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湿地匍灯藓监测大气污染初步研究

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摘要:本研究监测了湖南省某市5个点位2个时段的大气SO2、NO2、CO、PM2.5污染实况,同期检测了自然暴露的湿地匍灯藓的Chlo、MDA、Pro水平。监测和检测结果显示,PM2.5是影响空气质量的主要因子,Pro是比Chlo、MDA更灵敏的监测指标;相关系数分析显示,PM2.5与湿地匍灯藓之间的污染物浓度—生理指标水平关系具有更高的相关性。本研究认为,湿地匍灯藓Pro可应用于PM2.5污染的短期追溯性监测和现状监测。

关键词:湿地匍灯藓;脯氨酸(Pro);大气污染;PM

苔藓植物无维管束构造,也没真正的根,与土壤等基质相关较小,其叶片一般由单层细胞或少数几层细胞构成,体表无蜡质的角质层覆盖,且表面积与其生物量比值高,对大气环境较为敏锐,被认为是监测大气环境状况的最敏感植物类群[1]。迄今,国内外已在苔藓植物分布与大气质量状况的关系[1,2,3,8],苔藓植物的生物量、污染物含量、受害症状、生理指标与污染程度的关系[4-12],对污染敏感的苔藓植物筛选[4]等方面取得了一系列调查成果和受控试验数据,对湿地匍灯藓在浸没水培条件下对重金属胁迫的响应研究[20-26]也较为深入。本研究旨在通过在监测湖南某市的大气污染实况的同期检测自然暴露的湿地匍灯藓生理指标水平,并研究两者的相关性,为推动湿地匍灯藓实际应用于大气污染监测提供参考。

1设计

1.1监测点位在湖南某市设置5个监测点位,见表1。

1.2监测污染物按《环境空气质量标准》(GB3095-2012)等标准,在两个时段内对上述点位的大气污染物二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、细颗粒物(PM2.5)实施监测。

1.3检测生理指标在上述监测时段内,在上述监测点位各放置2盆湿地匍灯藓活体培养盆自然暴露,在各监测时段末,各取1盆湿地匍灯藓,用乙醇法测定湿地匍灯藓的叶绿素(chlorophyll,表征叶绿素合成功能),用二硫代巴比妥酸显色法测定湿地匍灯藓的丙二醛(MDA,表征细胞膜损伤程度),用磺基水杨酸法测定湿地匍灯藓的脯氨酸(Pro,表征细胞质内渗透调节物质水平)。

2结果

2.1大气污染物监测结果两个时段大气污染物监测结果见表2。2.2湿地匍灯藓生理指标检测结果两个监测时段末湿地匍灯藓生理指标检测结果见表3。

3分析与讨论

3.1大气污染物水平表2显示,该城市5个监测点的SO2、CO的24h平均均值在两个监测时段内均低于空气质量一级限值,4个监测点的NO2的24h平均均值在两个监测时段内高于空气质量二级限值,5个监测点的PM2.5的24h平均均值在两个监测时段内均高于空气质量二级限值,即在监测时段内,PM2.5处于超标水平,提示PM2.5是上述监测时段内影响空气质量的主要因子。

3.2湿地匍灯藓对大气污染物的生理响应表3显示,在两个监测时段末,湿地匍灯藓的Chlo、MDA差异无显著性,Pro差异有显著性,提示就监测大气污染而言,Pro的灵敏性高于Chlo、MDA。

3.3大气污染物水平与湿地匍灯藓生理响应的相关性以各污染物各时段监测结果和湿地匍灯藓各生理指标各时段末检测结果为数据组,计算大气污染物浓度与湿地匍灯藓生理指标水平的相关系数,见表4。3.3.1一般规律从表4可见,研究期间,大气SO2、NO2、CO、PM2.5与湿地匍灯藓Chlo基本呈负相关,与MDA、Pro均呈现正相关,提示湿地匍灯藓在4种大气污染物作用下,均有叶绿素合成抑制、细胞膜系统损伤、细胞质内渗透调节物质积累的效应;而相关系数的绝对值基本呈现Pro的>MDA的>Chlo的,提示湿地匍灯藓对大气污染物的生理响应敏感性,是细胞质内渗透调节物质积累反应>细胞膜系统损伤反应>叶绿素合成抑制反应。3.3.2特点从表4可见,SO2和NO2对Chlo、MDA、Pro的相关系数绝对值多在0.5以下,而CO和PM2.5对Chlo、MDA、Pro的相关系数绝对值多在0.6以上,提示湿地匍灯藓对CO和PM2.5的生理响应敏感性比对SO2和NO2的生理响应敏感性高;而PM2.5与Chlo和PM2.5与Pro的相关系数出现了极显著意义情况,提示湿地匍灯藓对颗粒污染物PM2.5的生理响应比对气体污染物SO2、NO2、CO的生理响应更确定。

