苔藓植物的大气污染监测
苔藓植物对环境的指示作用
苔藓植物对环境的指示作用海来伍达（四川师范大学生命科学学院2010级1班）摘要：苔藓植物由于其结构相对简单，对大气成分浓度和全球气候等各方面的环境变化非常敏感，因此苔藓植物可以作为全球变化、环境污染、养分状况、森林整体性及生态系统健康等方面的生物指示材料，利用苔藓植物可以监测指示大气污染，识别污染源，揭示大气层随时间的变化规律，并反映大气污染的时空变化格局，进而评价不同地区的环境状况变化；也可以用苔藓来示重金属污染和矿藏。
所以苔藓植物是一种天然的指示剂。
关键词：苔藓植物、环境污染、大气污染、检测、指示作用引言：随着城市化、工业化等人类活动对全球环境的影响，环境的污染负荷日益增加，用灵敏的指示生物来反映环境污染的程度及变化应用越来越多。
苔藓植物由于其独特的生理和代谢特征，常被用来监测环境污染物质及污染程度的变化。
特别是利用苔藓植物指示监测环境中重金属的沉降污染问题，已成为当今国际上环境科学研究的热点之一。
它可用来指示重金属污染物来源、迁移及时空分布等。
少数植物仅局限生长于富含某种特殊金属的基质上，而且具有积聚某种金属的能力。
通过研究这些植物的分布状况，分析它们的金属含量，可定性的研究当地的某些重金属的含量及污染。
1 苔藓植物生理结构苔藓植物是一类从水生向陆生生活过渡的生物类群，是生态系统中重要的生产者，它分布广泛，是生态系统演变关键的拓荒者之一。
苔藓的植物体表面积与其生物量比值高，其解剖构造亦很简单，只由单层或少数几层细胞构成，植物表无蜡质的角质层覆盖，暴露于污染大气时，污染物质可从背腹两面侵入叶细胞之中，植物体中无维管束构造，亦没有真正的根，只在植物体的末端生出单列细胞的假根。
苔藓植物的这些简单的结构导致了其植物体抗性弱，对环境变化敏感等特点，十分有利于大气中重金属污染物质在其植物体内的富集，从而可以达到指示监测环境重金属污染的目的。
苔藓植物还具有一些独特的生物学特性使之更适合应用于污染的监测研究工作。
苔藓植物大灰藓对大气中重金属元素的生态监测
中图分类号:Ｘ８３５ 文献标志码:Ｂ 文章编号:１００６ － ２００９(２０２０)０３ － ００４４ － ０４
Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｈｅａｖｙ Ｍｅｔａｌｓ ｉｎ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｂｙ
Ｈｙｐｎｕｍ Ｐｌｕｍａｅｆｏｒｍｅ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｘ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ Ｈｙｐ￣
ｎｕｍ ｐｌｕｍａｅｆｏｒｍｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ａｔ ｅａｃｈ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｉｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌꎻ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇꎻ Ｂｒｙｏｐｈｙｔｅꎻ Ｈｙｐｎｕｍ ｐｌｕｍａｅｆｏｒｍｅꎻ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ
大气重金属污染主要来源于工业生产及城镇
化过程ꎬ如冶炼、无机化学品生产、石油精炼、机动
车尾气等ꎬ已成为全球性的环境问题
ａｌｓ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ Ｋｒｉｇｉｎｇ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ. Ｉｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ
ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｗａｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ.
