第五章地衣與大氣污染,監(jiān)測大氣污染是環(huán)境綜合治理這一系統(tǒng)工程中的重要組成環(huán)節(jié)。由于地衣是對外界的環(huán)境極為敏感，是監(jiān)測大氣的一類重要指示生物。經(jīng)濟(jì)、靈敏所測結(jié)果真實可靠,地衣可作為環(huán)境監(jiān)測的指示生物的原因,(1)地衣生長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)；(2)地衣無根莖葉分化，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)入體內(nèi)，致使體內(nèi)有害物質(zhì)高出周圍許多倍，對污染特別敏感；(4)地衣的生長速度比高等植物緩慢，一旦受害恢復(fù)所需要的時間也長。所以，地衣對大氣污染極其敏感，是一類很好的大氣監(jiān)測指示物。,一、研究歷史,（一）早期研究大氣污染對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）對德國慕尼黑地區(qū)及其周圍的地衣進(jìn)行了詳細(xì)的報道。,（二）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)地衣分布及生長情況，把該地區(qū)分為三個區(qū)帶：中央地衣荒漠區(qū)（Lichendesert）地衣掙扎生長區(qū)(strugglezone)地衣正常生長區(qū)(normalzone)Haugsja（1930）依據(jù)三區(qū)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）等級做圖方法Mrose（1941）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及分布情況相聯(lián)系，分為幾個等級，然后制作成圖表Barkman(1963)在調(diào)查地區(qū)選擇了15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)等級作圖的結(jié)果，將所調(diào)查的地區(qū)分為三類。Hawksworth和Rose（1970）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11個等級。Gilbert(1970)，他調(diào)查的不是單個種而是地衣群落。其基物除了樹干以外，還有巖石以及石頭建筑物等。,（四）干旱假說Ryazak（1958，1968），yazak&krysiak（190）“干旱假說”（droughthypothesis）：地衣荒漠區(qū)的形成是由于有害的微氣候環(huán)境，特別是濕度的降低，氣溫的升高，以及干濕交替頻率的加快?！案珊导僬f”理論還欠說服力，LeBlanc（1961）和Tallis（1964）分別調(diào)查了濕度大的城區(qū)，同樣發(fā)現(xiàn)了地衣荒漠區(qū)；Skye(1958)，F(xiàn)enton（1960）；Rao和LeBlanc（1966）以及Gilbert（1965）有關(guān)空氣污染導(dǎo)致地衣消失的報道有充分的二氧化硫數(shù)據(jù)，令人信服。,（五）其他研究地衣移植，Brodo（1961，1967）移植地衣后，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?！按髿饧儍糁笖?shù)”（縮寫為IAP；以下統(tǒng)稱為IAP值）的方法來表示該地區(qū)的大氣污染程度。DeSloover和LeBlanc（1968），LeBlanc和DeSloover(1970)Comeau和LeBlanc（1972)實驗室進(jìn)行了不同氟化物水平影響地衣生長的研究Rao和LeBlanc(1966)才開始在實驗室研究二氧化硫?qū)Φ匾碌挠绊懹嘘P(guān)大氣污染影響地衣生長機制的研究,二、大氣污染影響地衣生長的因素,（一）二氧化硫“毒氣理論”：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。Skye（1958）瑞典一家鄉(xiāng)村煉油廠附近的地衣調(diào)查；二氧化硫圓柱桶實驗。LeBlanc，Rao和Corneau(1972)IAP值圖，而這個圖的區(qū)帶與二氧化硫濃度的梯度區(qū)帶非常相似。Rao和LeBlanc（1966）將地衣菌絲體放在二氧化硫濃度為510-6的容器中，于不同的濕度下培養(yǎng)24小時，菌絲表面出現(xiàn)褐色斑點，藻細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。,（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）的實驗結(jié)果表明了氟對地衣的傷害作用。,（三）其他因素1重金屬元素有些重金屬，特別是銅、鈣、鐵、鉛、鎂、鎳和鋅，它們在地衣體內(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驗原子反應(yīng)堆。此外，電離輻射、人工肥料以及殺蟲劑也會對地衣生長產(chǎn)生影響。至于臭氧、氧化氮、硫化氫、氨和硝酸何是否對地衣生長產(chǎn)生影響，到目前為止，還沒有積累足夠的資料和數(shù)據(jù)。