劉偉才

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生態(tài)宜居學(xué)院，湖南 衡陽 421005)

衡陽市大羽蘚植物及其基質(zhì)重金屬元素含量分析

劉偉才

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生態(tài)宜居學(xué)院，湖南 衡陽 421005)

通過分析衡陽市7個(gè)樣點(diǎn)的大羽蘚植物體及相應(yīng)土壤樣品中的Pb、Zn、Cu、Cd、Hg、As等6種重金屬元素含量，大羽蘚植物體內(nèi)6種重金屬元素平均含量分別為：40.86 mg/kg、339.27 mg/kg、19.54 mg/kg、0.32 mg/kg、0.27 mg/kg、4.77 mg/kg，基質(zhì)中重金屬元素平均含量分別為：48.32 mg/kg、160.40 mg/kg、22.35 mg/kg、0.21 mg/kg、0.38 mg/kg、11.62 mg/kg，均未超過國家標(biāo)準(zhǔn)2級(jí)標(biāo)準(zhǔn).富集系數(shù)分析表明，大羽蘚對(duì)Zn和Cd具有富集能力，富集系數(shù)分別為：2.12和1.52.植物體和土壤基質(zhì)中重金屬含量的相關(guān)性分析表明，除Pb外其它5種重金屬都達(dá)到顯著性差異水平(P<0.05).圖1，表3，參11.

苔蘚；重金屬污染；生物指示；相關(guān)性分析

重金屬以各種化學(xué)形態(tài)存在于空氣、水和土壤中，過量的重金屬將導(dǎo)致土壤的退化、農(nóng)作物減產(chǎn)和品質(zhì)的降低，并通過直接接觸、食物鏈等途徑危害人類的生命和健康.苔蘚植物因其生理和代謝特征獨(dú)特，是一類重要的重金屬污染監(jiān)測(cè)指示植物[1].研究表明，環(huán)境重金屬元素濃度及沉積率與苔蘚植物體內(nèi)元素濃度存在良好相關(guān)性[2]，常被用于環(huán)境重金屬污染監(jiān)測(cè)[3].實(shí)驗(yàn)以當(dāng)?shù)爻Ｒ姷挠鹛\科(Thuidiaceae)大羽蘚(Thuidiumcymbifolium)為材料,選擇衡陽市區(qū)及郊區(qū)的7個(gè)樣點(diǎn),對(duì)大羽蘚及其基質(zhì)中的6種重金屬含量進(jìn)行了測(cè)定,對(duì)數(shù)據(jù)相關(guān)性進(jìn)行了分析,有助于了解衡陽市環(huán)境重金屬的污染情況,為苔蘚植物開展生物監(jiān)測(cè)提供基礎(chǔ)資料.

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)

衡陽市位于湖南省中南部，重工業(yè)發(fā)達(dá).地處東經(jīng)110°32′16″～113°16′32″，北緯26°07′05″～27°28′24″.總面積15 310 km2,城區(qū)面積120 km2，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，降水充足.年平均氣溫18℃左右，年均降水量約1 352 mm.

1.2 材料

選用當(dāng)?shù)爻Ｒ姷挠鹛\科大羽蘚為研究對(duì)象，大羽蘚多著生草叢下、林下和陰濕巖面.植物體交織成片，莖匍匐，一般規(guī)則二至三回羽狀分枝.鱗毛多數(shù)，披針形至線形，分叉[4].對(duì)重金屬富集作用明顯[5].

1.3 調(diào)查方法

選擇衡陽市7處樣點(diǎn)，分別位于城區(qū)東、西、南、北及中部5個(gè)方位，各樣點(diǎn)的詳細(xì)情況見表1，于2017年4月采集植物樣品，同時(shí)，在各樣點(diǎn)按標(biāo)準(zhǔn)采樣法收集土壤樣品進(jìn)行分析比較[6].

表1 調(diào)查樣點(diǎn)基本情況表Tab.1 The basic table of research samples

1.4 樣品分析

1.4.1 樣品預(yù)處理

用去離子水沖洗苔蘚植物樣品，洗去雜質(zhì)，用分析濾紙吸干水,置于 101A 型干燥箱內(nèi)烘干48 h至恒重，溫度保持在50 ℃.烘干后樣品用陶瓷研缽研碎,過80目篩，存放于封口袋中備用.基質(zhì)樣品除去雜質(zhì)后,置于50 ℃恒溫烘箱中干燥至恒重,研磨,用土壤篩(<1 mm)過篩后,密封于干燥器中.

