随着工业活动和城市化的快速推进,空气重金属(如Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn)污染也越来越严重,植物监测为环境污染分析提供了一条便捷而有效的途径,苔藓、植物叶片和树皮已经被用于众多的空气重金属污染研究中。本研究对木本植物叶片监测技术、树皮监测技术、藓袋监测技术、活藓监测技术做了系统的比较和分析,筛选出最佳监测技术,并且将这些技术应用于南京市重金属污染监测,研究和评价南京市环境重金属污染现状和历史变化。主要研究结果如下:(1)对采自清洁区和污染区的多种不同木本植物叶内和树皮内的几种重金属含量进行了测定和比较。分析结果表明:不同树种叶片和树皮对同一种重金属的富集能力不同,而同种植物叶片和树皮对不同种类重金属的富集能力也不相同。杨树、雪松叶子累积重金属综合能力较强,马褂木和香樟树皮吸滞重金属综合能力较强。基于重金属平均累积量对不同树种树皮的微形态结构进行了比较和分析。结果研究表明,粗糙树皮比平滑树皮吸附能力强;树皮的重金属吸附能力也与表皮的微形态结构密切相关。对采自南京市紫金上山不同生境的10科11属19种苔藓植物体内的6种重金属元素含量进行了测定和比较。分析结果表明:不同种类、不同生境的苔藓植物对同一种重金属的富集能力不同,而同种苔藓植物对不同种类重金属的富集能力也不相同,其中中华缩叶藓对6种金属吸附量最高,根据监测材料的广布性原则,在实际调查的基础上,选择南京市分布最广的藓种细叶小羽藓和狭叶小羽藓作为南京市的环境重金属污染监测指示物种。(2)对悬挂于清洁区和污染区5种藓袋材料的重金属含量进行了分析和比较,筛选出累积能力较强的暖地泥炭藓和大灰藓进行南京市空气重金属污染吸附动力学研究。结果表明,藓袋的吸附量随着时间的延长而逐渐升高,各元素在1~6周都呈现持续上升趋势,在南京城市空气环境条件下,筛选出6周这个时间阈限模式作为藓袋的有效监测期。对采集自清洁区和污染区悬铃木的几种器官重金属含量随时间的变化模式进行了研究。结果表明,污染区悬铃木各部位对4种元素的累积量均高于对照区,且呈现不同的时间变化规律,以树皮和叶片累积效应较为明显。(3)对采自清洁区和污染区悬铃木,在器官水平,叶、一、二年生枝条的组织水平,以及叶亚细胞水平上,比较和分析了重金属含量。结果表明,在器官水平上,树皮和叶片重金属累积能力较强;在组织水平上,叶片各组织累积能力也不同,累积能力大小为下表皮>上表皮、海绵组织>栅栏组织;在亚细胞水平上,悬铃木叶胞质组分的污染指数最大,胞质组分对Cr、Cu、Ni、Pb、Zn五种金属有明显的区隔化作用。(4)对南京市10个样点采集的悬铃木叶片和树皮、小羽藓以及悬挂于各点的暖地泥炭藓植物体内与相应的土壤中重金属元素含量及大气PM10浓度进行了测定和相关性分析。结果表明,植物体内富集的重金属与土壤中重金属含量存在一定相关性,而监测材料重金属含量与土壤重金属含量的相关性小于与PM10的相关性,与大气中PM10含量相关性很强;其中,以活藓和藓袋植物体内的重金属元素含量与大气中PM10含量相关性最强。因此,可以通过测定活藓和藓袋植物体内的重金属元素含量反映大气PM10浓度。为了筛选出交通污染监测树种,本文选择南京市有代表性的绿化树种作为研究对象,利用化学分析方法和生理指标测定法,在交通要道和城郊稀疏交通区的不同环境下,对14个树种叶片中的重金属(Pb、Cd、Cu)含量和生理指标(可溶性蛋白、游离脯氨酸和丙二醛)变化进行了分析,结果表明:交通要道重金属含量显著高于城郊稀疏交通区,表明交通污染的影响显著;在可溶性蛋白、游离脯氨酸和丙二醛含量方面,交通要道总体高于城郊稀疏交通区,这可能是对交通污染的响应。根据生理指标和重金属变化幅度,紫叶李、雪松和杨树适合交通污染监测,并根据树种重金属累积量的相对差异百分比对其进行功能型的划分。(5)对2009年采集于南京市不同地区的47个样点小羽藓属植物体内6种重金属元素含量进行了测定。采用类平均聚类分析结果将南京市各个样点按照重金属污染的程度分为3个样点组,与环境污染程度有一定关系。采用内插法所作重金属分布等值线图结果显示“中心高,郊区低”的趋势,有化工厂分布及交通流量大的区域污染较重。(6)对2009年采集于紫金山上不同海拔高度的小羽藓体内6种重金属含量进行了测定比较。结果表明,小羽藓体内重金属含量随不同海拔高度而变化,且与海拔高度呈正相关性;在紫金山小于500米海拔条件下,Cd和Cu在中海拔含量最高,这可能与不同海拔处藓体内金属离子交换点数量多少与总生物量变化的比例有关;而Cr、Ni、Pb和Zn随着海拔的升高而升高,这可能主要与高空细颗粒物含量较高、夏季扩散条件有关。(7)基于悬铃木与海桐历史样品6种重金属含量测定的基础上对南京市重金属污染的历史变化进行了研究。结果表明,南京市各样点两种植物体内的6种重金属元素的含量在1920’s至2009年间呈逐步显著的增加趋势。对悬铃木各年代重金属含量采用内插法所作不同年代重金属等值线分布图,并用双因素方差分析、线性回归分析方法对南京中山植物园、南京大学以及相同年代平均值的两树种叶片体内重金属含量在不同历史时期的变化进行了比较分析。结果显示,两样点悬铃木体内的6种重金属元素的含量在1920’s至2009年间均逐步显著的增加,两树种相同年代叶片重金属平均含量回归分析显示,各元素上升速率高低顺序为Pb>Zn>Cu>Ni>Cr>Cd,Pb的上升速率最高,应加强Pb的治理。