,三、大氣污染與地衣生理,1.二氧化硫與地衣生理關(guān)系空氣中的SO2除了直接進(jìn)入地衣體，還通過形成酸雨降低環(huán)境pH值的方式間接影響地衣生長。SO2等有害成分在地衣體內(nèi)積累后，就會導(dǎo)致細(xì)胞膜的滲透性改變，葉綠素轉(zhuǎn)變?yōu)槊撴V葉綠素或是其基本結(jié)構(gòu)遭到破壞。當(dāng)SO2濃度低時，它競爭性地抑制了磷酸核酮糖碳化酶，二氧化碳吸收受阻；SO2濃度高時，細(xì)胞膜和葉綠素受到不可逆損傷，使得物質(zhì)交換和光合作用受到影響。許多實驗證明：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：Smith（1960）最早提出大氣污染損傷地衣的可能性機制Skye(1958)分析了受到大氣污染損傷的地衣槽梅衣的葉綠素，與正常生長的地衣相比，其葉綠素含量減少。Rao和LeBlanc（1966）證明了在SO2作用下地衣的葉綠素轉(zhuǎn)變?yōu)槊撴V葉綠素。Hill(1971)就有關(guān)SO2損傷地衣的機理進(jìn)行了更為深入的研究。后來，Puckett(1973)等人也進(jìn)行了類似的實驗。結(jié)論：低的pH值有利于二氧化硫水溶液氧化葉綠素，使其結(jié)構(gòu)遭到破壞，光合作用就會減弱。,2.空氣污染導(dǎo)致地衣體一些結(jié)構(gòu)物質(zhì)的合成以及次生代謝產(chǎn)物受到影響。3.空氣污染對產(chǎn)生抗生素的影響。如，SO2影響地衣抗生素的產(chǎn)生。,四、大氣污染影響地衣分布的研究方法,（一）種的分布就某個污染地區(qū)內(nèi)單個種的分布進(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。缺點：沒有從地衣體的角度去考慮，如頻度、蓋度等。這種方法重要性：只有通過單個種的調(diào)查，才能了解它對大氣污染的敏感性，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。,（二）種的數(shù)目在相同的某些點（如相同環(huán)境下的同種同齡樹）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。Jones（1952）將Haugsja（1930）的有關(guān)奧斯陸地衣分布的資料制作成圖表，結(jié)果表明，越接近城內(nèi)，地衣種類數(shù)目越少。Gilbert（1965）調(diào)查了從紐卡斯?fàn)柕揭患夜S約16km長的距離，發(fā)現(xiàn)所有基物上的地衣種類從56種減少到5種。,（三）蓋度和頻度單個種的蓋度變化卻相當(dāng)重要，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。Fenton（1960）蓋度曲線圖也可以用于某一生長類型的地衣。Brodo（1967）在調(diào)查紐約長島的地衣分布時，調(diào)查一些點，每個點選擇50棵相同的樹，觀察某種地衣在這些樹上出現(xiàn)的百分比頻度，再以該種地衣在各點頻度為縱坐標(biāo)，各點到市中心的距離為橫坐標(biāo)，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。,（四）分區(qū)做圖三區(qū)或四區(qū)系統(tǒng)。但Barkman（1958），基于一些常見地衣的群落，將它們劃分為4個等級，再根據(jù)這些等級作出地衣分布區(qū)帶圖來估價大氣污染程度。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。Hawksworth和Rose(1970）的010分級系統(tǒng)就是利用這些地衣種，同時還考慮它們所附生的樹齡、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出了英格蘭和威爾士的地衣分布圖，從這個圖也可以估計出大氣中二氧化硫的濃度。,（五）IAP做圖大氣純凈指數(shù)IAP，是由DeSloover（1964）提出的。IAP是依據(jù)地衣的種類數(shù)目、頻度和對污染的抵抗力來對大氣污染的程度進(jìn)行數(shù)量評價。IAP是按如下公式定義的：,n=某調(diào)查點的地衣種類數(shù)目；F=某個種在調(diào)查點的頻度；Q=某個種的生態(tài)指數(shù)或污染敏感指數(shù)。,LeBlanc和DeSloover（1970）把以上公式稍加修改如下：,LeBlanc，Rao和Comeau（1972a，1972b）又利用該公式評價了加拿大兩個工業(yè)區(qū)的大氣污染程度，并依照IAP值做出五區(qū)和六區(qū)圖，并且這兩個區(qū)帶圖與污染成分的濃度梯度非常一致。,n=某調(diào)查點的地衣種類數(shù)目；F=某個種在調(diào)查點的頻度；Q=某個種的生態(tài)指數(shù)或污染敏感指數(shù)。,（六）地衣移植將移植的帶地衣的樹皮固定在一個離地面有一定高度的木板上。將觀察結(jié)果與對照木板進(jìn)行比較，通過比較移植地衣的損傷程度，可以估計不同地區(qū)的污染程度。Gilbert（1968），Hawksworth（