摘 要

苔藓监测技术已被多国用于监测空气污染的研究工作中。本研究应用苔藓监测技术对宜兴市空气重金属污染情况进行了调查分析。采用系统布点法，采集了宜兴市19个样点的细叶小羽藓和狭叶小羽藓样品，同时采集土壤样品进行比较。采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)对小羽藓植物体及相应土壤样品中的Cu、Pb、Cd、Zn、Cr、Ni 6种重金属元素含量进行了测定。结果表明: 小羽藓体内重金属元素含量与土壤中重金属含量没有显著的相关性，说明小羽藓体内重金属含量受土壤基质影响不大。小羽藓和土壤中重金属元素的比值表明小羽藓对六种重金属元素富集能力从高到低的依次是Cd、Zn、Pb、Cu、Cr、Ni。同时，利用ArcGIS绘制了六种重金属元素空间分布等值图。

关键词：小羽藓；重金属；空气污染；空间分布

Biomonitoring of Atmospheric Heavy Metal Pollution in Yixing using the moss Haplocladium

Abstract

Biomonitoring with terrestrial mosses is a well-developed technique used in many countries to estimate the concentrations of trace elements in the atmosphere. In this study, the moss biomonitoring technique has been applied to monitor the atmospheric heavy metal pollution in Yixing.Haplocladium. microphyllum and H. angustifolium were used as biomonitors and collected from 19 sites by means of systematic sampling. The corresponding topsoil samples were also collected as comparison. The concentrations of six heavy metal elements, namely, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn in the moss plants and soils were determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). No significant correlation was observed between the heavy metal concentrations in mosses and corresponding soils, which indicated that soil substrate had little effect on the heavy metal concentrations in the moss Haplocladium. The ratio of six heavy metals in Haplocladium plants and soils suggested that the enrichment capacity of the moss Haplocladium is topped by Cd, and then followed by Zn, Pb, Cu, Cr and Ni respectively. Spatial distribution maps of heavy metal deposition for each element were plotted using ArcGIS 9.0.

Keywords: the moss Haplocladium; Heavy metal;Atmospheric pollution; Spatial distribution

目 录

1．文献综述 5

1.1 苔藓植物的特殊生理结构 5

1.2 苔藓植物对重金属的富集机制 5

1.3 苔藓植物对重金属元素的检测方式 6

1.3.1 生态检测方法 6

1.3.2 化学分析检测方法 6

1.3.2.1 化学分析检测法的建立和发展 6

1.3.2.2 取样布点方法 6

1.3.2.3 样品处理 6

1.3.2.4 化学分析技术 7

1.3.3 苔袋法 7

1.4 苔藓植物对重金属元素的监测的评价指标与方法 7

1.4.1 空气质量值分析 7

1.4.2 相对累积因子分析 8

1.4.3 污染因子分析 8

1.4.4 富集因子分析 8

1.4.5 沉降速率分析 8

1.5 国内外研究进展 9

1.5.1 欧洲跨国联合监测 9

1.5.2 欧洲地区性监测 9

1.5.3 其他国家的监测实践 9

1.5.4 中国的监测实践 9

1.6 本研究的目的和意义 9

2. 材料与方法 11

2.1 供试材料 11

2.2 采样点的选择 11

2.3 实验材料的处理 12

2.4 样品的硝化 13

2.5 元素的测定 13

2.6 数据处理 13

3. 结果与分析 14

3.1 小羽藓体内重金属含量 14

3.2 土壤中重金属含量 14

3.3 小羽藓与土壤中重金属含量的比值 15

3.4 小羽藓和土壤中重金属元素的相关性分析 15

3.5 六种重金属元素分布等值图 15

4. 结论与讨论 20

4.1 小羽藓与土壤中重金属含量的关系 20

4.2 基于GIS技术的宜兴市六种重金属元素的空间分布情况分析 20

4.3利用苔藓监测空气重金属污染的有效性..........................................................................................20

利用小羽藓监测宜兴市空气重金属污染

1.文献综述

伴随着随着近几十年来工业化、城市化逐渐加强, 城市环境问题也日益突出起来, 其中最为严重的问题之一就是大气污染。所以, 怎么样准确全面地监测大气污染、评价大气的质量渐渐变成当前很多科学研究的热点之一。与传统的方法相比, 生物监测有着经济、实用、灵敏的优点, 尤其它更加适于较大规模的监测活动。苔藓植物具有特殊的生理代谢特征, 比种子植物对大气污染物的敏感性高10倍之多 , 既可用于多国联合的大范围监测 活动, 而且也能够用来监测城市以及点污染源。既能够对多种重金属元素进行监测 , 也能够对多环芳烃和氮沉降等进行监测, 已形成非常成熟方法, 在世界各国重得到广泛使用^[1]。

1.1苔藓植物特殊的生理结构

苔藓植物作为一种从水生向陆生生活过渡的生物类群, 是整个生态系统中最重要的生产者之一, 具有广泛的分布, 也是生态系统演变关键的拓荒者之一^[2]。苔藓的植物体表面积占它的生物量很大一部分, 能够很好的吸附并且保留重金属元素; 它的解剖构造十分简单, 只包括单层或少数几层细胞, 与其他植物相比体表没有蜡质的角质层, 当被放置于污染大气重时, 背腹两面叶细胞可容易被污染物侵入; 没有维管束构造存在于植物体中, 它也没有真正的根系统, 只有假根在植物体的末端。正是因为苔藓植物结构简单导致了其植物体抗性弱, 也敏感与环境的变化，因为这些特点,大气中重金属污染物质很容易富集在其植物体内^[3],所以它具有监测,指示环境重金属污染的功能。

苔藓植物一些独特的功能，使其更适合用于监测污染。首先，它低分化的功能，使植物细胞有相对强劲的增长潜力，因此，休眠或死亡后的茎先端增长点，其茎和叶下部的分生组织的发展得到刺激新枝生长的作用，使植物保持常绿的特点^[3]，而且苔藓中的多年生草本植物的很大一部分可以用作长期积累的空气污染，对污染的来源或某一地区进行长期单独的生物监测，从而提高测试结果的可靠性^[4]。

1.2苔藓植物对重金属元素的富集机制

苔藓植物有很强的阳离子交换容量（CEC）^[5]，金属离子可以有效地从周围环境吸收。布朗指出，苔藓植物吸收离子可以从细胞内部和外部两个方面的收入。因为它有没有角质层，也没有输导组织的生理结构，并允许接触污染物，金属离子可直接从叶面吸收。然而，细胞不直接吸收这些离子，离子吸附，以类似的离子交换树脂或粒子的捕获和释放氢离子，在大气中的金属颗粒被吸附到植物表面，因此，以达到吸附，积累的污染物效果^[4]。

1.3．苔藓植物对重金属元素的检测方式

1.3.1生态监测方法

生态监测是环境监测的一个重要组成部分^[6]。苔藓植物重金属污染的生态监测中具有灵敏度高，响应快和全面，监测也可以是连续的^[7]。常见的苔藓植物生态调查，移植比较法（transplantation），生态监测大气净度指数（IAP），耐力指标的测定（RT），苔藓测定仪（Bryometer）和污染指数（IA）等，因为这些生态监测，并没有直接表明重金属污染物的类型和浓度，在实际应用中有一定的局限。

1.3.2 化学分析监测方法