要圍繞空氣中的有機(jī)污染物展開［13，30］，而東部沿海地區(qū)則多針對空氣中重金屬元素富集特征及遷移污染［55］.早期，苔蘚生物監(jiān)測的研究熱點主要集中在化學(xué)分析技術(shù)的自動化和污染區(qū)的識別分析上；近年來，逐漸轉(zhuǎn)移到空氣中重金屬沉降及遷移規(guī)律的監(jiān)測應(yīng)用［15，25］，并在苔蘚植物分布與大氣品質(zhì)狀況相關(guān)性，苔蘚植物生物量、污染物含量、受害癥狀、耐受機(jī)制、生理指標(biāo)與污染程度的關(guān)系以及敏感苔蘚植物種類篩選［18，27，49］等方面取得了階段性成果.

圖3 我國苔蘚植物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于大氣污染研究的區(qū)域分布

4.4 研究進(jìn)展

早期，苔蘚植物在大氣污染監(jiān)測中的應(yīng)用途徑主要以特定苔蘚植物的生態(tài)變化和元素分析為基礎(chǔ)，對大氣污染物質(zhì)的沉積、遷移過程鮮有明確反映.近年來隨著多學(xué)科融合發(fā)展，苔蘚植物分子生物及生理生化微觀觀測與量化分析技術(shù)成為研究重點，應(yīng)用形式上也由傳統(tǒng)的苔蘚植物的種類、分布及生長情況的觀測轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)在機(jī)制與過程及生境間互作機(jī)制的研究.苔蘚植物體內(nèi)污染物質(zhì)遷移與轉(zhuǎn)化機(jī)制，以及苔蘚植物的生理病變、功能性狀變化與不同污染物質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系研究得到更多側(cè)重.

采用多蘚種檢測技術(shù)對傳統(tǒng)蘚袋法進(jìn)行改進(jìn)［49］，交替使用多種苔蘚植物進(jìn)行大范圍污染監(jiān)測［56］；同時，優(yōu)化苔蘚材料預(yù)處理方法，包括材料種類篩選與活性檢驗等［51］.通過比較不同樣品材料的性質(zhì)影響顆粒物的季節(jié)和時空變化情況，對空氣污染水平進(jìn)行重新定位［57］，使監(jiān)測精度提高，監(jiān)測目標(biāo)物增加，監(jiān)測時間跨度與空間范圍更廣.除此之外，還可利用移植生物探針（地衣和苔蘚組成的生物模擬體）的方法，確定大氣污染排放源［58，19］，實現(xiàn)對空氣污染源的不間斷地有效監(jiān)測，但該應(yīng)用體系尚在研發(fā)階段.因此，目前仍以遙感資料為基礎(chǔ)，生物監(jiān)測為主，理化監(jiān)測為輔的綜合監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用最為廣泛［49］.已有學(xué)者開始利用原生苔蘚植物體內(nèi)元素組成的時空變化，對大氣中痕量金屬進(jìn)行評估，準(zhǔn)確分析了污染“熱點地區(qū)”污染物質(zhì)來源［1］，以提供持續(xù)不間斷的監(jiān)測，從而了解持續(xù)污染帶來的影響范圍.

此外，傳統(tǒng)的苔蘚植物體內(nèi)大氣污染物含量的檢測以化學(xué)分析法為主，偶爾會涉及微波系統(tǒng)消解法、ENAA、AAS和HG-AFS等，存在著頑固或微量污染物質(zhì)不易被識別的缺點.因此，有研究綜合利用多種微量元素檢測技術(shù)測定目標(biāo)元素含量，并利用主成分分析對不同污染源進(jìn)行了識別和表征，進(jìn)而利用Arcgis軟件繪制了因子得分地理分布地圖［59］，這樣不僅可以使監(jiān)測精度提高，監(jiān)測效果顯著，同時也有助于準(zhǔn)確劃分大氣污染等級；此外，還有研究人員采用ICP-MS定量分析空氣污染因子含量，并通過BioMonRo軟件生成污染地圖和具體報告［60］，使空氣污染程度及空間分布模式實現(xiàn)可視化；利用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)插值法和層次分析法進(jìn)行多標(biāo)準(zhǔn)評價，并參考富集因子（enrichment factor，EF）估計結(jié)果，確定污染物主要來源［2］；采用 ICP-AES、AAS、CV AAS、ETAAS法測定大氣中微量重金屬元素的含量，并用污染負(fù)荷指數(shù)判斷大氣污染程度，同時應(yīng)用因子分析（factor analysis，F(xiàn)A）對元素來源進(jìn)行鑒定［61-62］，進(jìn)而根據(jù)不同時期采集的苔蘚植物材料分布特征，有效反映大氣中微量金屬沉積的空間分布特征和時間變化趨勢.