3.4影响湿地匍灯藓生理指标准确监测大气污染的因素3.4.1非污染性逆境除大气污染物外,光、温、水等非污染物的生态因子的强度异常,也会引起Chlo、MDA、Pro的变化[13~19]。就本研究而言,在两个监测时段中4种污染物水平差异均无显著性的情况下,Chlo、MDA水平差异无显著性,而Pro水平差异有显著性,需要进一步研究确认差异显著性是源自PM2.5的作用还是源自非污染性逆境影响。3.4.2污染物传质过程与生理指标响应特性大气污染物影响植物的传质过程大致包括随空气传输、附着叶片或进入气孔、透过细胞膜吸收、诱发细胞膜反应、诱发细胞质反应、诱发细胞器反应等环节,在此过程中,植物相继表现出生理指标响应,而响应的速度、强度、持续时间等与大气污染物的性质,浓度,接触或进入持续的时间、剂量,吸收剂量,细胞膜、细胞质、细胞器等的靶效应特点密切相关。就本研究而言,因大气污染物吸收入细胞的同时即诱发细胞膜反应,入胞后即诱发细胞质反应,而对叶绿体内叶绿素合成的影响会相对滞后,故湿地匍灯藓的MDA、Pro响应水平高于Chlo的响应水平;因PM2.5可吸附滞留于湿地匍灯藓表面,与SO2、NO2、CO相比,接触时间长、进入持续、进入量稳定,而其通常含有重金属成分,较SO2、NO2、CO的作用更丰富,且一直处于超标水平,故湿地匍灯藓对PM2.5的响应水平高于对SO2、NO2、CO的响应水平,且污染物浓度—湿地匍灯藓生理指标水平关系具有更高的相关性。3.4.3植物样品检测时点与检测方法植物对污染物的响应具有各自的时间、强度规律,若要用植物生理指标监测大气污染,必须按生理指标响应的时间规律,严格掌控检测时间。就本研究而言,仅在大气污染监测时段末检测一次的湿地匍灯藓生理指标,其结果是湿地匍灯藓对污染物持续作用效应的积累、湿地匍灯藓对污染物净化、湿地匍灯藓自我修复等活动结果的综合表现,故发生了第二时段末与第一时段末对比,Chlo数值基本稳定、MDA数值下降、Pro数值增高的复杂局面,即在大气监测时段末检测湿地匍灯藓生理指标,其主要意义在于提示检测前的大气污染历史,并不能全面准确反映大气污染物的实时动态。此外,植物对污染物的响应决定于植物生理活动水平、接触吸收污染物的量,若要用植物生理指标监测大气污染,必须采集生理活动旺盛、与污染物接触充分的植物器官组织。就本研究而言,仅在少量的盆栽湿地匍灯藓上随机采集样品检测生理指标,不能保证检测结果是植物生理活动水平齐同状态下的污染物导致的生理效应变化的真实反映。

4结论

湿地匍灯藓的Chlo、MDA、Pro对大气中的SO2、NO2、CO、PM2.5均具有一定的指示价值;综合考察污染物和生理指标特点,Pro更有可能成为PM2.5污染的监测指标;在常规大气监测缺失的时空,这对PM2.5污染的短期追溯性监测和现状监测具有重要意义。湿地匍灯藓Pro实际应用于PM2.5污染的监测,有赖于更深入地定量研究非污染性逆境影响、PM2.5与Pro的剂量效应关系以及制定并执行更严格的关于湿地匍灯藓自然暴露、采样等的技术规范。 

参考文献:

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作者:黄钟霆 杨保华 陈剑虹 邢宏霖 罗岳平 刘应迪 单位:湖南省环境监测中心站

青海环境杂志责任编辑:张雨    阅读:人次

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