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1、第24卷 第9期核 技 术Vol.24,No.92001年9月NUCLEARTECHNIQUESSeptember2001利用苔藓和地衣作为生物监测器对大气降尘中重金属污染物质的研究1211张朝晖 邵 晶 柴之芳 毛雪瑛1(中国科学院高能物理研究所核分析技术开放实验室 北京 100080)2(北京科技大学应用科学院 北京 100083)摘要 介绍了利用苔藓和地衣作为生物监测器的特点、结构和分类,利用苔藓和地衣生物监测器的研究历史以及该领域的近期动态和未来走向。关键词 苔藓,地衣,生物监测器,重金属中图分类号X835.21 植物生物监测器对大气污
2、染的反应植物能够有效地作为大气污染的生物监测器,是因为植物与动物相比,对大气污染的反应更加灵敏。在某些特定的污染条件下,植物的叶片会产生特征伤害症状。植物无法移动,因而在污染地区,通过叶片的受伤程度、光合作用能力、长势、生物量的大小、酶和新陈代谢的改变[1]以及元素的富集等,来显示该地区的大气污染状况。利用植物进行生物监测最常见的方法是观察叶子受伤程度和定量测定特定植物体内元素累积情况,尤其是测定低浓度污染(包括单一污染物质和混合污染物质)环境下长期暴露后的元素富集结果,这是任何仪器分析方法无法比拟的。2 附生植物苔藓和地衣与大气降尘中重金属的关系
3、附生植物可以附生于其它植物、岩石或土壤上,但并不从其附生基质上吸收养分。在附生植物中,苔藓类、地衣类对大气污染极其敏感。苔藓植物是高等植物中最原始的陆生类群。苔藓植物体构造简单而矮小,较低等的苔藓植物常为扁平的叶状体,较高等的则有茎和叶的分化,没有真正的根,仅有单列细胞构成的假根,茎中也尚未分化出维管束。全世界苔藓总数约40000种,我国约有2100种。地衣是植物界中一类特殊的植物,属于低等植物的地衣门,是由藻类和菌类混合组成的复合体,两者为共生关系。依据生长状态可以分为壳状、叶状、枝状3[2]种地衣。全世界已知的地衣约26000余种。我国已有记载
4、的地衣约有近2000种。从附生植物苔藓和地衣的枝体中测出的元素含量,一是直接从空气中吸收,二是从大气中沉积在这些植物上的。虽然苔藓和地衣在植物学上的亲和力差异很大,但对空气污染的反应同样十分敏感。因此,能够在某种苔藓或地衣中的某些元素含量、该元素的环境浓度及其沉积率之间建立[3]起良好的相关性。国家自然科学基金(19875061)和中国科学院基金资助第一作者:张朝晖,男,1968年7月出生,1989年毕业于江汉石油学院环境监测专业。1998年中国科学院高能物理研究所原子核物理专业攻读博士,助理工程师收稿日期:2000-12-12©1995-2003
5、TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第9期张朝晖等:利用苔藓和地衣作为生物监测器对大气降尘中重金属污染物质的研究7773 苔藓和地衣生物监测器研究大气降尘中重金属污染的目的早在1886年,Nylander就观察到巴黎市内公园中树木附生的地衣由于大气污染而消失的事实。到20世纪50年代中期,西欧和北美的植物学家经过长期调查这些国家苔藓和地衣的分布以及种类的变化后,得出结论:在城市和工业区很难找到地衣和苔藓的原因是大气污染的[4]缘故。自60—80年代初期,人们都注意到附生植物对S
6、O2和HF污染物的指示作用,但对于重金属元素的研究相对较少。由于地衣和苔藓均具有从大气中吸收营养元素和大量富集多[5]种离子的能力,瑞典的Rühling和Tyler首先利用苔藓植物作为大气降尘中痕量元素的生物监测器,他们用一种林地常见的羽毛状苔藓———塔藓(Hylocomiumsplendens)来监测斯堪的纳维亚半岛的重金属大气沉降,并发现在南部和西南部大气降尘中的某些重金属的浓度远远高于北端地区。通过对苔藓中重金属元素含量的分析,绘制了反映芬兰、挪威和瑞典等国大气沉降中Cd、Cu、Fe、Hg、Ni、Pb和Zn元素的区域性分布图。随后,欧洲各国陆
7、续开展了大规模的苔藓和地衣的长势调查和样品的元素(已达45个元素)分析研究,获取了自60年代末至今的[6,7]重金属元素污染变化的趋势图。这些研究的主要目的在于:(1)在欧洲范围内定性和定量地识别区域性的大气沉降中的重金属元素;(2)指出特征重金属元素污染源的位置和对周围地区的污染程度;(3)通过多年的连续生物监测,揭示大气沉降随时间的变化规律(尤其是在北欧地区);(4)绘制易读的元素分布模式彩色或黑白等高线图,说明大气沉降的重金属元素的污染状况以及与前期监测结果的比较。苔藓和地衣对重金属元素的吸附特征表明,其种类不同元素富集能力也有差别。特征元素
8、与当地的大气悬浮颗粒物质的对应元素含量具有显著的相关[8]性。因此,选择吸附能力强和高耐受性的优势广布种类十分重要。4 苔