1.4.2 Pb、Zn、Cu、Cd的樣品處置

用AL204 型電子天平準(zhǔn)確稱取苔蘚植物樣品和對(duì)應(yīng)基質(zhì)各約0.5 g，取3個(gè)重復(fù)樣，置于50 mL的三角瓶中.在三角瓶中加入約5 mL的HNO3-HClO4混酸，浸泡過夜，后置于可調(diào)電熱板上硝化至白色粉末狀，冷卻后，轉(zhuǎn)移到25 mL 的容量瓶中，用0.5%的HNO3定容待測(cè).

1.4.3 Hg和As的樣品處置

稱取苔蘚植株0.5 g，置于聚四乙烯消解罐中，加入2 mLHNO3(優(yōu)級(jí)純)，放入沸水浴消解1 h，取出，加入2.5 mLHCl(優(yōu)級(jí)純)，置于消解罐內(nèi)于300℃恒溫箱內(nèi)消解3 h，取出冷卻，用去離子水轉(zhuǎn)移定容至25 mL容量瓶中，加入10%的硫脲5 mL，用去離子水定容待測(cè); 稱取0.5 g基質(zhì)樣品于50 mL比色管中，加入10 mL體積比為1∶1的王水—去離子水混合溶液，于沸水水浴中3 h，取出冷卻，加入10%硫脲5 mL，用去離子水定容待測(cè).

1.4.4 重金屬測(cè)定

苔蘚及基質(zhì)的Pb、Zn、Cu、Cd利用原子吸收光譜火焰法( AAS) 測(cè)定，主要儀器為瓦里安原子吸收光譜儀(AA240FS).樣品中Hg和As的含量，用AF-640原子熒光光譜儀進(jìn)行測(cè)定.

1.5 富集系數(shù)計(jì)算

富集系數(shù)(C)可以體現(xiàn)植物對(duì)土壤中元素富集吸收能力.其公式為:

當(dāng)C<0.1時(shí)強(qiáng)烈貧化，0.1 ≤C<0.5時(shí)弱貧化，0.5≤C≤1.5時(shí)二者屬于同一水平，1.5≤C≤3時(shí)相對(duì)富集，C≥3時(shí)強(qiáng)烈富集[7].

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)取平均值，相關(guān)性分析進(jìn)行雙尾顯著性檢驗(yàn)，P<0.05 為差異有顯著性意義.

2 結(jié)果分析

2.1 大羽蘚植物體重金屬含量

由表2可知，大羽蘚體內(nèi)重金屬Zn平均含量最高為339.27 mg/kg，其中以松木工業(yè)園大羽蘚體內(nèi)Zn含量最高，為492.21 mg/kg，虎形山公園最低，只有141.32 mg/kg.其次為Pb平均含量為40.86 mg/kg，最高為松木工業(yè)園62.34 mg/kg，同樣以虎形山公園最低20.51 mg/kg.Cu平均含量為25.11 mg/kg，最高為南湖公園35.48 mg/kg，雁峰公園最低10.37 mg/kg.As平均含量為4.77 mg/kg，最高為松木工業(yè)園7.29 mg/kg，虎形山公園最低2.98 mg/kg.Hg 、Cd含量較少,Hg平均含量為0.27 mg/kg，最高為虎形山公園0.38 mg/kg，苗圃公園最低0.13 mg/kg.Cd平均含量為0.32 mg/kg，最高為松木工業(yè)園0.49 mg/kg，平湖公園最低0.19 mg/kg.

表2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)重金屬含量比較(mg/kg)Tab.2 Comparison of heavy metal contents in monitoring sites(mg/kg)

2.2 生長基質(zhì)中重金屬含量

從表2可以看出，土壤中6種重金屬平均含量從高到低分別為Zn、Pb、Cu、As、Hg 、Cd，分別為160.40 mg/kg、48.32 mg/kg、22.35 mg/kg、11.62 mg/kg、0.38 mg/kg、0.21 mg/kg，對(duì)比國家標(biāo)準(zhǔn)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)》發(fā)現(xiàn)，Zn、Pb 、Hg、Cd在國家規(guī)定的2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)[8]，Cu、As在國家規(guī)定的1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，均未出現(xiàn)嚴(yán)重污染情況.

