不同海拔槽梅衣中矿物质元素及有机酸含量的差异分析

圆 圆，王建华，敖恩宝力格

（1.内蒙古师范大学生命科学与技术学院，呼和浩特 010022；2.呼和浩特市农牧局农牧技术推广中心，呼和浩特 010051）

槽梅衣（Parmelia sulcata）隶属于梅衣科梅衣属地衣。地衣是由绿藻、真菌和细菌组成的共生生物。菌类从藻类中获取了光合作用所产生的有机物质，而藻类依赖于菌类提供水、无机盐和CO2，它们之间形成了一种特殊的互惠关系。地衣颜色深，呈暗褐色、褐色和灰绿色，外形像紫菜或泡软的木耳［1］，占据了地球表面约7%的植被类型。此外，它们是多种基质和栖息地初级生产者的重要组成部分，包括地球上一些最极端的条件。地衣是一种非维管植物，缺乏角质层或专门的保护细胞，只有拟表皮，因此无法从土壤中吸收水分或营养，只能从雨水、雾气、露水、空气中吸收［2］，易使大气中的污染物在其体内富集。地衣对空气污染灵敏，尤其是对SO2、重金属和放射物等，是一类天然的大气监测指标物［3］。地衣缺乏维管系统和根系，缺乏与土壤环境的相互作用，不受土壤中元素的影响。地衣中的元素含量反映了大气中的营养物质和污染物，因此，可以作为大气污染的指示植物［4］。

由于地衣学、环境检测学以及环境生态学的不断发展，人们使用地衣进行环境监测的方式也发生了改变，比如最早利用地衣物种数量、覆盖度、生物多样性指标等参数评估环境质量，后来逐渐发展为根据地衣体内重金属含量、叶绿素含量、有机酸含量的变化和酶活力的下降等重要指标的评估方法［5］。国外有关利用地衣进行环境质量评价方面的研究工作开展的较早，在环境重金属污染对地衣形态结构和生理生化指标的影响方面已有不少研究，并形成了相对完整的学科体系［6，7］。国内学者李天庆［8］使用地衣群落结构以及移植法测定了某磷肥厂的氟污染物，此后，国内开始大量使用地衣开展环境质量检测方面的研究，并取得了丰硕的成果。

本研究以采自大兴安岭黄岗梁和蒙古国额布根山的槽梅衣作为试验材料，通过对不同海拔高度槽梅衣中矿物质元素及有机酸含量进行测定，可为研究海拔高度与矿物质元素及有机酸含量的关系提供参考与借鉴。

1 材料与方法

1.1 样品采集

以梅衣属槽梅衣为供试材料，分别采集于大兴安岭黄岗梁海拔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″）华北落叶松和蒙古国额布根山海拔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″）西伯利亚落叶松距地表至少1.0 m 的树干表面。槽梅衣样品先用去离子水喷洒表面至稍微湿软，再用刀片刮取，密封保存。每个样点采集槽梅衣个体20 个，干重约100 g。

1.2 主要仪器

TAB-986 型原子吸收光度计（北京通用仪器有限公司）；pL6001-S 型电子天平（德国梅特勒-托利多公司）；TE 系列精密天平（德国梅特勒-托利多公司）；WHG-103a 型流动注射氢化物发生器（北京汉氏生产研究所）；GFH-986 型石墨炉电源（北京通用仪器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 样品预处理 从大兴安岭黄岗梁海拔875、1 258、1 542 m 华北落叶松上采集的槽梅衣样品分别标记为样品A、B、C，蒙古国额布根山海拔739、996、1 188、1 340 m 西伯利亚落叶松上采集的槽梅衣样品分别记为样品1-4。将采集好的样品晾干后放入60 ℃风干箱中风干至恒重。用破壁机破碎成200 目的细粉，称取0.2 g 地衣粉末，放入坩埚中，加入10 mL HNO3和10 mL HClO4，浸泡过夜后加热浓缩至2 mL 左右，用去离子水定容至20 mL，用于测定各种矿物质元素含量。

1.3.2 矿物质元素含量的测定 采用火焰原子吸收法测定地衣样品中Zn、Fe、Mn、K、Ca、Mg、P、S、Al、Ti、Cu、Co、Ni、Na、Sr、Cr、Se、Li 和B 等矿物质元素。采用在线流动注射氢化法测定重金属元素Pb、As 和Hg 的含量，石墨炉法测定Cd 的含量。

1.3.3 有机酸含量的测定 有机酸含量的测定采用电位滴定的方法。精密称取0.10 g 地衣粉末，加入5 mL 去离子水，浸提2 h 后过滤。滤液用10 mL 去离子水稀释，预先使用自动电位滴定仪搅拌10 s，待溶液稀释并完全混匀后用0.1 mol/L 的NaOH 溶液滴定。

2 结果与分析

2.1 海拔对槽梅衣中矿质元素含量的影响

大兴安岭黄岗梁槽梅衣矿物质含量测定结果见图1。随着海拔的升高，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 等元素的含量随着海拔的升高而降低。蒙古国额布根山槽梅衣中矿物质含量测定结果见图2。随着海拔的的升高，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 等元素的含量随着海拔的升高而降低。

图1 大兴安岭黄岗梁不同海拔高度采集的槽梅衣中矿物质元素的含量

图2 蒙古国额布根山不同海拔高度采集的槽梅衣中矿物质元素的含量

2.2 海拔对槽梅衣中有机酸含量的影响

大兴安岭黄岗梁华北落叶松上槽梅衣和蒙古国额布根山西伯利亚落叶松上槽梅衣中有机酸含量的测定结果见图3。随着海拔高度的升高，槽梅衣中的有机酸含量均在降低。

图3 不同海拔采集的槽梅衣中的有机酸含量

3 小结与讨论

3.1 小结

地衣中微量元素的含量已被证明与这些元素的环境水平直接相关，表明地衣是理想的大气沉降监测生物，尤其是对重金属的大气沉降作用，可以作为大气元素沉降评估的监测生物［9］。研究发现，随着海拔高度的升高，大兴安岭黄岗梁和蒙古国额布根山槽梅衣中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，说明随着海拔高度的升高，蒙古国额布根山与大兴安岭黄岗梁空气中SO2污染程度降低，空气环境质量变好。蒙古国额布根山和大兴安岭黄岗梁槽梅衣有机酸含量随着海拔高度的上升而逐渐下降。国内外已有研究表明，地衣中化学元素含量随时间和空间而变化。一般分布在污染源周边，离城市较近地区的地衣体内重金属的含量较高，离城市越远地衣体内的重金属含量越少［10］。

3.2 讨论

人类活动产生的污染物对人体健康和生态系统造成了不利影响。建立环境监测系统，可以减少污染物的影响［11］。以物理和生化等技术手段为依据的环境监测系统具有昂贵、耗时、技术要求较高、可监控项目小、监测样点数量小且分配不均衡、无法维持长时间监控等弊端，因此很难用来构建和维护更大尺度空间和长时间的环境检测系统［12］。相对来说，地衣生物监测法更廉价有效、不受季节和地理环境影响、监测范围更广阔，可以成为对常规物理化学监测方式的补充或替代手段，反映大气环境的长短期变化趋势［13］。由于地衣可以很好地反应环境的污染状况，因此，本研究数据可以为环境污染的生物监测提供理论基础。