不同海拔槽梅衣中礦物質(zhì)元素及有機(jī)酸含量的差異分析

圓 圓，王建華，敖恩寶力格

（1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，呼和浩特 010022；2.呼和浩特市農(nóng)牧局農(nóng)牧技術(shù)推廣中心，呼和浩特 010051）

槽梅衣（Parmelia sulcata）隸屬于梅衣科梅衣屬地衣。地衣是由綠藻、真菌和細(xì)菌組成的共生生物。菌類從藻類中獲取了光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)，而藻類依賴于菌類提供水、無機(jī)鹽和CO2，它們之間形成了一種特殊的互惠關(guān)系。地衣顏色深，呈暗褐色、褐色和灰綠色，外形像紫菜或泡軟的木耳［1］，占據(jù)了地球表面約7%的植被類型。此外，它們是多種基質(zhì)和棲息地初級生產(chǎn)者的重要組成部分，包括地球上一些最極端的條件。地衣是一種非維管植物，缺乏角質(zhì)層或?qū)ｉT的保護(hù)細(xì)胞，只有擬表皮，因此無法從土壤中吸收水分或營養(yǎng)，只能從雨水、霧氣、露水、空氣中吸收［2］，易使大氣中的污染物在其體內(nèi)富集。地衣對空氣污染靈敏，尤其是對SO2、重金屬和放射物等，是一類天然的大氣監(jiān)測指標(biāo)物［3］。地衣缺乏維管系統(tǒng)和根系，缺乏與土壤環(huán)境的相互作用，不受土壤中元素的影響。地衣中的元素含量反映了大氣中的營養(yǎng)物質(zhì)和污染物，因此，可以作為大氣污染的指示植物［4］。

由于地衣學(xué)、環(huán)境檢測學(xué)以及環(huán)境生態(tài)學(xué)的不斷發(fā)展，人們使用地衣進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測的方式也發(fā)生了改變，比如最早利用地衣物種數(shù)量、覆蓋度、生物多樣性指標(biāo)等參數(shù)評估環(huán)境質(zhì)量，后來逐漸發(fā)展為根據(jù)地衣體內(nèi)重金屬含量、葉綠素含量、有機(jī)酸含量的變化和酶活力的下降等重要指標(biāo)的評估方法［5］。國外有關(guān)利用地衣進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方面的研究工作開展的較早，在環(huán)境重金屬污染對地衣形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化指標(biāo)的影響方面已有不少研究，并形成了相對完整的學(xué)科體系［6，7］。國內(nèi)學(xué)者李天慶［8］使用地衣群落結(jié)構(gòu)以及移植法測定了某磷肥廠的氟污染物，此后，國內(nèi)開始大量使用地衣開展環(huán)境質(zhì)量檢測方面的研究，并取得了豐碩的成果。

本研究以采自大興安嶺黃崗梁和蒙古國額布根山的槽梅衣作為試驗(yàn)材料，通過對不同海拔高度槽梅衣中礦物質(zhì)元素及有機(jī)酸含量進(jìn)行測定，可為研究海拔高度與礦物質(zhì)元素及有機(jī)酸含量的關(guān)系提供參考與借鑒。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

以梅衣屬槽梅衣為供試材料，分別采集于大興安嶺黃崗梁海拔875 m（N43°22′44″，E117°22′18″）、1 258 m（N43°22′44″，E117°22′17″）、1 542 m（N43°22′43″，E117°22′17″）華北落葉松和蒙古國額布根山海拔739 m（N48°29′45″，E106°50′46″）、996 m（N48°29′44″，E106°50′37″）、1 188 m（N48°29′42″，E106°50′35″）、1 340 m（N48°29′42″，E106°50′26″）西伯利亞落葉松距地表至少1.0 m 的樹干表面。槽梅衣樣品先用去離子水噴灑表面至稍微濕軟，再用刀片刮取，密封保存。每個(gè)樣點(diǎn)采集槽梅衣個(gè)體20 個(gè)，干重約100 g。

1.2 主要儀器

TAB-986 型原子吸收光度計(jì)（北京通用儀器有限公司）；pL6001-S 型電子天平（德國梅特勒-托利多公司）；TE 系列精密天平（德國梅特勒-托利多公司）；WHG-103a 型流動注射氫化物發(fā)生器（北京漢氏生產(chǎn)研究所）；GFH-986 型石墨爐電源（北京通用儀器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 樣品預(yù)處理 從大興安嶺黃崗梁海拔875、1 258、1 542 m 華北落葉松上采集的槽梅衣樣品分別標(biāo)記為樣品A、B、C，蒙古國額布根山海拔739、996、1 188、1 340 m 西伯利亞落葉松上采集的槽梅衣樣品分別記為樣品1-4。將采集好的樣品晾干后放入60 ℃風(fēng)干箱中風(fēng)干至恒重。用破壁機(jī)破碎成200 目的細(xì)粉，稱取0.2 g 地衣粉末，放入坩堝中，加入10 mL HNO3和10 mL HClO4，浸泡過夜后加熱濃縮至2 mL 左右，用去離子水定容至20 mL，用于測定各種礦物質(zhì)元素含量。

