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发布时间：2021-04-07 16:28所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要：苔藓植物是环境污染的重要指示生物，但是国内主要开展了应用苔藓植物进行大气污染的监测。国外已有较多应用苔藓植物进行水体质量监测的工作。本文首先统计分析了国际上应用苔藓植物进行水环境质量监测研究文献，然后从苔藓植物监测的水体污染物类型、
摘要：苔藓植物是环境污染的重要指示生物，但是国内主要开展了应用苔藓植物进行大气污染的监测。国外已有较多应用苔藓植物进行水体质量监测的工作。本文首先统计分析了国际上应用苔藓植物进行水环境质量监测研究文献，然后从苔藓植物监测的水体污染物类型、监测用苔藓植物种类、苔藓植物材料存活状态对监测效果的影响、影响苔藓植物富集水体重金属元素的环境因素、应用苔藓植物进行水体污染监测的主动与被动方法、样品预处理方法和水体质量监测的应用案例等方面，系统介绍了国际上应用苔藓植物进行水体污染监测的研究和应用概况，提出了今后应用苔藓植物监测水体污染研究值得关注的领域。
关键词：苔藓植物，苔藓生物指示，水体污染，综述
苔藓植物(Bryophytes)是特殊的高等植物类群，种数仅次于被子植物。根据最新的分类系统，苔藓植物包括3个门：苔类植物门(Marchentiophyta,liverworts)(3纲，83科，391属，5000种左右);角苔植物门(Anthocerophyta,hornworts)(2纲，5科，14属，300多种);藓类植物门(Bryophyta,moss)(8纲，11科，854属，大约12800种)(Goffinet&Shaw,2009;Vanderpoorten&Goffinet,2009)。
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中国境内的苔藓植物有150科591属3021种(贾渝和何思,2013)。 苔藓植物配子体占优势，叶片一般由单层或少数几层细胞构成，体表无蜡质的角质层覆盖，没有由维管组织构成的输导系统，当其暴露于污染环境中时，重金属等污染物质可从背腹两面侵入叶细胞之中。由于表面积与体积比高，因而有很强的吸附环境污染物的能力。营养主要来自茎叶体表面吸收，对环境变化特别敏感(郭水良和曹同,2001)。
苔藓植物独特的生物学特性使之适合应用于环境污染的监测。苔藓植物对重金属等污染的敏感性远高于种子植物(Manning&Feder,1980)。由于苔藓植物取材容易，分布广泛，因此被广泛应用于环境质量的生物指示和监测。在水体环境中，由于污染物浓度太低而处于仪器检测的范围外，但是水体中的苔藓植物对重金属元素或其他污染物有生物富集作用，从而使苔藓植物能够用于对水体污染的监测。
国内有关苔藓植物进行环境质量监测和评估的工作主要集中在大气与土壤环境，这方面的综述也较多(方炎明等,2000;孙守琴和王定勇,2004;魏海英和方炎明,2004;黄建斌和肖化云,2008;许春晖和卢龙,2010;王爱霞和方炎明,2011;姜苹红等,2015)。由于应用苔藓植物进行水体质量监测的工作，在国内还几乎是空白状态，但是欧洲这方面研究和应用的历史较长，本文主要介绍有关应用苔藓植物进行水体环境监测与评估研究在国外的情况，旨在为国内开展苔藓植物水环境质量监测研究和实践提供借鉴。
1应用苔藓监测水体污染研究的基本概况
在“中国知网”数据库中检索“苔藓植物”、“藓类植物”、“重金属”、“污染”、“大气”、“指示”、“监测”、“藓”、“种群”、“水体”、“溪流”、“河道”等词在标题中出现情况，在114个中文刊物上共有关于苔藓植物环境质量监测(bryophytemonitoringtoenvironmentalquality,BMEQ)方面的论文198篇，另外还有硕士学位论文38篇。这些论著主要关于大气与土壤污染，部分涉及到氮沉降、酸雨，以及苔藓植物对污染物的生理响应等，少量涉及到多环芳烃有机污染。尽管有众多有关BMEQ的论文。
但是关于苔藓植物对水环境质量监测(bryophytemonitoringtowaterquality,BMWQ)方面的学术论文极少，有关这方面的报道仅见于上海师范大学郑园园(2010)有关陆生苔藓植物对水体环境适应的光合生理基础及其在水环境监测中的应用潜力，胡鸿兴等(2009)、张永锋等(2018)有关湿地沼泽苔藓植物重金属含量及泥炭藓湿地对重金属元素的净化功能，以及Xuetal.(2012)实验条件下分析了两种陆生藓类植物(弯叶灰藓Hypnumhamulosum和勃氏青藓Brachytheciumbrotheri)对Cr和Cd的监测潜力。