第 ３２ 卷 第 ３ 期
苔藓为什么能监测环境污染
苔藓为什么能监测环境污染
苔藓之所以能够监测环境污染，是因为它们具有较强的吸附能力和灵敏的生物指示作用。
首先，苔藓可以通过其表面的细胞壁和气孔吸收周围环境中的水分和营养物质，其中包括空气中的颗粒物、重金属和其他有害化学物质等。
这些有害物质可以在苔藓体内富集并积累，从而反映出周围环境的污染程度。
其次，苔藓还具有生物指示作用，即不同种类的苔藓对不同类型的污染物质具有不同的敏感性和反应。
例如，一些苔藓对于二氧化硫、氮氧化物等常见的大气污染物质具有较高的敏感性，而另一些苔藓则对于重金属等土壤污染物质更为敏感。
因此，通过分析苔藓体内不同污染物质的含量和种类，可以确定环境中存在的污染源和类型。
总之，苔藓之所以能够作为环境污染的监测生物，是因为其具有强大的吸附能力和灵敏的生物指示作用，可以对周围环境中的污染物质进行有效的监测和评估。
环境监测植物
正因为海菜花生长条件十分苛刻，尤其对水质污染极为敏感，只能生长 在纯净的活水之中，因此人们常以是否生长海菜花来判别水体是否受到污染。 环保部门则干脆将其称为“环保菜”，专门用它来监测水体环境的质量。
松萝：大气监测员
松萝是藻类和菌类共生的地衣体，属松萝 科植物，又名女萝、松上寄生、天棚草、雪风 藤、山挂面、海风藤、石丝线，可分为长松萝 和节松萝两种。 长松萝呈地衣体丝状，灰绿色，柔软，主轴 单一，细长且没有分支，向下悬垂，最长可达 1米以上；节松萝全体淡灰绿色，长丝状，全 长通常10厘米至40厘米，成二叉式分支，枝体 平滑，表面有很多白色环状裂沟，横断面可见 中央有线状强韧性的中轴，由菌丝组成，有弹 性，可拉长，其外为藻环，常由环状沟纹分离 成短筒状。 松萝分布于黑龙江、吉林、辽宁、陕西、 江西、湖北、湖南、四川等省，多生于深山的 老树枝干或高山岩石上，尤喜阴暗潮湿的林中， 附生在针叶树上。松萝对生长环境的空气质量 要求很高，一旦大气遭受污染，便会在短时间 内迅速灭绝，因此人们通常称其为“大气监测 员”。以是否有松萝生长，来判断大气质量的 好坏，非常直观可靠。
地衣
地衣（lichen）是真菌和光合生物之间 稳定而又互利的联合体，真菌是主要成员。 另一种定义把地衣看作是一类专化性的特 殊真菌，在菌丝的包围下，与以水为还原 剂的低等光合生物共生，并不同程度地形 成多种特殊的原始生物体。1867年，德国 植物学家施文德纳作出了地衣是由两种截 然不同的生物共生的结论。全世界已描述 的地衣有500多属，26000多种。从两极至 赤道，由高山到平原，从森林到荒漠，到 处都有地衣生长。 地衣对大气的检测作用：藻生的共生体地 衣对大气十分敏感，当空气中有SO2以及其 他的污染物时，通过地衣体表不断吸收，从 破坏了地衣的生理平衡，出现受害症状或死 亡。据测定，当空气中的SO2浓度为0。 23ppb.一个月左右，地衣全部死去，浓度为 0。09ppb时，两个月左右的有60%地衣全部 死去，因此，在工业或城市中心地带很难找 到地衣，故地衣可以作为检测大气污染的指 示植物。
苔藓植物对重金属污染的生物监测
1、生态监测方法
缺点：不能直接指示出污染物重金属的种类及其浓度 ，在实 际应用中有一定的局限性。
2、化学分析监测方法： 以苔藓为指示植物 ，进行化学分析其组织内的重金属种类和 浓度 ，可以监测重金属污染 ，并直接测得污染物的种类和浓度 值，近而分析污染程度。
优点：可直接测得污染物的种类和浓度值 需考虑的问题：取样布点方法、样品处理 原子吸收光谱火焰法( AAS)—经典 电感耦合等离子体发射光谱( ICP—ES)技术 电感耦合等离子体质谱法( ICP—MS) 常见样品测定技术： 质子激发荧光法( PIXE) 超热中子活化法( ENAA) 原子荧光法 仪器中子活化法( INAA)
材料
常见 选材要求： 个体相对较大 （既可满足足够大的取样空间和密度，又可保证足够的实验分 析样品。且通常采用那些已被证实对环境重金属污染有较强耐 受性的种类 ，通过监测实验能够较好的反应监测范围内的重金 属污染状况 。）
