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苔藓植物是对环境最为敏感的指示植物之一,本研究通过对浙西南矿山龙泉铅锌矿、遂昌金矿和青田钼矿等不同类型矿区的苔藓植物进行生态调查、富集作用分析,筛选出对环境污染敏感的苔藓种类以适用于矿区重金属污染的指示和恢复作用;运用藓袋法对浙西南矿区及城市的大气重金属污染情况进行监测及综合评价;研究不同浓度重金属铅溶液胁迫下生长,大灰藓的叶绿素、脯氨酸、丙二醛、可溶性糖含量等各项生理指标的变化,从中筛选对重金属污染敏感的生理指标。主要研究结果如下:
1.通过生态调查方法,得出了浙西南矿区的苔藓植物多样性及其生态分布格局,浙西南矿区的苔藓植物共有134种,分属于33科,73属。其中苔类植物9科、14属、18种;藓类植物33科、59属、116种。主要的科为丛藓科(Pottiaceae)、真藓科(Bryaceae)、羽藓科(Thuidiaceae)、灰藓科(Hypnaceae),含种数分别为18、18、10和9种;主要的属为真藓属(Bryum)、扭口藓属(Barbula)、白发藓属(Leucobryum)、曲柄藓属(Campylopus)、小石藓属(Weisia),分别含10、6、5、4、4种。应用王刚的生态位重叠公式和Levins修正的生态位宽度公式计测了28个样点52种主要苔藓植物的生态位重叠值和宽度,其中生态位宽度最宽的为细叶真藓、阔叶小石藓和青藓。表明细叶真藓、阔叶小石藓等较为适应矿区等恶劣的生存环境。应用主坐标排序法对它们进行分类,浙西南矿区的苔藓植物可被分为三个生态类群。苔藓植物种数(N)与生态位宽度(B)符合:N=31.915E-1.194B(R=0.939),大部分的苔藓植物生态位宽度很窄。
2.通过对各矿区的苔藓植物富集作用的研究发现,各矿区的苔藓富集作用较强的种类为真藓BryumargenteumHedw.、纤枝短月藓BrachymeniumexileBosch.et.Lac、刺叶真藓BryumloncholaulonC.Muell、银藓Anomobryumfiliforme(Dicks.)Solms、阔叶小石藓Weisiaplanifolia.Dix、多形小曲尾藓Dicranellaheteromalla(Hedw.)Schimp.、长叶曲柄藓Campyopusatrovirens.DeNot.、台湾曲柄藓CampylopustaiwanesisSak.、长蒴藓TrematodonLongicollisMichx.等。这些苔藓植物种类在生理上适应污染环境,并能在恶劣环境中较好地生存,对环境污染有一定程度的指示及修复作用。
同一种苔藓对不同的重金属有较强的富集作用,其中长蒴藓、异芽丝瓜藓、葫芦藓、牛毛藓和灰藓这五个物种是浙西南矿区上对重金属富集作用最强最广的物种,对Zn、Cu、Cd、Mn、Ni、Fe等均表现出富集作用;而不同的苔藓植物对某一种重金属元素也表现出特殊的富集作用。真藓、牛毛藓表现出对Cu的强烈富集作用;台湾曲柄藓、卷叶湿地藓、牛毛藓、青藓、小羽藓、羽藓和灰藓表现出对Cd的强烈富集作用;异芽丝瓜藓、金发藓、黄牛毛藓表现出对Mn的强烈富集作用;细叶真藓、葫芦藓、长蒴藓、异芽丝瓜藓、台湾曲柄藓和拟丝瓜藓表现出对Ni的强烈富集作用。
研究发现浙西南各矿区中,苔藓与土壤中的Zn、Mn有极显著相关性,苔藓与土壤中的Fe有显著相关性,而Pb、Cu、Cd、Ni元素含量与土壤中相关性不显著。说明这些重金属元素不一定就通过土壤这一条途径被吸收进入苔藓。在铅锌矿的苔藓植物吸收的重金属元素Pb和Zn,Pb和Cu,Cu和Cd存在着显著相关性,青田钼矿区苔藓植物吸收的重金属元素Cd和Zn存在显著性相关,表明这些元素可能在吸收过程中存在着协同作用。
3.运用藓袋法对浙西南矿区七个代表性污染区域进行监测。分析结果显示:龙泉铅锌矿是大气中Pb、Zn、Cu等重金属污染最为严重的区域,而南明山,丽水学院则是没有污染,中都百货,水阁工业区、青田钼矿、遂昌金矿则属于中度污染区域。遂昌金矿和青田钼矿的大气污染水平和城市繁华区的污染水平持平说明遂昌金矿实施生态恢复及矿区旅游业的转型发展,使得矿区环境大有改善,趋于和城市相同水平,而城市中因为人口聚集,交通车辆尾气排放等因素,使得空气质量下降。丽水市大气重金属污染状况与国内其它城市相比,藓袋法测得Pb污染浓度较高,究其原因可能当地有较多的铅锌矿开采冶炼活动而导致污染严重,说明矿山的开采对大气中重金属的污染有着相当大的影响。藓袋作为一种生物材料,还能对不同时间及空间的大气污染的变化趋势起到很好的指示作用。藓袋法是相对最为经济、方便和有效的大气重金属监测方法。
4.为了更好地了解藓类植物对重金属的胁迫反应,在不同Pb浓度溶液胁迫后测定大灰藓总叶绿素含量、丙二醛、脯氨酸和可溶性糖生理指标,并对4种生理指标与铅浓度之间进行拟合.研究结果显示:在低浓度Pb(0.01mmol·L-1)胁迫下,总叶绿素含量升高。当Pb浓度≥1mmol·L-1时,总叶绿素含量下降。而丙二醛、脯氨酸及可溶性糖含量则在低Pb浓度(≤0.1mmol·L-1)下,增加不明显,在较高Pb浓度(≥1mmol·L-1)下均有明显的升高,表现出对铅胁迫的适应性反应。4种生理指标与铅胁迫浓度之间表现出较好的剂量-效应关系。建议可以把这四种生理指标作为监测环境中重金属污染的生理指示指标。