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摘要:本研究監(jiān)測了湖南省某市5個點位2個時段的大氣SO2、NO2、CO、PM2．5污染實況，同期檢測了自然暴露的濕地匍燈蘚的Chlo、MDA、Pro水平。監(jiān)測和檢測結(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)測指標;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—生理指標水平關(guān)系具有更高的相關(guān)性。本研究認為，濕地匍燈蘚Pro可應(yīng)用于PM2．5污染的短期追溯性監(jiān)測和現(xiàn)狀監(jiān)測。

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胞或少數(shù)幾層細胞構(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，對大氣環(huán)境較為敏銳，被認為是監(jiān)測大氣環(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、生理指標與污染程度的關(guān)系［4－12］，對污染敏感的苔蘚植物篩選［4］等方面取得了一系列調(diào)查成果和受控試驗數(shù)據(jù)，對濕地匍燈蘚在浸沒水培條件下對重金屬脅迫的響應(yīng)研究［20－26］也較為深入。本研究旨在通過在監(jiān)測湖南某市的大氣污染實況的同期檢測自然暴露的濕地匍燈蘚生理指標水平，并研究兩者的相關(guān)性，為推動濕地匍燈蘚實際應(yīng)用于大氣污染監(jiān)測提供參考。

1設(shè)計

1．1監(jiān)測點位在湖南某市設(shè)置5個監(jiān)測點位，見表1。

1．2監(jiān)測污染物按《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095－2012)等標準，在兩個時段內(nèi)對上述點位的大氣污染物二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、細顆粒物(PM2．5)實施監(jiān)測。

1．3檢測生理指標在上述監(jiān)測時段內(nèi)，在上述監(jiān)測點位各放置2盆濕地匍燈蘚活體培養(yǎng)盆自然暴露，在各監(jiān)測時段末，各取1盆濕地匍燈蘚，用乙醇法測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定濕地匍燈蘚的丙二醛(MDA，表征細胞膜損傷程度)，用磺基水楊酸法測定濕地匍燈蘚的脯氨酸(Pro，表征細胞質(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)測結(jié)果兩個時段大氣污染物監(jiān)測結(jié)果見表2。2．2濕地匍燈蘚生理指標檢測結(jié)果兩個監(jiān)測時段末濕地匍燈蘚生理指標檢測結(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個監(jiān)測點的SO2、CO的24h平均均值在兩個監(jiān)測時段內(nèi)均低于空氣質(zhì)量一級限值，4個監(jiān)測點的NO2的24h平均均值在兩個監(jiān)測時段內(nèi)高于空氣質(zhì)量二級限值，5個監(jiān)測點的PM2．5的24h平均均值在兩個監(jiān)測時段內(nèi)均高于空氣質(zhì)量二級限值，即在監(jiān)測時段內(nèi)，PM2．5處于超標水平，提示PM2．5是上述監(jiān)測時段內(nèi)影響空氣質(zhì)量的主要因子。

3．2濕地匍燈蘚對大氣污染物的生理響應(yīng)表3顯示，在兩個監(jiān)測時段末，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)性以各污染物各時段監(jiān)測結(jié)果和濕地匍燈蘚各生理指標各時段末檢測結(jié)果為數(shù)據(jù)組，計算大氣污染物濃度與濕地匍燈蘚生理指標水平的相關(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、細胞膜系統(tǒng)損傷、細胞質(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)的絕對值基本呈現(xiàn)Pro的＞MDA的＞Chlo的，提示濕地匍燈蘚對大氣污染物的生理響應(yīng)敏感性，是細胞質(zhì)內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累反應(yīng)＞細胞膜系統(tǒng)損傷反應(yīng)＞葉綠素合成抑制反應(yīng)。3．3．2特點從表4可見，SO2和NO2對Chlo、MDA、Pro的相關(guān)系數(shù)絕對值多在0．5以下，而CO和PM2．5對Chlo、MDA、Pro的相關(guān)系數(shù)絕對值多在0．6以上，提示濕地匍燈蘚對CO和PM2．5的生理響應(yīng)敏感性比對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，提示濕地匍燈蘚對顆粒污染物PM2．5的生理響應(yīng)比對氣體污染物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準確監(jiān)測大氣污染的因素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)因子的強度異常，也會引起Chlo、MDA、Pro的變化［13～19］。就本研究而言，在兩個監(jiān)測時段中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，需要進一步研究確認差異顯著性是源自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、附著葉片或進入氣孔、透過細胞膜吸收、誘發(fā)細胞膜反應(yīng)、誘發(fā)細胞質(zhì)反應(yīng)、誘發(fā)細胞器反應(yīng)等環(huán)節(jié)，在此過程中，植物相繼表現(xiàn)出生理指標響應(yīng)，而響應(yīng)的速度、強度、持續(xù)時間等與大氣污染物的性質(zhì)，濃度，接觸或進入持續(xù)的時間、劑量，吸收劑量，細胞膜、細胞質(zhì)、細胞器等的靶效應(yīng)特點密切相關(guān)。就本研究而言，因大氣污染物吸收入細胞的同時即誘發(fā)細胞膜反應(yīng)，入胞后即誘發(fā)細胞質(zhì)反應(yīng)，而對葉綠體內(nèi)葉綠素合成的影響會相對滯后，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，接觸時間長、進入持續(xù)、進入量穩(wěn)定，而其通常含有重金屬成分，較SO2、NO2、CO的作用更豐富，且一直處于超標水平，故濕地匍燈蘚對PM2．5的響應(yīng)水平高于對SO2、NO2、CO的響應(yīng)水平，且污染物濃度—濕地匍燈蘚生理指標水平關(guān)系具有更高的相關(guān)性。3．4．3植物樣品檢測時點與檢測方法植物對污染物的響應(yīng)具有各自的時間、強度規(guī)律，若要用植物生理指標監(jiān)測大氣污染，必須按生理指標響應(yīng)的時間規(guī)律，嚴格掌控檢測時間。就本研究而言，僅在大氣污染監(jiān)測時段末檢測一次的濕地匍燈蘚生理指標，其結(jié)果是濕地匍燈蘚對污染物持續(xù)作用效應(yīng)的積累、濕地匍燈蘚對污染物凈化、濕地匍燈蘚自我修復(fù)等活動結(jié)果的綜合表現(xiàn)，故發(fā)生了第二時段末與第一時段末對比，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)測時段末檢測濕地匍燈蘚生理指標，其主要意義在于提示檢測前的大氣污染歷史，并不能全面準確反映大氣污染物的實時動態(tài)。此外，植物對污染物的響應(yīng)決定于植物生理活動水平、接觸吸收污染物的量，若要用植物生理指標監(jiān)測大氣污染，必須采集生理活動旺盛、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采集樣品檢測生理指標，不能保證檢測結(jié)果是植物生理活動水平齊同狀態(tài)下的污染物導(dǎo)致的生理效應(yīng)變化的真實反映。

4結(jié)論

濕地匍燈蘚的Chlo、MDA、Pro對大氣中的SO2、NO2、CO、PM2．5均具有一定的指示價值;綜合考察污染物和生理指標特點，Pro更有可能成為PM2．5污染的監(jiān)測指標;在常規(guī)大氣監(jiān)測缺失的時空，這對PM2．5污染的短期追溯性監(jiān)測和現(xiàn)狀監(jiān)測具有重要意義。濕地匍燈蘚Pro實際應(yīng)用于PM2．5污染的監(jiān)測，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)測中心站