典型苔藓材料：（常见） 白齿泥炭藓(Sphagnum girgensohnii ) 塔藓 ( Hylocom i um splendens) —塔藓是采用较多的监测材料 赤 茎 藓 (Pleurozium shreberi) 泽藓 ( Philonotis fontana) 桧叶金发藓( Poly trichum juniperinum ) 匍匐猫尾藓(Isothecium stoloniferum ) 密叶绢藓( Entodon com pressus) 长叶鳞叶藓(Taxiphyllum taxirameum ) 。
谢谢！
研究目标
通过特定的取样分析，可揭示重金属污染的时空变化格局， 进而评价不同地区或时间的环境变化状况。通过实测数据的比 较分析说明该地区的重金属污染问题现状。确定是否有必要通 过技术、立法和经济等手段来解决这一环境污染问题。
大气污染的生物监测
4.2.1 大气污染的生物监测与评价
植物分布范围广、容易管理， 品质众多；空气污染对植物 种群、群落的组成和分布也 产生影响；早期诊断作用； 富集作用。 敏感性降低，专一性差，不 能定量，费时 动物的管理比较困难，目前 尚未形成一套完整的监测方法
空气污染生物监测
植物监测（应用较多）
室内空气微生物监测：
某医院的空气微生物监测163份标本，合格88 份，合格率仅54％；表明空气微生物的污染与医院 感染密切相关，加强消毒隔离措施、合理使用抗生 素，控制医院感染是十分重要的。
室外空气微生物监测：
辽宁省某市空气中微生物区系分布与环境质量关系研究表明：空气中 微生物的数量随着人群和车辆流动的增加而增多，繁华的中街微生物 数量最多，其次是交通路口，居民小区；郊区某公园和农村空气中细 菌最少。 2001和2002年山东省某海滨城市空气微生物监测发现：该市空气微生 物检出率高，空气处于微生物中度污染状态。其中东部、居住区空气 污染较重，南部、西部和风景游览区空气污染较轻。滨海区空气陆源 细菌少于内陆区，真菌却较多。滨海与内陆区空气微生物含量相近， 滨海区空气陆源微生物增多，意味两区空气污染有趋同现象。
害，表明大气污染较严重；如抗性强的植物受害，表明大气 污染十分严重；在严重污染地区，敏感植物不存在。
• 在长期受污染地区，一些群落多样性受到影响，从而使植物
退化，由此可根据群落中物种多少及个体数量多少来评价大 气污染状况。
实例：某化工厂附近的植物群落调查
实例：某化工厂30～50m范围内植物受害情况说明及分析
对大气污染反应灵敏，用以指示和反映大气污染状况的植物，称为大 气污染的指示植物。 空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进入植物体内，侵袭细胞组 织，并发生一系列生化反应，从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症 状。这些症状虽然随污染物的种类、浓度以及受害植物的品种、曝露 时间不同而有差异，但具有某些共同特点，如叶绿素被破坏、细胞组 织脱水，进而发生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄色、褐色或灰白 色）的斑点，叶片脱落，甚至全株枯死等异常现象。
苔藓植物
苔藓植物作为一类监测环境污染的指示植物已得到广泛应用。
发达国家在利用苔藓指示监测环境污染方面已做了大量的研究工作，取得了可喜进展，并建立了一些较为实用的技术和方法。
我国也有用苔藓来监测大气污染的研究，但所采用的研究方法主要是定性的生态指示法，即采用生态学方法，观察其外部形态来估计大气重金属污染状况，在一定程度上容易受到调查者主观因素的影响;在定量监测方面的研究相对较少，而且监测的对象主要是so2等气态污染物，在重金属监测方面的研究很少，在苔藓植物对大气污染物的吸附特性以及污染物对超微结构的影响等方面研究不足，研究范围较为狭窄。
