地衣與大氣污染

1、 監(jiān)測(cè)大氣污染是環(huán)境綜合治理這一系統(tǒng)工程中監(jiān)測(cè)大氣污染是環(huán)境綜合治理這一系統(tǒng)工程中的重要組成環(huán)節(jié)。的重要組成環(huán)節(jié)。 由于地衣是對(duì)外界的環(huán)境極為敏感，是監(jiān)測(cè)大由于地衣是對(duì)外界的環(huán)境極為敏感，是監(jiān)測(cè)大氣的一類重要指示生物。氣的一類重要指示生物。 經(jīng)濟(jì)、靈敏經(jīng)濟(jì)、靈敏 所測(cè)結(jié)果真實(shí)可靠所測(cè)結(jié)果真實(shí)可靠(1)地衣生長(zhǎng)所需的水分全部依賴于雨水或霧，大氣中的污染物溶地衣生長(zhǎng)所需的水分全部依賴于雨水或霧，大氣中的污染物溶入雨水且被濃縮而作用于地衣體內(nèi)；入雨水且被濃縮而作用于地衣體內(nèi)；(2)地衣無(wú)根莖葉分化，是以整體吸收養(yǎng)分，所以它吸收污染物的地衣無(wú)根莖葉分化，是以整體吸收養(yǎng)分，所以它吸收污染物的量多，一旦被

2、污染，富集量就特別多，受害就特別嚴(yán)重；量多，一旦被污染，富集量就特別多，受害就特別嚴(yán)重；(3)地衣缺乏像高等植物那樣的真皮層和蠟質(zhì)層，污染物易進(jìn)入體地衣缺乏像高等植物那樣的真皮層和蠟質(zhì)層，污染物易進(jìn)入體內(nèi)，致使體內(nèi)有害物質(zhì)高出周圍許多倍，對(duì)污染特別敏感；內(nèi)，致使體內(nèi)有害物質(zhì)高出周圍許多倍，對(duì)污染特別敏感；(4)地衣的生長(zhǎng)速度比高等植物緩慢，一旦受害恢復(fù)所需要的時(shí)間地衣的生長(zhǎng)速度比高等植物緩慢，一旦受害恢復(fù)所需要的時(shí)間也長(zhǎng)。也長(zhǎng)。所以，地衣對(duì)大氣污染極其敏感，是一類很好的大氣監(jiān)測(cè)指示所以，地衣對(duì)大氣污染極其敏感，是一類很好的大氣監(jiān)測(cè)指示物。物。 一、研究歷史一、研究歷史（一）早期研究（一）早期研

3、究 大氣污染對(duì)地衣影響的研究工作進(jìn)展不大。 Nylander(1866)就發(fā)現(xiàn)巴黎區(qū)地衣的種類和數(shù)量在不斷減少 ，并發(fā)表了文章； Arnold（18911901）對(duì)德國(guó)慕尼黑地區(qū)及其周圍的地衣進(jìn)行了詳細(xì)的報(bào)道。 （二）（二）地衣的區(qū)帶分布現(xiàn)象地衣的區(qū)帶分布現(xiàn)象 歐洲 ，Sernander(1912，1926)研究城區(qū)周圍地衣并進(jìn)行分帶處理，據(jù)地衣分布及生長(zhǎng)情況，把該地區(qū)分為三個(gè)區(qū)帶： 中央地衣荒漠區(qū)（中央地衣荒漠區(qū)（Lichen desert） 地衣掙扎生長(zhǎng)區(qū)地衣掙扎生長(zhǎng)區(qū)(struggle zone) 地衣正常生長(zhǎng)區(qū)地衣正常生長(zhǎng)區(qū)(normal zone) Haugsja（1930）依據(jù)三區(qū)

