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地衣與大氣污染

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第五章  地衣與大氣污染 
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)。
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。 
經(jīng)濟(jì)、靈敏
所測(cè)結(jié)果真實(shí)可靠

地衣可作為環(huán)境監(jiān)測(cè)的指示生物的原因
(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(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)指示物。 
一、研究歷史
（一）早期研究 
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（1891~1901）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）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)（Lichen desert）
            地衣掙扎生長(zhǎng)區(qū)(struggle zone)
            地衣正常生長(zhǎng)區(qū)(normal zone)
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(jí)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(zhǎng)及分布情況相聯(lián)系，分為幾個(gè)等級(jí)，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(jí)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(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 &amp;amp; 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。
“干旱假說”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(bào)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。 
“大氣純凈指數(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(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 
Rao和LeBlanc(1966)才開始在實(shí)驗(yàn)室研究二氧化硫?qū)Φ匾碌挠绊?
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 
（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(shí)驗(yàn)。
LeBlanc，Rao和Corneau(1972) IAP值圖，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。
Rao和LeBlanc（1966）將地衣菌絲體放在二氧化硫濃度為5×10-6的容器中，于不同的濕度下培養(yǎng)24小時(shí)，菌絲表面出現(xiàn)褐色斑點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了氟對(duì)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?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(zhǎng)。 
SO2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，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(shí)，它競(jìng)爭(zhēng)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(shí)，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(shí)驗(yàn)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(jī)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(zhǎng)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(jī)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(shí)驗(yàn)。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(huì)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(duì)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(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。
     缺點(diǎn)：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(gè)種的調(diào)查，才能了解它對(duì)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(diǎn)（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(zhǎng)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(gè)種的蓋度變化卻相當(dāng)重要，可以與其它數(shù)據(jù)一起跟空氣污染相聯(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)類型的地衣。
Brodo（1967）在調(diào)查紐約長(zhǎng)島的地衣分布時(shí)，調(diào)查一些點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)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(diǎn)頻度為縱坐標(biāo)，各點(diǎn)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(gè)等級(jí)，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。
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0~10分級(jí)系統(tǒng)就是利用這些地衣種，同時(shí)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(gè)圖也可以估計(jì)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(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)。IAP是按如下公式定義的： 
n=某調(diào)查點(diǎn)的地衣種類數(shù)目；
F=某個(gè)種在調(diào)查點(diǎn)的頻度；
Q=某個(gè)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(píng)價(jià)了加拿大兩個(gè)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(gè)區(qū)帶圖與污染成分的濃度梯度非常一致。
n=某調(diào)查點(diǎn)的地衣種類數(shù)目；
F=某個(gè)種在調(diào)查點(diǎn)的頻度；
Q=某個(gè)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(gè)離地面有一定高度的木板上。將觀察結(jié)果與對(duì)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(jì)不同地區(qū)的污染程度。
Gilbert（1968），Hawksworth（1969，1971）等人在英國(guó)，Nash（1971）等在美國(guó)進(jìn)行了一系列移植實(shí)驗(yàn)。
魏江春等（1991）在進(jìn)行北京地區(qū)大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)研究中，使用了地衣移植法，將固著于石塊表面的地衣連同石塊一起移植至試驗(yàn)區(qū)的方法。

思考題：
1．為什么地衣對(duì)大氣污染非常敏感？
2．空氣中主要有那些物質(zhì)對(duì)地衣有傷害作用？
3．二氧化硫如何影響地衣的生理？
4．利用地衣對(duì)大氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的常用方法有哪些？

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