因此，用化学分析法定量研究，与用生态指示方法定性研究相结合，并研究苔藓植物对重金属的吸附特性，有利于更好的了解苔藓对大气重金属的吸附规律，在监测大气污染方面有重要意义。
据此，本研究首先通过对苔藓种类、生长状况及分布特征的调查，初步揭示苔藓生态特点与大气污染的相关性。
其次通过定量分析比较不同苔藓植物中重金属的含量，分析苔藓对重金属的吸附特性，筛选出了对重金属富集能力强的苔藓品种，以作为用苔藓植物进行大气环境监测的基础。
再次采用一种简易的定性和定量识别区域性大气重金属污染的方法——苔袋生物监测方法对重庆市南岸、九龙坡、江北和北碚天生桥大气质量状况进行监测，揭示出监测区域大气污染物干湿沉降规律及大气污染物的时空分布。
结果表明：各调查点苔藓植物的种类、出现频率及多度存在较大差异。
其中金佛山、天生桥、龙车寺、北温泉、山耳崖等地苔藓植物种类丰富、生长旺盛；来凤、槽上等地苔藓植物种类少、长势差。
调查区域内最常见的苔藓植物品种有娟藓属、青藓属、麻羽藓属、鳞叶藓属、灰藓属、卷柏藓属等。
各监测点苔藓植物中污染物的台量变化为：青木关>天生桥>北温泉>龙车寺>来凤>山耳崖。
由此将各样点按相对污染程度的大小分3级，其中污染区为青木关、天生桥；轻度污染区为龙车寺、北温泉、来凤；清洁区为山耳崖。
大气污染物的生物监测与分析方法
大气污染物的生物监测与分析方法现代工业和交通的快速发展带来了巨大的经济和社会效益，同时也带来了大气污染问题。
大气污染物对人类健康和环境造成了严重的影响，因此监测和分析大气污染物的方法成为了非常重要的研究领域。
在这篇文章中，我们将讨论大气污染物的生物监测与分析方法。
一、生物监测方法生物监测方法是通过对生物体内大气污染物的积累和转化来评估环境中的大气污染状况。
常见的生物监测方法包括苔藓监测和生物指示剂监测。
苔藓监测是一种利用苔藓植物吸收和富集大气污染物的方法。
苔藓植物广泛分布于全球各地，其体形特殊、生活史短暂，并且容易收集和处理。
通过采集苔藓样本后，可以通过测量其叶片中的大气污染物浓度来评估环境中的污染程度。
苔藓监测方法可以定量评估大气中的元素和有机污染物，如重金属、石油烃和多环芳烃等。
生物指示剂监测是通过对具有生物标志物的生物体进行监测，以评估环境中大气污染物的水平。
其中，蜜蜂和苍蝇是常用的生物指示剂。
蜜蜂可以通过饲养在污染区域，然后分析其体内的污染物含量来评估环境中大气污染的程度。
苍蝇则是常见的城市害虫，在其体内积累的有机污染物可以用于监测和评估环境中的有机污染程度。
二、分析方法除了生物监测方法外，还有许多化学分析方法可以用于定量分析大气污染物的浓度和组成。
常见的分析方法包括质谱法、光谱法、电化学法等。
质谱法是一种常用的大气污染物分析方法。
质谱仪可以测量大气中污染物的分子质量，并通过质谱图进行定性和定量分析。
质谱法可以同时检测多种污染物，例如挥发性有机物和重金属等。
光谱法是通过测量大气污染物对特定波长光线的吸收或散射来定量分析污染物的浓度。
常见的光谱法包括紫外可见光谱和红外光谱。
紫外可见光谱可以用于测量大气中的臭氧和氮氧化合物等。
红外光谱则常用于测量大气中的温室气体，如二氧化碳和甲烷等。
电化学法是一种通过测量电流和电势变化来定量分析大气污染物的浓度的方法。
常见的电化学方法包括电化学陶瓷技术、电化学检测器和电化学传感器等。
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为污染区监测附生苔藓植物的生长量 4.移植法 5.苔袋法 6.苔藓检测器 HR=1-S1/S0×100% S0净化室内苔藓绿色部分的面积;S1为污染室内苔藓绿色部分
的面积
苔袋法
绘制空气污染图
苔袋
1个月 监测点
分析污染 物成分和 含量
的影响；苔藓叶片大多为单层细胞，污染物质可从叶 的两面直接侵入叶细胞，每个叶细胞所受的平均浓度 皆大于其他高等植物；且苔藓形体小，生长缓慢，一 旦受到污染，不易恢复，容易观察。因此可用作指示 环境污染的监测植物。荷兰（1968年）举行的大气污 染对动植物的影响会议上推荐苔藓和地衣作为大气污 染监测植物。