4、方法，畫出了奧斯陸的地衣分布圖。 Vaarna(1934)研究了赫爾辛基的地衣分布后，創(chuàng)建了四區(qū)方法。（三）（三）等級(jí)做圖方法等級(jí)做圖方法 Mrose（1941）地衣分布與二氧化硫之間關(guān)系地衣分布與二氧化硫之間關(guān)系 Jones(1952)把地區(qū)大氣污染程度與地衣生長(zhǎng)及分布情況相聯(lián)把地區(qū)大氣污染程度與地衣生長(zhǎng)及分布情況相聯(lián)系系，分為幾個(gè)等級(jí)分為幾個(gè)等級(jí)，然后制作成圖表然后制作成圖表 Barkman(1963)在調(diào)查地區(qū)選擇了在調(diào)查地區(qū)選擇了15種地衣進(jìn)行鑒定和做圖，種地衣進(jìn)行鑒定和做圖，并按照地衣豐度的大小依次排列。他根據(jù)等級(jí)作圖的結(jié)果并按照地衣豐度的大小依次排列。他根據(jù)等級(jí)作圖的結(jié)果，將所調(diào)查

5、的地區(qū)分為三類將所調(diào)查的地區(qū)分為三類。 Hawksworth 和和Rose （1970）調(diào)查了一些常見地衣種的分布調(diào)查了一些常見地衣種的分布，把這些種耐污染的程度分為把這些種耐污染的程度分為11個(gè)等級(jí)個(gè)等級(jí)。 Gilbert (1970) ，他調(diào)查的不是單個(gè)種而是地衣群落。其基他調(diào)查的不是單個(gè)種而是地衣群落。其基物除了樹干以外物除了樹干以外，還有巖石以及石頭建筑物等。還有巖石以及石頭建筑物等。（四）干旱假說（四）干旱假說 RyazakRyazak（19581958，19681968），），yazak & krysiakyazak & krysiak（190190）“干旱干旱假說

6、假說”（droughthypothesisdroughthypothesis）：地衣荒漠區(qū)的形成是由地衣荒漠區(qū)的形成是由于有害的微氣候環(huán)境于有害的微氣候環(huán)境，特別是濕度的降低特別是濕度的降低，氣溫的升高氣溫的升高，以及干濕交替頻率的加快。以及干濕交替頻率的加快。 “干旱假說干旱假說”理論還欠說服力理論還欠說服力 ，LeBlancLeBlanc（19611961）和和TallisTallis（19641964）分別調(diào)查了濕度大的城區(qū)分別調(diào)查了濕度大的城區(qū)，同樣發(fā)現(xiàn)了地同樣發(fā)現(xiàn)了地衣荒漠區(qū)衣荒漠區(qū) ；Skye(1958)Skye(1958)，F(xiàn)entonFenton（19601960）；RaoRa

7、o 和和 LeBlancLeBlanc（19661966）以及以及GilbertGilbert（19651965）有關(guān)空氣污染導(dǎo)致有關(guān)空氣污染導(dǎo)致地衣消失的報(bào)道有充分的二氧化硫數(shù)據(jù)，令人信服。地衣消失的報(bào)道有充分的二氧化硫數(shù)據(jù)，令人信服。 （五）其他研究（五）其他研究 地衣移植地衣移植 ，Brodo（1961，1967）移植地衣后移植地衣后，通過照像記通過照像記錄顏色變化來研究地衣?lián)p傷程度與離城區(qū)中心距離的關(guān)系。錄顏色變化來研究地衣?lián)p傷程度與離城區(qū)中心距離的關(guān)系。 “大氣純凈指數(shù)大氣純凈指數(shù)”（縮寫為（縮寫為IAP；以下統(tǒng)稱為以下統(tǒng)稱為IAP值）的方法值）的方法來表示該地區(qū)的大氣污染程度。來表

8、示該地區(qū)的大氣污染程度。 DeSloover和和LeBlanc（1968），），LeBlanc和和DeSloover(1970) Comeau 和和 LeBlanc（1972)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了不同氟化物水平影實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了不同氟化物水平影響地衣生長(zhǎng)的研究響地衣生長(zhǎng)的研究 Rao和和LeBlanc(1966)才開始在實(shí)驗(yàn)室研究二氧化硫?qū)Φ匾碌牟砰_始在實(shí)驗(yàn)室研究二氧化硫?qū)Φ匾碌挠绊懹绊?有關(guān)大氣污染影響地衣生長(zhǎng)機(jī)制的研究有關(guān)大氣污染影響地衣生長(zhǎng)機(jī)制的研究 二、大氣污染影響地衣生長(zhǎng)的因素二、大氣污染影響地衣生長(zhǎng)的因素 （一）二氧化硫（一）二氧化硫 “毒氣理論毒氣理論” ：空氣污染（主要為二氧化硫污染）是導(dǎo)