在WebofScience标题中检索bryophyte,moss,liverwort,metal,traceelement,pollution,contamination,contaminated,polluted,air,atmosphere,soil,Pb,Cr,Cu,Cd,SO2,nitrogen,deposition,air,atmosphere,soil,aquatic,lake,river,stream,water,indication,biomonitoring,indicator,monitor这些内容，共得到534篇自1973年以来的BMEQ方面的论文，主要的研究领域是大气重金属污染的监测与生物指示、有机污染物、氮沉降的生物指示以及对苔藓植物的生物学效应等。相比于国内的情况，国外学者很早就关注BMWQ方面的工作，这方面先后也有49篇论文(仅标题检索)，这方面工作的主要学者有意大利Trieste大学的Cesa、西班牙SantiagoDeCompostela大学的Debén等。
在标题检索的49篇BMWQ的论文中，有少数是有关溪流等天然水体中苔藓植物分布、重金属含量及其与环境因素间关系研究(Kapferetal.,2012;Puczkoetal.,2018;Vásquezetal.,2019)，其余大部分是有关应用苔藓植物进行水体质量监测的技术方法与方案(deTraubenberg&Ah-Peng,2004;Figueira&Ribeiro,2005;Merdanicetal.,2007;Cesaetal.,2010，2015;Kari-Matti&Heta,2010;Debénetal.,2019a,b)、监测案例(Mersch&Johansson,1993;Merschetal.,1993;Hongve,2002;Simona,2012)和研究综述(Augustoetal.,2013;Gecheva&Yurukova,2014;Debénetal.,2015,2017)。
2用于水环境质量监测的苔藓植物种类
苔藓植物体表面积体积比、表面结构特征、茎与枝上有无附属物等，随着种类而不同，从而造成捕获污染物能力有差异。由于苔藓分布上的差异，不同地区藓袋法所用的苔藓植物种类也有差异。理论上，尽量选择表面体积比大、叶片表面有疣而粗糙不平、茎枝上有毛状附属、植物体型大、分布广、生物量大、富集能力强的种类。人们用BCF(Bioconcentrationfactor,样品中污染物浓度/环境背景中的污染物浓度)反映生物指示能力。
水藓(Fontinalisantipyretica)的BCF值极高，对铅的BCF值为3200，而对Zn的高达9400(Dietz,1972)。在水藓、溪边青藓(Brachytheciumrivulare)、水生长喙藓和波瓣合叶苔中，López&Carballeira(1993)发现波瓣合叶苔和水生长喙藓的BCF值最高。目前，已有不少苔藓植物用于水环境质量的监测。水藓属植物(Fontinalissp.)是水体质量监测中应用得最广泛的类群，它们对Cu敏感，但是对Cd不敏感(Gecheva&Yurukova,2014)。
水藓和美喙藓(Eurhynchiumriparioides)分布于温带水体环境中，在监测水体重金属污染程度方面具有很大的应用潜力(Sayetal.,1981;Gecheva&Yurukova,2014)，在欧洲的比利时、保加利亚、匈牙利、英国、德国、法国和波兰等均有应用的报道(Gecheva&Yurukova,2014)。
青藓科美喙藓属的种类Eurhynchiumriparioides(异名：圆叶平灰藓Platyhypnidiumriparioides)、Eurhynchiumrusciforme、水生长喙藓等由于地理和生态分布上广，也广泛应用于水质监测(Wehr&Whitton,1983a)。Cesaetal.(2006,2008,2009a,b,2010)应用基于水生长喙藓的藓袋法，比较深入地研究了意大利一些水体的环境质量，展示了生物富集现象的空间格局，以及Pb、Cu的长期污染和Cr、Zn、Ni断断续续的污染现象。总体上讲，水藓和水生长喙藓在水体污染监测上应用的最为广泛(Gecheva&Yurukova,2014)。
