濱州學院校園葫蘆蘚重金屬含量的季節性變化

劉俊華

(濱州學院 生物與環境工程學院，山東 濱州 256603)

1 引言

苔蘚植物作為由水生向陸生過渡的植物類群，其結構簡單卻能夠適應多種多樣的環境條件，因而廣布于世界各地[1]。同時，苔蘚植物對大氣污染變化十分敏感，常作為環境污染等方面的生物監測材料[2～6]。前期研究表明，濱州市城區范圍內葫蘆蘚、立碗蘚(Physcomitriumsphaericum)在Cu、Pb、Zn等重金屬富集與積累方面有一定差異，并且重金屬含量水平受生境條件影響較大[6～10]，但仍缺乏從苔蘚植物生長發育方面(即時間維度)對其配子體重金屬含量變化進行分析的直接資料。

本研究通過對不同季節地表葫蘆蘚(Funariahygrometrica)配子體幾種重金屬含量的測定分析，以期初步闡明濱州市城區范圍內近地表空氣重金屬污染的時間變化特征。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

葫蘆蘚(Funariahygrometrica)配子體于2018～2019年采自濱州學院校園(位于濱州市濱城區近中心位置)。

2.2 實驗方法

2.2.1 樣品處理

按照植物生態學采樣布點與調查方法進行葫蘆蘚配子體樣品調查采集，采集地遠離交通干道。采集后將樣品用牛皮紙袋分裝帶回實驗室，去除雜物后用清水洗凈，再以蒸餾水沖洗3次，放入烘箱70 ℃烘干至恒重，取出后將樣品研磨呈粉末狀，4 ℃冷藏，備用。

2.2.2 重金屬含量測定

稱取0.4 g左右苔蘚樣品加入到消化管中，然后加入8 mL硝酸和2 mL高氯酸，蓋好蓋插入消解孔中，對苔蘚進行消解，直至樣品液體呈透明，取出樣品定容至50 mL儲存備用。利用微波加熱消解，通過ICP-AES測定方法，分析測定苔蘚植物化學元素組成及其含量，同時做空白對照分析。

2.2.3 數據統計

本研究各采集組均為3個重復；所有數據在Windows 7系統下，采用Excel 2003進行整理匯總；運用SPSS 19.0統計軟件包進行數據處理，應用單因素方差分析(One-Way ANOVA)和Pearson相關分析對不同時間、不同地段葫蘆蘚體內相關重金屬元素含量進行檢驗分析；本文中設定顯著性水平為P=0.05。

3 結果與分析

3.1 不同采集時間葫蘆蘚配子體各重金屬元素含量變化

葫蘆蘚在該區域廣為分布，且常年均可生長。從圖1可以看出，濱州學院校園采集的葫蘆蘚配子體，其體內重金屬Cu、Pb、Zn等元素含量在不同季節間存在較大差異，春季(3月份)各重金屬元素含量均較低，隨著時間推移，其配子體內重金屬含量逐漸增加，直至冬季(12月份)達到最高，但7月、9月及12月份3個時間采集樣品的Zn含量與3月份采集樣品間差異顯著(P<0.05)，Cu、Pb含量在各時間段間的差異均未達到顯著水平(P>0.05)。

3.2 不同采集時間葫蘆蘚配子體3種重金屬元素總含量變化

如圖2所示，從3～12月間， Cu、Pb、Zn等3種重金屬元素在葫蘆蘚配子體內累積量不斷增加，總體呈現出單調遞增的變化規律，但季節間的增加速率有所不同，其中從5～7月份為重金屬含量增加最為明顯的時間段。從整個采集時間范圍來看，3種重金屬總含量方面只有冬季(12月份)采集組顯著高于春季采集組(3月份)，其余各組間差異不顯著(P>0.05)。

圖中“*”表示與3月份采集組間差異顯著(P<0.05)；Cd在各樣品中均未檢出

圖中小寫字母不同代表組間差異顯著(P<0.05)

3.3 葫蘆蘚體內Cu-Pb-Zn含量相關性分析

本研究中采集葫蘆蘚配子體內Cu、Pb、Zn等3種重金屬元素含量間具有較為密切的關聯性，經Pearson相關性分析，結果表明Cu-Pb、Pb-Zn、Cu-Zn在含量水平方面均表現出呈較為顯著的正相關關系(P<0.05)，但不同元素間顯著性水平有所差異，總體表現為Cu-Pb>Pb-Zn>Cu-Zn(表1)，其中Cu-Pb含量間達到極顯著水平(P<0.01)。

表1 葫蘆蘚配子體重金屬Cu-Pb-Zn含量相關性分析 μg/g

4 結論與討論

苔蘚植物對陸生環境具有廣泛的適應能力，多數種類可在多種復雜環境中分布和生長[1]，加上其所具有的特殊生理構造和發育過程，決定了苔蘚植物對環境重金屬脅迫方面也具有強的適應性[7]。本研究在不同時間所采集的葫蘆蘚，均來源于濱州學院校園內，且遠離主干道，因此在生長環境方面具有較強的一致性，因而在生境條件相對一致的前提下，就其時間維度方面對重金屬含量水平展開比較分析是合理可行的。本研究中，葫蘆蘚配子體中重金屬Cu、Pb、Zn及3種元素的總含量均呈現隨時間推移(由當年2～12月份，跨越春夏秋冬等4個季節)逐漸升高的規律，但相對增長量在不同季節間存在差異，如夏季(5～7月份)增長水平高于其他時間段。

本研究所指苔蘚植物體內重金屬含量水平以質量分數(μg/g)表征，考慮到在葫蘆蘚生長過程中自身生物量是一個逐步增加的過程，因此其配子體中相關重金屬元素含量絕對水平為線性增加的過程，而隨著體內重金屬含量的增加，反過來又有可能對苔蘚植物生長發育產生脅迫效應。此外，本研究所用苔蘚物種為形體較為矮小的葫蘆蘚，因此由其配子體重金屬含量及時間變化特征所反映出的僅表明在近地表范圍內重金屬Cu、Pb、Zn等的污染狀況，在更大垂直空間區域內的空氣重金屬污染狀況，還需要結合其他如草本、灌木或喬木等較高大植物的葉片相關重金屬含量及累積特征加以進一步研究來確定。