9、致空氣污染（主要為二氧化硫污染）是導(dǎo)致地衣荒漠區(qū)形成的主要因素。地衣荒漠區(qū)形成的主要因素。 Skye（1958）瑞典一家鄉(xiāng)村煉油廠附近的地衣瑞典一家鄉(xiāng)村煉油廠附近的地衣調(diào)查；調(diào)查；二氧二氧化硫圓柱桶化硫圓柱桶實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)。 LeBlanc，Rao和和Corneau(1972) IAP值圖值圖，而這個(gè)圖的區(qū)帶而這個(gè)圖的區(qū)帶與二氧化硫濃度的梯度區(qū)帶非常相似。與二氧化硫濃度的梯度區(qū)帶非常相似。 Rao和和LeBlanc（1966）將地衣菌絲體放在二氧化硫濃度為將地衣菌絲體放在二氧化硫濃度為510-6的容器中的容器中，于不同的濕度下培養(yǎng)于不同的濕度下培養(yǎng)24小時(shí)小時(shí)，菌絲表面菌絲表面出現(xiàn)褐色斑點(diǎn)出現(xiàn)褐色

10、斑點(diǎn)，藻細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。藻細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。（二）氟化物（二）氟化物 野外觀察證明氟化物污染源附近的地衣非常貧乏。 通過地衣移植，表明：距離工廠越近，氟含量越高，地衣體損傷越嚴(yán)重。 Comeau和LeBlanc（1972）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了氟對(duì)地衣的傷害作用。 1重金屬元素有些重金屬，特別是銅、鈣、鐵、鉛、鎂、鎳和鋅，它們?cè)诘匾麦w內(nèi)的含量高出周圍環(huán)境許多倍。2放射性物質(zhì)放射性元素，如銫-137、鍶-90，這些物質(zhì)主要來自核電站和實(shí)驗(yàn)原子反應(yīng)堆。此外，電離輻射、人工肥料以及殺蟲劑也會(huì)對(duì)地衣生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。至于臭氧、氧化氮、硫化氫、氨和硝酸何是否對(duì)地衣生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，到目前為止，還沒有積累足夠

11、的資料和數(shù)據(jù)。三、大氣污染與地衣生理三、大氣污染與地衣生理 1. 二氧化硫與地衣生理關(guān)系二氧化硫與地衣生理關(guān)系 空氣中的空氣中的SOSO2 2除了直接進(jìn)入地衣體除了直接進(jìn)入地衣體，還通過形成酸雨降低環(huán)境還通過形成酸雨降低環(huán)境pHpH值值的方式間接影響地衣生長(zhǎng)。的方式間接影響地衣生長(zhǎng)。 SOSO2 2等有害成分在地衣體內(nèi)積累后等有害成分在地衣體內(nèi)積累后，就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜的滲透性改變就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜的滲透性改變，葉綠素轉(zhuǎn)變?yōu)槊撊~綠素轉(zhuǎn)變?yōu)槊撴V鎂葉綠素或是其基本結(jié)構(gòu)遭到破壞。葉綠素或是其基本結(jié)構(gòu)遭到破壞。 當(dāng)當(dāng)SOSO2 2濃度低時(shí)濃度低時(shí)，它競(jìng)爭(zhēng)性地抑制了磷酸核它競(jìng)爭(zhēng)性地抑制了磷酸核酮酮糖碳化酶糖碳化

12、酶，二氧化碳二氧化碳吸收受阻吸收受阻； SOSO2 2濃度高時(shí)濃度高時(shí)，細(xì)胞膜和葉綠素受到不可逆損傷細(xì)胞膜和葉綠素受到不可逆損傷，使使得物質(zhì)交換和光合作用受到影響。得物質(zhì)交換和光合作用受到影響。 許多實(shí)驗(yàn)證明許多實(shí)驗(yàn)證明：光合作用是受大氣污染影響最敏感的過程。光合作用是受大氣污染影響最敏感的過程。 二氧化硫與地衣生理關(guān)系研究概況：二氧化硫與地衣生理關(guān)系研究概況： Smith（1960）最早提出大氣污染損傷地衣的可能性機(jī)制最早提出大氣污染損傷地衣的可能性機(jī)制 Skye(1958)分析了受到大氣污染損傷的地衣槽梅衣的葉綠分析了受到大氣污染損傷的地衣槽梅衣的葉綠素素，與正常生長(zhǎng)的地衣相比與正常生長(zhǎng)的