5 存在問題與展望

苔蘚植物能夠?qū)崿F(xiàn)對大氣污染實時有效的監(jiān)測，可以識別區(qū)域大氣污染類型，指示污染物來源、遷移及空間分布規(guī)律［63］.同時，還可以對特征污染物進(jìn)行污染程度劃分，從而揭示環(huán)境污染因子在大氣沉降中的變化規(guī)律，具有廣闊研發(fā)前景與應(yīng)用潛力.但是，大氣污染是不同污染物協(xié)同作用的結(jié)果，要實現(xiàn)對大氣污染高效、精準(zhǔn)的監(jiān)測，仍需進(jìn)一步深入研究探討.苔蘚植物作為大氣污染指示植物，在監(jiān)測應(yīng)用研究過程中仍存在以下需要解決的問題：

（1）應(yīng)用于大氣污染監(jiān)測領(lǐng)域的苔蘚植物種類較少，且多數(shù)研究者尚不能將苔蘚植物準(zhǔn)確識別到物種水平.我國的熱點研究區(qū)分布顯示，苔蘚植物研究的集中區(qū)與我國苔蘚植物相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和專家分布區(qū)大致吻合.因此，需進(jìn)一步強化苔蘚植物知識普及，提高苔蘚植物指示作用與污染物吸附功能在偏遠(yuǎn)地區(qū)的利用率，以實現(xiàn)覆蓋全國范圍的大氣污染監(jiān)測.當(dāng)前，苔蘚植物的地理分布狀況尚不明確，可用以指示全球大氣污染的苔蘚植物種類需進(jìn)一步篩選.

（2）苔蘚植物監(jiān)測大氣污染方法標(biāo)準(zhǔn)化程度低.苔蘚植物監(jiān)測技術(shù)大多數(shù)采用蘚袋法，該法存在缺乏標(biāo)準(zhǔn)、快捷、穩(wěn)定的監(jiān)測技術(shù)研發(fā)，并且尚未形成統(tǒng)一規(guī)格，標(biāo)準(zhǔn)化程度較低.苔蘚植物的耐受性、功能性狀、基質(zhì)性質(zhì)及生境條件密切相關(guān)，導(dǎo)致其對大氣污染監(jiān)測的準(zhǔn)確性易受干擾、缺乏穩(wěn)定性.

（3）有關(guān)污染物在植物體內(nèi)的代謝機(jī)制研究較少，在監(jiān)測方法和數(shù)據(jù)分析上存在局限性，尚未形成合理的量化標(biāo)準(zhǔn)和適用模型.對于苔蘚植物功能性狀的研究還僅存在于某一區(qū)域特定小生境范圍內(nèi)，對于多尺度（全球性、大區(qū)域）大氣污染狀況的監(jiān)測應(yīng)用研究還不夠，監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析仍處在定性描述向定量評價的過渡階段.大氣污染因子以植物體為媒介，富集到植物體或流釋到土壤、水環(huán)境中，參與物質(zhì)能量流動與循環(huán)，苔蘚植物通過不同的群落形態(tài)及組合模式、生理和生長形態(tài)等功能性狀特征差異，指示不同大氣污染因子對環(huán)境的影響程度.因此，今后有必要加強苔蘚植物形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、生物多樣性、生存機(jī)制、生理調(diào)節(jié)機(jī)制（光合、呼吸、抗逆性和物質(zhì)代謝等）、功能性狀與大氣污染因子間的耦合機(jī)制研究，并繼續(xù)加強苔蘚植物分類研究，篩選適宜進(jìn)行大氣污染監(jiān)測的模式物種.加強苔蘚植物監(jiān)測的內(nèi)在機(jī)制研究，并分析苔蘚植物在大氣污染背景下的生理代謝過程及生物酶與污染因子關(guān)系，通過植物生理或基因組學(xué)等調(diào)控手段，篩選出指示大氣污染的標(biāo)記特征.因此，如真蘚（Bryum argenteum）等存在世界廣布特征的蘚類，應(yīng)該被更多地思考是否存在用以指示全球環(huán)境污染情況的潛力 .目前，小立碗蘚（Physcomitrella patens）、地錢（Marchantia polymorpha）等全基因組測序已經(jīng)完成，小立碗蘚是植物分子生物學(xué)研究的模式植物，在大氣污染監(jiān)測中是否存在應(yīng)用價值，是否可以通過轉(zhuǎn)基因的方式將對污染物敏感的苔蘚植物基因轉(zhuǎn)移到模式生物的細(xì)胞中，形成比較容易且標(biāo)準(zhǔn)化的測試體系，值得被深入探討.

（4）建議將苔蘚植物監(jiān)測應(yīng)用于全球大氣污染研究中.通過同位素示蹤技術(shù)研究大氣污染物的遷移與循環(huán)路徑，為大氣污染監(jiān)測提供新的技術(shù)和方法，構(gòu)建系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)測技術(shù)，引入分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、現(xiàn)代化化學(xué)分析以及顯微和超微結(jié)構(gòu)觀察、生理指標(biāo)測定等方法，并結(jié)合氣象學(xué)技術(shù)、地球物理化學(xué)技術(shù)等一系列技術(shù)手段，從不同角度，全面探討苔蘚植物對大氣污染的響應(yīng).同時，應(yīng)用計算機(jī)大型運算功能及數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法，建立苔蘚植物監(jiān)測的統(tǒng)一指標(biāo)和環(huán)境因子標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字模型，繪制出能夠模擬不同尺度包括全球范圍的各污染元素彩色分布圖，為空氣污染、生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供有利的大氣污染監(jiān)測材料與先進(jìn)技術(shù).