2.3 大羽蘚對(duì)重金屬的富集系數(shù)分析

圖1 大羽蘚對(duì)6種重金屬的富集系數(shù)Fig.1 The enrichment coefficient of 6 kinds of heavy metals in Thuidium cymbifolium

由圖1可以看出，大羽蘚對(duì)6種重金屬元素富集作用差異明顯，對(duì)Zn富集作用最強(qiáng)，其富集系數(shù)為2.12，為相對(duì)富集.對(duì)Cd也具有富集作用,富集系數(shù)為1.52，具有相對(duì)富集.對(duì)重金屬Pb、Cu、Hg 富集為同一水平，富集系數(shù)分別為0.85、0.87、0.71.對(duì)As富集能力最弱，富集系數(shù)為0.41，為弱貧化.

2.4 大羽蘚植物體和土壤基質(zhì)中重金屬含量的相關(guān)性

通過對(duì)7個(gè)樣點(diǎn)大羽蘚及相應(yīng)土壤Zn、Pb、Cu、As、Hg、Cd等6種重金屬含量進(jìn)行相關(guān)性分析，并進(jìn)行雙尾顯著性檢驗(yàn)，具體結(jié)果見表3.大羽蘚植物體內(nèi)與其相應(yīng)土壤中6種重金屬含量的相關(guān)性各有差異，Cd、Zn和As的相關(guān)系數(shù)R分別為0.916、0.976、0.937，具有極顯著性差異(P<0.01)，Cu和Hg的相關(guān)系數(shù)為0.832和0.838，也達(dá)到顯著性差異水平(P<0.05)，只有Pb相關(guān)性系數(shù)R為0.577,相關(guān)性不顯著(P>0.05).以上結(jié)果可以看出，大羽蘚植物體Zn、Cu、As、Hg、Cd受土壤基質(zhì)影響較顯著，而重金屬元素Pb受土壤基質(zhì)影響較小.

表3 大羽蘚植物體和土壤中6種重金屬在含量的相關(guān)性

**顯著性概率水平為0.01 (雙尾顯著性檢驗(yàn));*顯著性概率水平為0.05 (雙尾顯著性檢驗(yàn))

3 討 論

通過對(duì)衡陽市7個(gè)樣點(diǎn)內(nèi)大羽蘚植物及其基質(zhì)中Pb、Zn、Cu、Cd、Hg、As等6種元素含量進(jìn)行分析，得出植物體中元素的平均含量順序?yàn)?Zn>Pb>Cu>As>Cd>Hg.基質(zhì)中元素的平均含量順序?yàn)閆n>Pb>Cu>As>Hg>Cd，濃度都在國家標(biāo)準(zhǔn)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618—1995)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi).對(duì)大羽蘚植物體內(nèi)元素富集系數(shù)進(jìn)行分析，一般認(rèn)為超富集植物富集系數(shù)大于1[9]，其對(duì)Zn和Cd的富集系數(shù)均超過1，Zn的富集達(dá)到2.12，而且根據(jù)植物體和土壤基質(zhì)中重金屬含量的相關(guān)性分析，Zn和Cd相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著性差異水平(P<0.01)，說明可以通過植物體反映土壤中這兩種重金屬污染程度，可以考慮作為污染監(jiān)測(cè)指示植物.但也有研究認(rèn)為苔蘚植物因其特殊生理結(jié)構(gòu)[10]，體內(nèi)重金屬元素含量受基質(zhì)影響較小[11]，因此苔蘚植物對(duì)重金屬的吸附，代謝機(jī)制還需深入研究.

[1] 吳玉環(huán),黃國宏,高 謙,等.苔蘚植物對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)及適應(yīng)性研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2001.12(6):943-945.

Wu Yu-huan,Huang Guo-hong,GAO Qian,et al.Research advance in response and adaptation of bryophytes to environmental change[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2001.12(6):943-945.

[2] 黃文琥，張朝暉．貴州爛泥溝金礦5種苔蘚植物的生物地球化學(xué)研究及生物探礦潛力分析[J].黃金，2006，27(12)：12-15.

Huang Wen-hu,Zhang Zhao-hui,Biogeochemistry research and analysis of biology prospecting potential on five bryophytes in Lannigou gold deposit,Guizhou province[J],Gold,2006，27(12)：12-15.

[3] 安 麗,曹 同,俞膺浩.不同苔蘚植物對(duì)重金屬富集能力的比較[J].上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2006,35(6)：64-70.