13、地衣相比，其葉綠其葉綠素素含量減少。含量減少。 Rao和和LeBlanc（1966）證明了證明了在在SO2作用下地衣的作用下地衣的葉綠素葉綠素轉(zhuǎn)變?yōu)槊撧D(zhuǎn)變?yōu)槊撴V鎂葉綠素。葉綠素。 Hill(1971)就有關(guān)就有關(guān)SO2損傷地衣的機(jī)理進(jìn)行了更為深入的研損傷地衣的機(jī)理進(jìn)行了更為深入的研究。后來究。后來，Puckett(1973)等人也進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)。等人也進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)。結(jié)論：結(jié)論：低的低的pH值有利于二氧化硫水溶液氧化葉綠素值有利于二氧化硫水溶液氧化葉綠素，使其結(jié)構(gòu)使其結(jié)構(gòu)遭到破壞遭到破壞，光合作用就會(huì)減弱。光合作用就會(huì)減弱。2.2. 空氣污染導(dǎo)致地衣體一些結(jié)構(gòu)物質(zhì)的合成以及空氣污染導(dǎo)致地衣

14、體一些結(jié)構(gòu)物質(zhì)的合成以及次生代謝產(chǎn)物受到影響。次生代謝產(chǎn)物受到影響。3.3. 空氣污染空氣污染對(duì)對(duì)產(chǎn)生抗生素產(chǎn)生抗生素的影響的影響。如，如，SOSO2 2影響影響地地衣衣抗生素的產(chǎn)生?？股氐漠a(chǎn)生。（一）種的分布（一）種的分布 就某個(gè)污染地區(qū)內(nèi)單個(gè)種的分布進(jìn)行做圖被。就某個(gè)污染地區(qū)內(nèi)單個(gè)種的分布進(jìn)行做圖被。 大部分工作者主要是調(diào)查或是僅調(diào)查樹生地衣。大部分工作者主要是調(diào)查或是僅調(diào)查樹生地衣。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：沒有從地衣體的角度去考慮沒有從地衣體的角度去考慮，如頻度、蓋度等。如頻度、蓋度等。 這種方法這種方法重要性：重要性：只有通過單個(gè)種的調(diào)查只有通過單個(gè)種的調(diào)查，才能了解它才能了解它對(duì)大氣污染的敏

15、感性對(duì)大氣污染的敏感性，從而找到耐污染的種和那些最適從而找到耐污染的種和那些最適合作為指示生物的地衣種。合作為指示生物的地衣種。（二）種的數(shù)目（二）種的數(shù)目 在相同的某些點(diǎn)（如相同環(huán)境在相同的某些點(diǎn)（如相同環(huán)境下下的同種同齡樹）出現(xiàn)的的同種同齡樹）出現(xiàn)的地衣種類的數(shù)目也可以反映出大氣污染的程度地衣種類的數(shù)目也可以反映出大氣污染的程度。 Jones（1952）將將Haugsja（1930）的有關(guān)奧斯陸地衣分的有關(guān)奧斯陸地衣分布的資料制作成圖表布的資料制作成圖表，結(jié)果表明結(jié)果表明，越接近城內(nèi)越接近城內(nèi)，地衣種地衣種類數(shù)目越少。類數(shù)目越少。 Gilbert（1965）調(diào)查了從紐卡斯?fàn)柕揭患夜S約調(diào)查

