地衣与大气污染

第五章地衣与大气污染•监测大气污染是环境综合治理这一系统工程中的重要组成环节。•由于地衣是对外界的环境极为敏感，是监测大气的一类重要指示生物。•经济、灵敏•所测结果真实可靠地衣可作为环境监测的指示生物的原因(1)地衣生长所需的水分全部依赖于雨水或雾，大气中的污染物溶入雨水且被浓缩而作用于地衣体内；(2)地衣无根茎叶分化，是以整体吸收养分，所以它吸收污染物的量多，一旦被污染，富集量就特别多，受害就特别严重；(3)地衣缺乏像高等植物那样的真皮层和蜡质层，污染物易进入体内，致使体内有害物质高出周围许多倍，对污染特别敏感；(4)地衣的生长速度比高等植物缓慢，一旦受害恢复所需要的时间也长。☆所以，地衣对大气污染极其敏感，是一类很好的大气监测指示物。一、研究历史（一）早期研究大气污染对地衣影响的研究工作进展不大。•Nylander(1866)就发现巴黎区地衣的种类和数量在不断减少，并发表了文章；•Arnold（1891~1901）对德国慕尼黑地区及其周围的地衣进行了详细的报道。（二）地衣的区带分布现象•欧洲，Sernander(1912，1926)研究城区周围地衣并进行分带处理，据地衣分布及生长情况，把该地区分为三个区带：中央地衣荒漠区（Lichendesert）地衣挣扎生长区(strugglezone)地衣正常生长区(normalzone)•Haugsja（1930）依据三区方法，画出了奥斯陆的地衣分布图。•Vaarna(1934)研究了赫尔辛基的地衣分布后，创建了四区方法。（三）等级做图方法•Mrose（1941）地衣分布与二氧化硫之间关系•Jones(1952)把地区大气污染程度与地衣生长及分布情况相联系，分为几个等级，然后制作成图表•Barkman(1963)在调查地区选择了15种地衣进行鉴定和做图，并按照地衣丰度的大小依次排列。他根据等级作图的结果，将所调查的地区分为三类。•Hawksworth和Rose（1970）调查了一些常见地衣种的分布，把这些种耐污染的程度分为11个等级。•Gilbert(1970)，他调查的不是单个种而是地衣群落。其基物除了树干以外，还有岩石以及石头建筑物等。（四）干旱假说•Ryazak（1958，1968），yazak&krysiak（190）“干旱假说”（droughthypothesis）：地衣荒漠区的形成是由于有害的微气候环境，特别是湿度的降低，气温的升高，以及干湿交替频率的加快。•“干旱假说”理论还欠说服力，LeBlanc（1961）和Tallis（1964）分别调查了湿度大的城区，同样发现了地衣荒漠区；Skye(1958)，Fenton（1960）；Rao和LeBlanc（1966）以及Gilbert（1965）有关空气污染导致地衣消失的报道有充分的二氧化硫数据，令人信服。（五）其他研究•地衣移植，Brodo（1961，1967）移植地衣后，通过照像记录颜色变化来研究地衣损伤程度与离城区中心距离的关系。•“大气纯净指数”（缩写为IAP；以下统称为IAP值）的方法来表示该地区的大气污染程度。DeSloover和LeBlanc（1968），LeBlanc和DeSloover(1970)•Comeau和LeBlanc（1972)实验室进行了不同氟化物水平影响地衣生长的研究•Rao和LeBlanc(1966)才开始在实验室研究二氧化硫对地衣的影响•有关大气污染影响地衣生长机制的研究二、大气污染影响地衣生长的因素（一）二氧化硫•“毒气理论”：空气污染（主要为二氧化硫污染）是导致地衣荒漠区形成的主要因素。•Skye（1958）瑞典一家乡村炼油厂附近的地衣调查；二氧化硫圆柱桶实验。•LeBlanc，Rao和Corneau(1972)IAP值图，而这个图的区带与二氧化硫浓度的梯度区带非常相似。•Rao和LeBlanc（1966）将地衣菌丝体放在二氧化硫浓度为5×10-6的容器中，于不同的湿度下培养24小时，菌丝表面出现褐色斑点，藻细胞发生质壁分离现象。（二）氟化物•野外观察证明氟化物污染源附近的地衣非常贫乏。•通过地衣移植，表明：距离工厂越近，氟含量越高，地衣体损伤越严重。•Comeau和LeBlanc（1972）的实验结果表明了氟对地衣的伤害作用。（三）其他因素1．重金属元素有些重金属，特别是铜、钙、铁、铅、镁、镍和锌，它们在地衣体内的含量高出周围环境许多倍。2．放射性物质放射性元素，如铯-137、锶-90，这些物质主要来自核电站和实验原子反应堆。此外，电离辐射、人工肥料以及杀虫剂也会对地衣生长产生影响。至于臭氧、氧化氮、硫化氢、氨和硝酸何是否对地衣生长产生影响，到目前为止，还没有积累足够的资料和数据。