An Li,Cao Tong,Yu Ying-hao,Comparison of adsorptive ability to the heavy metals in different species of bryophytes[J],Journal of Shanghai Normal University(Natural Sciences).2006,35(6)：64-70

[4] 吳鵬程.苔蘚植物生物學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1998:318-322.

Wu Peng-cheng.Bryophyte biology [M].Beijing:Science Press,1998:318-322.

[5] 安 麗,曹 同,俞膺浩.上海市小羽蘚屬植物重金屬含量及其與環(huán)境的關(guān)系[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào).2006,17(8):1 490-1 494

An Li,Cao Tong,Yu Ying-hao,Heavy metals contents in H aplocladium and their relationships w ith Shanghai City environment.[J].Chinese Journal Of Applied Ecology,2006,17(8):1 490-1 494

[6] 杭州大學(xué)化學(xué)與分析化學(xué)教研室.分析化學(xué)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997.

Department of chemistry and analytical chemistry,Hangzhou University.Handbook of analytical chemistry [M].Beijing:Chemical Industry Press,1997.

[7] 陳代演,鄒振西,任大銀.地質(zhì)植物法在黔西南濫木廠鉈(汞)礦床的初步應(yīng)用[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,29(5):32-38.

Chen Dai-yan,Zou Zhen-xi,Ren Da-yin,A preliminary application of the geobiotanical method to the Lanmuchang thallium (mercury) ore deposits in southwest Guizhou[J].Journal of Guizhou University of Technology(Natural Science Edition),2000,29(5):32-38.

[8] 國家環(huán)境保護(hù)局.GB15618-1995.土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

State Environmental Protection Administration,GB15618-1995.soil environmental quality standard [S].

[9] 詹孝慈,朱守立,武忠亮.苔蘚植物對(duì)重金屬耐受和富集作用的研究進(jìn)展[J].興義民族師范學(xué)院學(xué)報(bào).2014,17(6):121-124.

Zhan xiao-ci,Zhu Shou-li,Wu Zhong-liang.Research Progress of Heavy Metal Tolerance and Accumulation Mechanism of Bryophytes[J].Journal of Xingyi Normal University for Nationalities.2014,17(6):121-124.

[10] Rieley JO,Richards PW,Bebbington ADL.The ecological role of bryophytes in a northWales woodland.Ecol[J],1979.67:497-527.

[11] GerdolR,Bragazza L,Marchesini R,et al.Monitoring of heavy metal deposition in Northern Italy by moss analysis,Environ Pollut[J],2000,108:201-208.

Abstract：By analyzing the seven sample plants ofThuidiumcymbifoliumand the heavy metal contents of Pb,Zn,Cu,Cd,Hg and As in the corresponding soil samples in Hengyang City,it was found that the average contents of the heavy metal elements inThuidiumcymbifoliumwere respectively 40.86 mg/kg,339.27 mg/kg,19.54 mg/kg,0.32 mg/kg,0.27 mg/kg,4.77 mg/kg,and the average contents of heavy metal elements in the matrix were respectively 48.32 mg/kg,160.40 mg/kg,22.35 mg/kg,0.21 mg/kg,0.38 mg/kg,11.62 mg/kg,which did not exceed the national second-level standard.Enrichment coefficient analysis showed thatThuidiumcymbifoliumhad enrichment ability for Zn and Cd,and the enrichment coefficients were 2.12 and 1.52 respectively.The correlation analysis of heavy metals in plant and soil matrix showed that except for Pb,the other 5 kinds of heavy metals reached the significant difference (P<0.05).1fig.,2tabs.,12refs.

Keywords：bryophyte; heavy metal pollution; biological indication; correlation analysis

Biography：LIU Wei-cai，male，born in 1984，master，lecturer，research direction:environmental biological monitoring and pollution control.

AnalysisofthePlantofThuidiumcymbifoliumandItsMatrixContentofHeavyMetalElementsinHengyangCity

LIUWei-cai

(Ecological Livable Department，Hunan Polytechnic of Environment and Biology，Hengyang 421005，China)

Q914

A

2017-09-20

湖南省林業(yè)科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目資助(編號(hào)：XLK201629)

劉偉才(1984-)，男，湖南衡陽人，碩士，講師，研究方向：環(huán)境生物監(jiān)測(cè)及污染治理

10.3969/j.issn.2095-7300.2017.03-030