16、了從紐卡斯?fàn)柕揭患夜S約16km長(zhǎng)長(zhǎng)的距離的距離，發(fā)現(xiàn)所有基物上的地衣種類從發(fā)現(xiàn)所有基物上的地衣種類從56種減少到種減少到5種。種。（三）蓋度和頻度（三）蓋度和頻度 單個(gè)種的蓋度變化卻相當(dāng)重要單個(gè)種的蓋度變化卻相當(dāng)重要，可以與其它數(shù)據(jù)一起跟可以與其它數(shù)據(jù)一起跟空氣污染相聯(lián)系制作曲線圖或劃分為等級(jí)?？諝馕廴鞠嗦?lián)系制作曲線圖或劃分為等級(jí)。 Fenton（1960）蓋度曲線圖也可以用于某一生長(zhǎng)類型的蓋度曲線圖也可以用于某一生長(zhǎng)類型的地衣地衣。 Brodo（1967）在調(diào)查紐約長(zhǎng)島的地衣分布時(shí)在調(diào)查紐約長(zhǎng)島的地衣分布時(shí)，調(diào)查一些調(diào)查一些點(diǎn)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)選擇每個(gè)點(diǎn)選擇50棵相同的樹棵相同的樹，觀察某種地衣在

17、這些樹觀察某種地衣在這些樹上出現(xiàn)的百分比上出現(xiàn)的百分比頻度頻度，再以該種地衣在各點(diǎn)頻度為再以該種地衣在各點(diǎn)頻度為縱坐標(biāo)縱坐標(biāo)，各點(diǎn)到市中心的距離為橫坐標(biāo)各點(diǎn)到市中心的距離為橫坐標(biāo)，作出一條曲線。作出一條曲線。這種依據(jù)頻度做圖的方法也可以反映該地區(qū)的污染程度。這種依據(jù)頻度做圖的方法也可以反映該地區(qū)的污染程度。 （四）分區(qū)做圖（四）分區(qū)做圖 三區(qū)或四區(qū)系統(tǒng)三區(qū)或四區(qū)系統(tǒng)。 但但Barkman（1958），），基于一些常見地衣的群落基于一些常見地衣的群落，將它將它們劃分為們劃分為4個(gè)等級(jí)個(gè)等級(jí)，再根據(jù)這些等級(jí)作出地衣分布區(qū)帶圖再根據(jù)這些等級(jí)作出地衣分布區(qū)帶圖來估價(jià)大氣污染程度。來估價(jià)大氣污染程度。

18、利用那些能在不同污染程度下出現(xiàn)而又容易辨認(rèn)的地衣利用那些能在不同污染程度下出現(xiàn)而又容易辨認(rèn)的地衣作指示種。作指示種。Hawksworth和和Rose(1970）的的010分級(jí)系統(tǒng)就分級(jí)系統(tǒng)就是利用這些地衣種是利用這些地衣種，同時(shí)還考慮它們所附生的樹齡同時(shí)還考慮它們所附生的樹齡、樹樹干上的高度以及周圍的環(huán)境差異。他們利用這種方法作干上的高度以及周圍的環(huán)境差異。他們利用這種方法作出了英格蘭和威爾士的地衣分布圖出了英格蘭和威爾士的地衣分布圖，從這個(gè)圖也可以估從這個(gè)圖也可以估計(jì)出大氣中二氧化硫的濃度。計(jì)出大氣中二氧化硫的濃度。 （五）（五）IAP做圖做圖 大氣純凈指數(shù)大氣純凈指數(shù)IAPIAP，是由是由

19、DeSlooverDeSloover（19641964）提出的。提出的。IAPIAP是依據(jù)地衣的種類數(shù)目、頻度和對(duì)污染的抵抗力來是依據(jù)地衣的種類數(shù)目、頻度和對(duì)污染的抵抗力來對(duì)大氣污染的程度進(jìn)行數(shù)量評(píng)價(jià)。對(duì)大氣污染的程度進(jìn)行數(shù)量評(píng)價(jià)。IAPIAP是按如下公式定是按如下公式定義的義的： n=n=某調(diào)查點(diǎn)的地衣種類數(shù)目；某調(diào)查點(diǎn)的地衣種類數(shù)目；F=F=某個(gè)種在調(diào)查點(diǎn)的頻度；某個(gè)種在調(diào)查點(diǎn)的頻度；Q=Q=某個(gè)種的生態(tài)指數(shù)或污染敏感指數(shù)。某個(gè)種的生態(tài)指數(shù)或污染敏感指數(shù)。 niFiQinIAP1100 LeBlancLeBlanc和和DeSlooverDeSloover（19701970）把以上公式稍加修把以上公式稍加修改如下改如下：LeBlanc，Rao和和Comeau（1972a，1972b）又利