发展前景
• 苔藓植物本身所具有的优点， 使用苔藓 植物进行 生物监测具有广泛的应用前景。
• 通过对苔藓植物生长状况，表观特征可以比较直 观的评价大气的污染状况。同时通过对苔藓植物 体样本重金属含量的测定可以间接提供某地区环 境中重金属含量的本底数据， 揭示污染 物在地理 空间及时间上的分布格局。
• 新的研究思路是可以通过对苔藓植物的生理生态 指标如其生 长状况、细胞超微结构、光合和呼吸 作用、色素含量、糖类和蛋白质或进一步深入到 DNA水平上的 变化等的研究 ，来指示环境污染 的程度。
悬浮的重金 属
离子交换部位
H+
M+ 细胞壁
++ + + ++
M+ M+ M+
M+
离子树脂交换或者捕获
苔藓植物对重金属污染的生理生态反应
金属对苔藓的毒性其强烈程度的顺序为Ｈｇ>Ｐｂ>Ｃａ>Ｃｄ>Ｃｒ>Ｎｉ>Ｚｎ
sun
悬浮的重金 属
已有报道的可以监测重金属的苔藓植物
白齿泥炭藓 、赤 茎 藓、 泽藓 、桧叶金发藓 、 匍 匐猫尾藓 、密叶绢藓、长叶鳞叶藓、锦藓、网 藓、 高领藓、细鳞苔
苔藓生物监测的优缺点
优点
1.能反映污染物对生物的综合 效应 2.能直观的反映出环境的污染 状况 3.能对生态环境进行连续监测 4.对环境污染的监测具有长期 性 5.对环境污染的监测具有敏感 性 6.多功能性
缺点
1.不能定性和定量的测定环境污染 2.监测专业性不如理化监测 3.生物监测检测时间较长 4.具有一定的局限性叶藓
毒害症状
叶绿素被破坏 细胞组织脱水
共同特点
叶片脱落 全株枯死 出现不同颜色的斑点
2.2大气重金属污染物的监测
体表面积 与其生物量
比值高
构造简单
没有 真正的根，
只有假根
植物体抗性弱， 对环境变化敏感 有利于大气中重金属污染物质在其植物体内的富集
指 示、 监测环境重金属污染
苔藓植物富集重金属污染物质的机制
苔藓的分类与区别
项目 藓纲
苔纲
生活环境 配子体 孢子体 原丝体
高纬区，寒冷，低温区， 低纬，温热区，对热要求
对热要求低
高
辐射对称，无背腹之分，茎 两侧对称，有背腹之分，叶
状体，假根单列细胞，茎有 状体，假根单细胞，茎无中
中轴，叶有中脉
轴，叶无中脉
孢蒴有蒴柄，蒴齿，无弹丝， 孢蒴有弹丝，成熟成瓣裂。
蒴柄在孢蒴成熟前伸长
蒴柄短，在孢蒴成熟后伸长
丝状，可生多个配子体 片状，可生一个配子体
生殖
生于茎、枝顶端
有专门的生殖托
2.苔藓植物的大气污染监测
定义：大气污染的生物监测是利用生物对存在于大
气中的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量， 以确定大气的环境质量水平。
依据：苔藓植物为多年生植物，全年均受大气污染
2.1大气无机污染物的监测
苔藓植物对环境污染很敏感，故把它当做检测空气污 染程度的指示植物，可以用来监测大气中的二氧化硫、 氟化物、臭氧。它对二氧化硫的敏感程度比一般种子 植地物衣大绝迹10。倍氟，的当浓SO度2的为年65平pp均m浓时0,9.051%5的~0叶.1端05变m成g/l褐时色， 臭氧熏气处理苔藓时，叶片再生能力下降。
网藓
泽藓
白齿泥炭藓
2.3大气有机污染监测（PAHs）
大气和扬尘
相气 相粒颗
固相干沉降 气相干沉降 •湿沉降。
在国外内外多用塔藓、大灰藓和赤茎藓作 为PAHs的被动采样器，苔藓中积累的 PAHs 基本上是 4环以下 的， 四环以上的 PAHs 含量不到百分之一
苔藓植物评价大气环境的监测方法
1.生态调查法 2.清洁度指数法 3.污染影响指数法
苔藓植物的大气污染监测
目录
1.苔藓植物的定义与分类 2.苔藓植物对大气污染的监测 3.苔藓植物监测大气污染的方法 4.苔藓植物监测的优缺点 5.苔藓植物监测的发展前景
苔藓植物的定义与分类
苔藓植物介绍
苔藓植物是一类小型的多细胞绿色植物，多 生于阴湿的环境中。在全世界约有23,000种 苔藓植物,中国约有2800多种。苔藓植物包 括苔纲（Hepaticae）、藓纲（Musci）。苔 纲常见的代表植物有地钱，藓纲的代表植物 是葫芦藓。