濕地匍燈蘚監(jiān)測(cè)大氣污染初步研究范文

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摘要:本研究監(jiān)測(cè)了湖南省某市5個(gè)點(diǎn)位2個(gè)時(shí)段的大氣SO2、NO2、CO、PM2．5污染實(shí)況，同期檢測(cè)了自然暴露的濕地匍燈蘚的Chlo、MDA、Pro水平。監(jiān)測(cè)和檢測(cè)結(jié)果顯示，PM2．5是影響空氣質(zhì)量的主要因子，Pro是比Chlo、MDA更靈敏的監(jiān)測(cè)指標(biāo);相關(guān)系數(shù)分析顯示，PM2．5與濕地匍燈蘚之間的污染物濃度—生理指標(biāo)水平關(guān)系具有更高的相關(guān)性。本研究認(rèn)為，濕地匍燈蘚Pro可應(yīng)用于PM2．5污染的短期追溯性監(jiān)測(cè)和現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞:濕地匍燈蘚;脯氨酸(Pro);大氣污染;PM

苔蘚植物無維管束構(gòu)造，也沒真正的根，與土壤等基質(zhì)相關(guān)較小，其葉片一般由單層細(xì)胞或少數(shù)幾層細(xì)胞構(gòu)成，體表無蠟質(zhì)的角質(zhì)層覆蓋，且表面積與其生物量比值高，對(duì)大氣環(huán)境較為敏銳，被認(rèn)為是監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境狀況的最敏感植物類群［1］。迄今，國內(nèi)外已在苔蘚植物分布與大氣質(zhì)量狀況的關(guān)系［1，2，3，8］，苔蘚植物的生物量、污染物含量、受害癥狀、生理指標(biāo)與污染程度的關(guān)系［4－12］，對(duì)污染敏感的苔蘚植物篩選［4］等方面取得了一系列調(diào)查成果和受控試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)濕地匍燈蘚在浸沒水培條件下對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng)研究［20－26］也較為深入。本研究旨在通過在監(jiān)測(cè)湖南某市的大氣污染實(shí)況的同期檢測(cè)自然暴露的濕地匍燈蘚生理指標(biāo)水平，并研究?jī)烧叩南嚓P(guān)性，為推動(dòng)濕地匍燈蘚實(shí)際應(yīng)用于大氣污染監(jiān)測(cè)提供參考。

1設(shè)計(jì)

1．1監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在湖南某市設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，見表1。

1．2監(jiān)測(cè)污染物按《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095－2012)等標(biāo)準(zhǔn)，在兩個(gè)時(shí)段內(nèi)對(duì)上述點(diǎn)位的大氣污染物二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、細(xì)顆粒物(PM2．5)實(shí)施監(jiān)測(cè)。

1．3檢測(cè)生理指標(biāo)在上述監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，在上述監(jiān)測(cè)點(diǎn)位各放置2盆濕地匍燈蘚活體培養(yǎng)盆自然暴露，在各監(jiān)測(cè)時(shí)段末，各取1盆濕地匍燈蘚，用乙醇法測(cè)定濕地匍燈蘚的葉綠素(chlorophyll，表征葉綠素合成功能)，用二硫代巴比妥酸顯色法測(cè)定濕地匍燈蘚的丙二醛(MDA，表征細(xì)胞膜損傷程度)，用磺基水楊酸法測(cè)定濕地匍燈蘚的脯氨酸(Pro，表征細(xì)胞質(zhì)內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)水平)。

2結(jié)果

2．1大氣污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果兩個(gè)時(shí)段大氣污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。2．2濕地匍燈蘚生理指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段末濕地匍燈蘚生理指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表3。

3分析與討論

3．1大氣污染物水平表2顯示，該城市5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的SO2、CO的24h平均均值在兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)均低于空氣質(zhì)量一級(jí)限值，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的NO2的24h平均均值在兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)高于空氣質(zhì)量二級(jí)限值，5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2．5的24h平均均值在兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)均高于空氣質(zhì)量二級(jí)限值，即在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，PM2．5處于超標(biāo)水平，提示PM2．5是上述監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)影響空氣質(zhì)量的主要因子。