三、大气污染与地衣生理1.二氧化硫与地衣生理关系•空气中的SO2除了直接进入地衣体，还通过形成酸雨降低环境pH值的方式间接影响地衣生长。•SO2等有害成分在地衣体内积累后，就会导致细胞膜的渗透性改变，叶绿素转变为脱镁叶绿素或是其基本结构遭到破坏。•当SO2浓度低时，它竞争性地抑制了磷酸核酮糖碳化酶，二氧化碳吸收受阻；SO2浓度高时，细胞膜和叶绿素受到不可逆损伤，使得物质交换和光合作用受到影响。•许多实验证明：光合作用是受大气污染影响最敏感的过程。二氧化硫与地衣生理关系研究概况：•Smith（1960）最早提出大气污染损伤地衣的可能性机制•Skye(1958)分析了受到大气污染损伤的地衣槽梅衣的叶绿素，与正常生长的地衣相比，其叶绿素含量减少。•Rao和LeBlanc（1966）证明了在SO2作用下地衣的叶绿素转变为脱镁叶绿素。•Hill(1971)就有关SO2损伤地衣的机理进行了更为深入的研究。后来，Puckett(1973)等人也进行了类似的实验。结论：低的pH值有利于二氧化硫水溶液氧化叶绿素，使其结构遭到破坏，光合作用就会减弱。2.空气污染导致地衣体一些结构物质的合成以及次生代谢产物受到影响。3.空气污染对产生抗生素的影响。如，SO2影响地衣抗生素的产生。四、大气污染影响地衣分布的研究方法（一）种的分布•就某个污染地区内单个种的分布进行做图被。•大部分工作者主要是调查或是仅调查树生地衣。缺点：没有从地衣体的角度去考虑，如频度、盖度等。•这种方法重要性：只有通过单个种的调查，才能了解它对大气污染的敏感性，从而找到耐污染的种和那些最适合作为指示生物的地衣种。（二）种的数目•在相同的某些点（如相同环境下的同种同龄树）出现的地衣种类的数目也可以反映出大气污染的程度。•Jones（1952）将Haugsja（1930）的有关奥斯陆地衣分布的资料制作成图表，结果表明，越接近城内，地衣种类数目越少。•Gilbert（1965）调查了从纽卡斯尔到一家工厂约16km长的距离，发现所有基物上的地衣种类从56种减少到5种。（三）盖度和频度•单个种的盖度变化却相当重要，可以与其它数据一起跟空气污染相联系制作曲线图或划分为等级。•Fenton（1960）盖度曲线图也可以用于某一生长类型的地衣。•Brodo（1967）在调查纽约长岛的地衣分布时，调查一些点，每个点选择50棵相同的树，观察某种地衣在这些树上出现的百分比——频度，再以该种地衣在各点频度为纵坐标，各点到市中心的距离为横坐标，作出一条曲线。这种依据频度做图的方法也可以反映该地区的污染程度。（四）分区做图•三区或四区系统。•但Barkman（1958），基于一些常见地衣的群落，将它们划分为4个等级，再根据这些等级作出地衣分布区带图来估价大气污染程度。•利用那些能在不同污染程度下出现而又容易辨认的地衣作指示种。Hawksworth和Rose(1970）的0~10分级系统就是利用这些地衣种，同时还考虑它们所附生的树龄、树干上的高度以及周围的环境差异。他们利用这种方法作出了英格兰和威尔士的地衣分布图，从这个图也可以估计出大气中二氧化硫的浓度。（五）IAP做图•大气纯净指数IAP，是由DeSloover（1964）提出的。IAP是依据地衣的种类数目、频度和对污染的抵抗力来对大气污染的程度进行数量评价。IAP是按如下公式定义的：n=某调查点的地衣种类数目；F=某个种在调查点的频度；Q=某个种的生态指数或污染敏感指数。niFiQinIAP1100•LeBlanc和DeSloover（1970）把以上公式稍加修改如下：LeBlanc，Rao和Comeau（1972a，1972b）又利用该公式评价了加拿大两个工业区的大气污染程度，并依照IAP值做出五区和六区图，并且这两个区带图与污染成分的浓度梯度非常一致。n=某调查点的地衣种类数目；F=某个种在调查点的频度；Q=某个种的生态指数或污染敏感指数。10/)(1FiQiIAPni（六）地衣移植•将移植的带地衣的树皮固定在一个离地面有一定高度的木板上。将观察结果与对照木板进行比较，通过比较移植地衣的损伤程度，可以估计不同地区的污染程度。•Gilbert（1968），Hawksworth（1969，1971）等人在英国，Nash（1971）等在美国进行了一系列移植实验。•魏江春等（1991）在进行北京地区大气质量监测研究中，使用了地衣移植法，将固着于石块表面的地衣连同石块一起移植至试验区的方法。思考题：1．为什么地衣对大气污染非常敏感？2．空气中主要有那些物质对地衣有伤害作用？3．二氧化硫如何影响地衣的生理？4．利用地衣对大气质量进行监测的常用方法有哪些？