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濕地匍燈蘚監測大氣污染初步研究

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摘要:本研究監測了湖南省某市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。監測和檢測結果顯示,PM2.5是影響空氣質量的主要因子,Pro是比Chlo、MDA更靈敏的監測指標;相關系數分析顯示,PM2.5與濕地匍燈蘚之間的污染物濃度—生理指標水平關系具有更高的相關性。本研究認為,濕地匍燈蘚Pro可應用于PM2.5污染的短期追溯性監測和現狀監測。

關鍵詞:濕地匍燈蘚;脯氨酸(Pro);大氣污染;PM

苔蘚植物無維管束構造,也沒真正的根,與土壤等基質相關較小,其葉片一般由單層細胞或少數幾層細胞構成,體表無蠟質的角質層覆蓋,且表面積與其生物量比值高,對大氣環境較為敏銳,被認為是監測大氣環境狀況的最敏感植物類群[1]。迄今,國內外已在苔蘚植物分布與大氣質量狀況的關系[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查成果和受控試驗數據,對濕地匍燈蘚在浸沒水培條件下對重金屬脅迫的響應研究[20-26]也較為深入。本研究旨在通過在監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,并研究兩者的相關性,為推動濕地匍燈蘚實際應用于大氣污染監測提供參考。

1設計

1.1監測點位在湖南某市設置5個監測點位,見表1。

1.2監測污染物按《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)等標準,在兩個時段內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)實施監測。

1.3檢測生理指標在上述監測時段內,在上述監測點位各放置2盆濕地匍燈蘚活體培養盆自然暴露,在各監測時段末,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,表征細胞質內滲透調節物質水平)。

2結果

2.1大氣污染物監測結果兩個時段大氣污染物監測結果見表2。2.2濕地匍燈蘚生理指標檢測結果兩個監測時段末濕地匍燈蘚生理指標檢測結果見表3。

3分析與討論

3.1大氣污染物水平表2顯示,該城市5個監測點的SO2、CO的24h平均均值在兩個監測時段內均低于空氣質量一級限值,4個監測點的NO2的24h平均均值在兩個監測時段內高于空氣質量二級限值,5個監測點的PM2.5的24h平均均值在兩個監測時段內均高于空氣質量二級限值,即在監測時段內,PM2.5處于超標水平,提示PM2.5是上述監測時段內影響空氣質量的主要因子。

3.2濕地匍燈蘚對大氣污染物的生理響應表3顯示,在兩個監測時段末,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的相關性以各污染物各時段監測結果和濕地匍燈蘚各生理指標各時段末檢測結果為數據組,計算大氣污染物濃度與濕地匍燈蘚生理指標水平的相關系數,見表4。3.3.1一般規律從表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,與MDA、Pro均呈現正相關,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、細胞膜系統損傷、細胞質內滲透調節物質積累的效應;而相關系數的絕對值基本呈現Pro的>MDA的>Chlo的,提示濕地匍燈蘚對大氣污染物的生理響應敏感性,是細胞質內滲透調節物質積累反應>細胞膜系統損傷反應>葉綠素合成抑制反應。3.3.2特點從表4可見,SO2和NO2對Chlo、MDA、Pro的相關系數絕對值多在0.5以下,而CO和PM2.5對Chlo、MDA、Pro的相關系數絕對值多在0.6以上,提示濕地匍燈蘚對CO和PM2.5的生理響應敏感性比對SO2和NO2的生理響應敏感性高;而PM2.5與Chlo和PM2.5與Pro的相關系數出現了極顯著意義情況,提示濕地匍燈蘚對顆粒污染物PM2.5的生理響應比對氣體污染物SO2、NO2、CO的生理響應更確定。

3.4影響濕地匍燈蘚生理指標準確監測大氣污染的因素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污染物傳質過程與生理指標響應特性大氣污染物影響植物的傳質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、誘發細胞膜反應、誘發細胞質反應、誘發細胞器反應等環節,在此過程中,植物相繼表現出生理指標響應,而響應的速度、強度、持續時間等與大氣污染物的性質,濃度,接觸或進入持續的時間、劑量,吸收劑量,細胞膜、細胞質、細胞器等的靶效應特點密切相關。就本研究而言,因大氣污染物吸收入細胞的同時即誘發細胞膜反應,入胞后即誘發細胞質反應,而對葉綠體內葉綠素合成的影響會相對滯后,故濕地匍燈蘚的MDA、Pro響應水平高于Chlo的響應水平;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、進入量穩定,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的響應水平高于對SO2、NO2、CO的響應水平,且污染物濃度—濕地匍燈蘚生理指標水平關系具有更高的相關性。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具有各自的時間、強度規律,若要用植物生理指標監測大氣污染,必須按生理指標響應的時間規律,嚴格掌控檢測時間。就本研究而言,僅在大氣污染監測時段末檢測一次的濕地匍燈蘚生理指標,其結果是濕地匍燈蘚對污染物持續作用效應的積累、濕地匍燈蘚對污染物凈化、濕地匍燈蘚自我修復等活動結果的綜合表現,故發生了第二時段末與第一時段末對比,Chlo數值基本穩定、MDA數值下降、Pro數值增高的復雜局面,即在大氣監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。此外,植物對污染物的響應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,不能保證檢測結果是植物生理活動水平齊同狀態下的污染物導致的生理效應變化的真實反映。

4結論

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污染的監測指標;在常規大氣監測缺失的時空,這對PM2.5污染的短期追溯性監測和現狀監測具有重要意義。濕地匍燈蘚Pro實際應用于PM2.5污染的監測,有賴于更深入地定量研究非污染性逆境影響、PM2.5與Pro的劑量效應關系以及制定并執行更嚴格的關于濕地匍燈蘚自然暴露、采樣等的技術規范。 

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作者:黃鐘霆 楊保華 陳劍虹 邢宏霖 羅岳平 劉應迪 單位:湖南省環境監測中心站

青海環境雜志責任編輯:張雨    閱讀:人次
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