3．2濕地匍燈蘚對(duì)大氣污染物的生理響應(yīng)表3顯示，在兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段末，濕地匍燈蘚的Chlo、MDA差異無顯著性，Pro差異有顯著性，提示就監(jiān)測(cè)大氣污染而言，Pro的靈敏性高于Chlo、MDA。

3．3大氣污染物水平與濕地匍燈蘚生理響應(yīng)的相關(guān)性以各污染物各時(shí)段監(jiān)測(cè)結(jié)果和濕地匍燈蘚各生理指標(biāo)各時(shí)段末檢測(cè)結(jié)果為數(shù)據(jù)組，計(jì)算大氣污染物濃度與濕地匍燈蘚生理指標(biāo)水平的相關(guān)系數(shù)，見表4。3．3．1一般規(guī)律從表4可見，研究期間，大氣SO2、NO2、CO、PM2．5與濕地匍燈蘚Chlo基本呈負(fù)相關(guān)，與MDA、Pro均呈現(xiàn)正相關(guān)，提示濕地匍燈蘚在4種大氣污染物作用下，均有葉綠素合成抑制、細(xì)胞膜系統(tǒng)損傷、細(xì)胞質(zhì)內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累的效應(yīng);而相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值基本呈現(xiàn)Pro的＞MDA的＞Chlo的，提示濕地匍燈蘚對(duì)大氣污染物的生理響應(yīng)敏感性，是細(xì)胞質(zhì)內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累反應(yīng)＞細(xì)胞膜系統(tǒng)損傷反應(yīng)＞葉綠素合成抑制反應(yīng)。3．3．2特點(diǎn)從表4可見，SO2和NO2對(duì)Chlo、MDA、Pro的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值多在0．5以下，而CO和PM2．5對(duì)Chlo、MDA、Pro的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值多在0．6以上，提示濕地匍燈蘚對(duì)CO和PM2．5的生理響應(yīng)敏感性比對(duì)SO2和NO2的生理響應(yīng)敏感性高;而PM2．5與Chlo和PM2．5與Pro的相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)了極顯著意義情況，提示濕地匍燈蘚對(duì)顆粒污染物PM2．5的生理響應(yīng)比對(duì)氣體污染物SO2、NO2、CO的生理響應(yīng)更確定。