Suzukietal.(2016)研究了铜矿尾矿附近水域中生长的苔藓植物对铜和砷的富集情况，发现在汞的背景值仅为0.005mg‧L-1的水体中，剑叶藓(Scopelophilacataractae)能够富集1300mg‧kg-1(干重质量)的砷，并发现羽枝青藓(Brachytheciumplumosum)和水生长喙藓可能对铜和砷也有很强的富集能力。泥炭藓体表层拥有大量的离子交换官能团，对存在于空气中或水体中的金属物质有较高吸附和累积能力，因此，泥炭藓是藓袋法最常用的藓类材料(Hynninen,1986;Aničićetal.,2009)，常用到耳叶泥炭藓(Sphagnumauriculatum)、尖叶泥炭藓(S.capillifolium)、暖地泥炭藓(S.junghuhnianum)、白齿泥炭藓(S.girgensohnii)等。
3影响苔藓植物对水体重金属元素监测的因素
要应用苔藓植物监测水环境中的重金属污染情况，需要了解水环境理化性质对苔藓植株内重金属元素含量的影响。Empain(1988)发现藓类植物体内铜含量与水体背景中的含量呈正相关关系。水体中的pH对苔藓植物的重金属元素富集有重要影响。藓类植物对水体中Pb和Al的富集强烈受到水体pH的影响(Mersch&Pihan,1993)。可溶性有机物、雨水等增加水体中氢离子浓度降低了波瓣合叶苔中Al、Mn和Zn的生物富集能力，而且在酸性环境中(pH<5.5)富集在苔藓植株内的Mn和Al又会被重新释放到环境中去(Cainesetal.,1985;Gecheva&Yurukova,2014)。
Vázquezetal.(2000)发现酸性环境中的水藓对水体金属元素的吸收量要弱于近中性的水体环境，并推测可能是由于质子竞争性地置换了细胞外结合位点和膜转运蛋白中的金属离子;酸性环境中吸收量的降低主要是发生在胞外积累的量减少。Cesaetal.(2011)以水藓为材料，设置要测定的元素的浓度梯度，在实验控制条件下比较了烘干失活材料和活材料对11种微量元素和Ca、Mg、Na和K这四种大量元素吸收的情况，发现活材料和死材料的吸收呈现相似的变化式样，对Cd和Ni的吸收量均显示出随着水体中浓度增加而线性增加，而As、Cu、Hg和Pb的吸收呈现饱和曲线式样，而Al和Mn的吸收与背景浓度没有什么关系，发现失活的水藓材料甚至比活材料能够维持部分微量元素高的吸收能力，认为失活的水藓材料在水环境质量监测上具有潜在的应用前景。
4适用于水体污染监测的藓袋法探索
苔藓植物作为环境污染监测器可分为主动和被动两种方式：被动监测是指利用就地生长的苔藓进行监测(Steinnesetal.,1992)。主动监测是指一定时间内,将在某一标准环境下生长的苔藓植物整体或部分移植暴露于污染环境中进行监测(Wegeneretal.,1992)。
两者相比，被动监测多用于大范围、长时间的监测;主动监测因其不易受到植物生长的自然环境的影响，适用于特定区域，例如城市或环境污染严重区域的环境质量监测。藓袋法(moss-bagmethod)是将从清洁区采集的苔藓植物制成藓袋(mossbag)，暴露于污染环境中一定时间进行监测,属于主动监测的一种技术。自从Goodmanetal.(1971)首次采集灰藓(Hypnumcupressiforme)制成藓袋，测定了威尔士西南某工业区重金属含量以来,藓袋法逐步显现出在监测环境污染的特色和优点,技术也日趋成熟，在世界范围内得到广泛应用。
5被动监测法评估水体污染状况
被动监测法是指利用就地生长的苔藓植物进行环境污染程度监测的方法。被动监测法也被应用于水体重金属污染的监测(Say&Whitton,1983;Wehr&Whitton,1983a;Yurukovaetal.,1996;Samecka-Cymermanetal.,2002;Yurukova&Gecheva,2004;Vázquezetal.,2007;Samecka-Cymermanetal.,2011)。