1.3.2 礦物質(zhì)元素含量的測定 采用火焰原子吸收法測定地衣樣品中Zn、Fe、Mn、K、Ca、Mg、P、S、Al、Ti、Cu、Co、Ni、Na、Sr、Cr、Se、Li 和B 等礦物質(zhì)元素。采用在線流動注射氫化法測定重金屬元素Pb、As 和Hg 的含量，石墨爐法測定Cd 的含量。

1.3.3 有機(jī)酸含量的測定 有機(jī)酸含量的測定采用電位滴定的方法。精密稱取0.10 g 地衣粉末，加入5 mL 去離子水，浸提2 h 后過濾。濾液用10 mL 去離子水稀釋，預(yù)先使用自動電位滴定儀攪拌10 s，待溶液稀釋并完全混勻后用0.1 mol/L 的NaOH 溶液滴定。

2 結(jié)果與分析

2.1 海拔對槽梅衣中礦質(zhì)元素含量的影響

大興安嶺黃崗梁槽梅衣礦物質(zhì)含量測定結(jié)果見圖1。隨著海拔的升高，槽梅衣中Na、B、Cr、Co、Cu、P 和Al 等元素的含量增加，而Li、S、Ca、Zn、Fe、Sr、Se、As、Mn 和Pb 等元素的含量隨著海拔的升高而降低。蒙古國額布根山槽梅衣中礦物質(zhì)含量測定結(jié)果見圖2。隨著海拔的的升高，槽梅衣中Na、P、B、Ni、Co、Cu、Al、Cr 和Hg 等元素的含量增加，而Pb、Cd、As、Se、Li、Zn、Mn、Sr、Fe、S 和Ca 等元素的含量隨著海拔的升高而降低。

圖1 大興安嶺黃崗梁不同海拔高度采集的槽梅衣中礦物質(zhì)元素的含量

圖2 蒙古國額布根山不同海拔高度采集的槽梅衣中礦物質(zhì)元素的含量

2.2 海拔對槽梅衣中有機(jī)酸含量的影響

大興安嶺黃崗梁華北落葉松上槽梅衣和蒙古國額布根山西伯利亞落葉松上槽梅衣中有機(jī)酸含量的測定結(jié)果見圖3。隨著海拔高度的升高，槽梅衣中的有機(jī)酸含量均在降低。

圖3 不同海拔采集的槽梅衣中的有機(jī)酸含量

3 小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

地衣中微量元素的含量已被證明與這些元素的環(huán)境水平直接相關(guān)，表明地衣是理想的大氣沉降監(jiān)測生物，尤其是對重金屬的大氣沉降作用，可以作為大氣元素沉降評估的監(jiān)測生物［9］。研究發(fā)現(xiàn)，隨著海拔高度的升高，大興安嶺黃崗梁和蒙古國額布根山槽梅衣中Na、B、Cr、Co、Cu、P 和Al 等元素的含量增加，Pb、As、Se、Zn、Mn、Sr、Fe、Ca 和S 等元素的含量降低。槽梅衣中的S 元素含量降低，說明隨著海拔高度的升高，蒙古國額布根山與大興安嶺黃崗梁空氣中SO2污染程度降低，空氣環(huán)境質(zhì)量變好。蒙古國額布根山和大興安嶺黃崗梁槽梅衣有機(jī)酸含量隨著海拔高度的上升而逐漸下降。國內(nèi)外已有研究表明，地衣中化學(xué)元素含量隨時(shí)間和空間而變化。一般分布在污染源周邊，離城市較近地區(qū)的地衣體內(nèi)重金屬的含量較高，離城市越遠(yuǎn)地衣體內(nèi)的重金屬含量越少［10］。

3.2 討論

人類活動產(chǎn)生的污染物對人體健康和生態(tài)系統(tǒng)造成了不利影響。建立環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可以減少污染物的影響［11］。以物理和生化等技術(shù)手段為依據(jù)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)具有昂貴、耗時(shí)、技術(shù)要求較高、可監(jiān)控項(xiàng)目小、監(jiān)測樣點(diǎn)數(shù)量小且分配不均衡、無法維持長時(shí)間監(jiān)控等弊端，因此很難用來構(gòu)建和維護(hù)更大尺度空間和長時(shí)間的環(huán)境檢測系統(tǒng)［12］。相對來說，地衣生物監(jiān)測法更廉價(jià)有效、不受季節(jié)和地理環(huán)境影響、監(jiān)測范圍更廣闊，可以成為對常規(guī)物理化學(xué)監(jiān)測方式的補(bǔ)充或替代手段，反映大氣環(huán)境的長短期變化趨勢［13］。由于地衣可以很好地反應(yīng)環(huán)境的污染狀況，因此，本研究數(shù)據(jù)可以為環(huán)境污染的生物監(jiān)測提供理論基礎(chǔ)。