3．4影響濕地匍燈蘚生理指標(biāo)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)大氣污染的因素3．4．1非污染性逆境除大氣污染物外，光、溫、水等非污染物的生態(tài)因子的強(qiáng)度異常，也會(huì)引起Chlo、MDA、Pro的變化［13～19］。就本研究而言，在兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段中4種污染物水平差異均無顯著性的情況下，Chlo、MDA水平差異無顯著性，而Pro水平差異有顯著性，需要進(jìn)一步研究確認(rèn)差異顯著性是源自PM2．5的作用還是源自非污染性逆境影響。3．4．2污染物傳質(zhì)過程與生理指標(biāo)響應(yīng)特性大氣污染物影響植物的傳質(zhì)過程大致包括隨空氣傳輸、附著葉片或進(jìn)入氣孔、透過細(xì)胞膜吸收、誘發(fā)細(xì)胞膜反應(yīng)、誘發(fā)細(xì)胞質(zhì)反應(yīng)、誘發(fā)細(xì)胞器反應(yīng)等環(huán)節(jié)，在此過程中，植物相繼表現(xiàn)出生理指標(biāo)響應(yīng)，而響應(yīng)的速度、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間等與大氣污染物的性質(zhì)，濃度，接觸或進(jìn)入持續(xù)的時(shí)間、劑量，吸收劑量，細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器等的靶效應(yīng)特點(diǎn)密切相關(guān)。就本研究而言，因大氣污染物吸收入細(xì)胞的同時(shí)即誘發(fā)細(xì)胞膜反應(yīng)，入胞后即誘發(fā)細(xì)胞質(zhì)反應(yīng)，而對(duì)葉綠體內(nèi)葉綠素合成的影響會(huì)相對(duì)滯后，故濕地匍燈蘚的MDA、Pro響應(yīng)水平高于Chlo的響應(yīng)水平;因PM2．5可吸附滯留于濕地匍燈蘚表面，與SO2、NO2、CO相比，接觸時(shí)間長、進(jìn)入持續(xù)、進(jìn)入量穩(wěn)定，而其通常含有重金屬成分，較SO2、NO2、CO的作用更豐富，且一直處于超標(biāo)水平，故濕地匍燈蘚對(duì)PM2．5的響應(yīng)水平高于對(duì)SO2、NO2、CO的響應(yīng)水平，且污染物濃度—濕地匍燈蘚生理指標(biāo)水平關(guān)系具有更高的相關(guān)性。3．4．3植物樣品檢測(cè)時(shí)點(diǎn)與檢測(cè)方法植物對(duì)污染物的響應(yīng)具有各自的時(shí)間、強(qiáng)度規(guī)律，若要用植物生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)大氣污染，必須按生理指標(biāo)響應(yīng)的時(shí)間規(guī)律，嚴(yán)格掌控檢測(cè)時(shí)間。就本研究而言，僅在大氣污染監(jiān)測(cè)時(shí)段末檢測(cè)一次的濕地匍燈蘚生理指標(biāo)，其結(jié)果是濕地匍燈蘚對(duì)污染物持續(xù)作用效應(yīng)的積累、濕地匍燈蘚對(duì)污染物凈化、濕地匍燈蘚自我修復(fù)等活動(dòng)結(jié)果的綜合表現(xiàn)，故發(fā)生了第二時(shí)段末與第一時(shí)段末對(duì)比，Chlo數(shù)值基本穩(wěn)定、MDA數(shù)值下降、Pro數(shù)值增高的復(fù)雜局面，即在大氣監(jiān)測(cè)時(shí)段末檢測(cè)濕地匍燈蘚生理指標(biāo)，其主要意義在于提示檢測(cè)前的大氣污染歷史，并不能全面準(zhǔn)確反映大氣污染物的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。此外，植物對(duì)污染物的響應(yīng)決定于植物生理活動(dòng)水平、接觸吸收污染物的量，若要用植物生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)大氣污染，必須采集生理活動(dòng)旺盛、與污染物接觸充分的植物器官組織。就本研究而言，僅在少量的盆栽濕地匍燈蘚上隨機(jī)采集樣品檢測(cè)生理指標(biāo)，不能保證檢測(cè)結(jié)果是植物生理活動(dòng)水平齊同狀態(tài)下的污染物導(dǎo)致的生理效應(yīng)變化的真實(shí)反映。

4結(jié)論

濕地匍燈蘚的Chlo、MDA、Pro對(duì)大氣中的SO2、NO2、CO、PM2．5均具有一定的指示價(jià)值;綜合考察污染物和生理指標(biāo)特點(diǎn)，Pro更有可能成為PM2．5污染的監(jiān)測(cè)指標(biāo);在常規(guī)大氣監(jiān)測(cè)缺失的時(shí)空，這對(duì)PM2．5污染的短期追溯性監(jiān)測(cè)和現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)具有重要意義。濕地匍燈蘚Pro實(shí)際應(yīng)用于PM2．5污染的監(jiān)測(cè)，有賴于更深入地定量研究非污染性逆境影響、PM2．5與Pro的劑量效應(yīng)關(guān)系以及制定并執(zhí)行更嚴(yán)格的關(guān)于濕地匍燈蘚自然暴露、采樣等的技術(shù)規(guī)范。 

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作者：黃鐘霆 楊保華 陳劍虹 邢宏霖 羅岳平 劉應(yīng)迪 單位：湖南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站