水环境污染被动监测法一般是应用一些分布广、对重金属元素富集能力强的一些苔藓植物，代表性的有水生长喙藓、波瓣合叶苔、水灰藓(Hygrohypnumduriusculum)、波叶仙鹤藓(Atrichumundulatum)、拟三列叶真藓(Bryumpseuotriquetrum)、扇叶毛灯藓(Rhizomniumpunctatum)、柳叶藓(Amblystegiumriparium)、三泮藓(Sanioniauncinata)、范氏藓(Warnstorfiaexannulata)、羽枝青藓(Brachytheciumplumosum)、绒叶青藓(Brachytheciumvelutinum)和水藓等(Say&Whitton,1983;Wehr&Whitton,1983a;Yurukovaetal.,1996;Samecka-Cymermanetal.,2002;Yurukova&Gecheva,2004;Vázquezetal.,2007;Samecka-Cymermanetal.,2011)。水藓(Dietz,1972;Empain,1976,1977;Say&Whitton,1983;Brunsetal.,1995;Yurukovaetal.,1997)、水生长喙藓(Wher&Whitton,1983a;Wheretal.,1983;Gechevaetal.,2011)、波瓣合叶苔(Wher&Whitton,1983b;Samecka-Cymerman,1991;Samecka-Cymerman&Kempers,1993)在欧洲的水体重金属污染生态监测中应用的相对比较广泛。被动监测这种利用就地生长的苔藓植物进行水环境污染程度监测，受到取样方案的影响。
水体监测时藓类植物的取样位置对监测结果有很大的影响。Vázquezetal.(2007)提出生物监测需要一个合适的、广泛的取样网络。如果要在一个100km2的流域进行监测，且只有一个取样点，该样点应该在河流的中下游段，且尽可能位于(污染物)进入流域全境的位置;如果在300km2的流域进行监测，假如仅有两个取样点，则建议分别在河流的上游和下游出口处;如果在500km2的流域进行监测，应该在干流和主要支流的河段，每个取样段应该有100m长，至少取所选择苔藓植物的五块藓丛,要关注本地背景值的测定(Gecheva&Yurukova,2013)。
保加利亚(Yurukovaetal.,1997)、西班牙(Carballeira&López,1997)、意大利(Cesaetal.,2010)等欧洲一些国家河道的苔藓植物重金属元素背景值有较好的数据积累。 6苔藓植物在水环境质量监测的应用情况除了苔藓植物体表吸收、表面积与体积比大，没有角质层等有利于吸附水体中污染物等优势外，原位生长或移植的苔藓植物作为水环境质量的指示生物还具有其他的一些明显优点：能够终年获得苔藓植物材料，成本也低，取样迅速便利，能够用于不同类型的水体环境，样品预处理(消化等)简便，而且苔藓植物通过营养繁殖体或有性繁殖进行传播;另外，苔藓植物抗寒能力极强，且不容易被动物啃食，加上苔藓植物光补偿点低、耐荫能力强(Gecheva&Yurukova,2014)。
7展望
尽管国外在应用苔藓植物、特别是应用藓袋法监测水环境中重金属污染方面有不少的工作。但是这些工作在所用的样品材料、材料的大小和组织类型、藓袋大小与形状、暴露时间和位置、样品清洗时间、测定方法等方面，规范性还不够，影响了结果的可比性。
大部分有关苔藓植物进行水污染监测的工作仅涉及到苔藓植物及周围水体中的重金属元素的情况，同时测定水体中的苔藓植物及生长的沉积物基质中的重金属元素含量的工作并不多，今后应该在这方面加强研究，也需要提出一个应用苔藓植物进行水环境质量监测的工作标准。要应用苔藓植物开展我国境内水体环境质量的监测工作，需要开展相关的基础性研究，要掌握不同流域、不同地理区域、不同工业化地区河道湖泊水体的污染源大致的背景情况;搞清楚水质理化性质对苔藓植物污染元素含量的影响情况。
由于水质的苔藓植物指示与监测工作主要在欧洲，而欧洲的气候条件与我国差异很大，水生苔藓植物种类与我国的也明显不同。我国地域辽阔，水生和湿生苔藓植物种类丰富，地区性差别明显。在应用其进行水环境污染监测时，不同地区采用的种类也会有差异。因此，需要加强我国水生、湿生苔藓植物的种类及地理与生态分布的研究，明确不同水生苔藓植物种类对重金属污染胁迫的适应能力，以及对污染元素的吸收富集能力。另外，欧洲的一些水体生态状况评估与长期监测的重要项目重视苔藓植物的生物指示价值，也建议今后国内这方面的项目包括水生苔藓植物。
参考文献：
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作者：李丹丹，杨军，宋玉玲，朱桦，于晶，郭水良*
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《应用苔藓植物监测水体污染研究、应用与展望》