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1、地衣与大气污染第1页，共22页，编辑于2022年，星期六地衣可作为环境监测的指示生物的原因地衣可作为环境监测的指示生物的原因(1)地衣生长所需的水分全部依赖于雨水或雾，大气中的污染物溶入地衣生长所需的水分全部依赖于雨水或雾，大气中的污染物溶入雨水且被浓缩而作用于地衣体内；雨水且被浓缩而作用于地衣体内；(2)地衣无根茎叶分化，是以整体吸收养分，所以它吸收污染物的量地衣无根茎叶分化，是以整体吸收养分，所以它吸收污染物的量多，一旦被污染，富集量就特别多，受害就特别严重；多，一旦被污染，富集量就特别多，受害就特别严重；(3)地衣缺乏像高等植物那样的真皮层和蜡质层，污染物易进入体内，致使地衣缺乏像高等植
2、物那样的真皮层和蜡质层，污染物易进入体内，致使体内有害物质高出周围许多倍，对污染特别敏感；体内有害物质高出周围许多倍，对污染特别敏感；(4)地衣的生长速度比高等植物缓慢，一旦受害恢复所需要的时间也长。地衣的生长速度比高等植物缓慢，一旦受害恢复所需要的时间也长。所以，地衣对大气污染极其敏感，是一类很好的大气监测指示物。所以，地衣对大气污染极其敏感，是一类很好的大气监测指示物。第2页，共22页，编辑于2022年，星期六一、研究历史一、研究历史（一）早期研究（一）早期研究 大气污染对地衣影响的研究工作进展不大。Nylander(1866)就发现巴黎区地衣的种类和数量在不断减少，并发表了文章；Arno
3、ld（18911901）对德国慕尼黑地区及其周围的地衣进行了详细的报道。第3页，共22页，编辑于2022年，星期六（二）（二）地衣的区带分布现象地衣的区带分布现象 欧洲，Sernander(1912，1926)研究城区周围地衣并进行分带处理，据地衣分布及生长情况，把该地区分为三个区带：中央地衣荒漠区（中央地衣荒漠区（Lichen desert）地衣挣扎生长区地衣挣扎生长区(struggle zone)地衣正常生长区地衣正常生长区(normal zone)Haugsja（1930）依据三区方法，画出了奥斯陆的地衣分布图。Vaarna(1934)研究了赫尔辛基的地衣分布后，创建了四区方法。第4页，
4、共22页，编辑于2022年，星期六（三）（三）等级做图方法等级做图方法 Mrose（1941）地衣分布与二氧化硫之间关系地衣分布与二氧化硫之间关系 Jones(1952)把地区大气污染程度与地衣生长及分布情况相联系把地区大气污染程度与地衣生长及分布情况相联系，分分为几个等级为几个等级，然后制作成图表然后制作成图表 Barkman(1963)在调查地区选择了在调查地区选择了15种地衣进行鉴定和做图，并种地衣进行鉴定和做图，并按照地衣丰度的大小依次排列。他根据等级作图的结果按照地衣丰度的大小依次排列。他根据等级作图的结果，将所将所调查的地区分为三类调查的地区分为三类。Hawksworth 和和Ro
5、se（1970）调查了一些常见地衣种的分布调查了一些常见地衣种的分布，把把这些种耐污染的程度分为这些种耐污染的程度分为11个等级个等级。Gilbert(1970)，他调查的不是单个种而是地衣群落。其基物除了树他调查的不是单个种而是地衣群落。其基物除了树干以外干以外，还有岩石以及石头建筑物等。还有岩石以及石头建筑物等。第5页，共22页，编辑于2022年，星期六（四）干旱假说（四）干旱假说RyazakRyazak（19581958，19681968），），yazak&krysiakyazak&krysiak（190190）“干旱假说干旱假说”（droughthypothesisdroughthyp
6、othesis）：）：地衣荒漠区的形成是由于有害的微地衣荒漠区的形成是由于有害的微气候环境气候环境，特别是湿度的降低特别是湿度的降低，气温的升高气温的升高，以及干湿交替频率以及干湿交替频率的加快。的加快。“干旱假说干旱假说”理论还欠说服力理论还欠说服力 ，LeBlancLeBlanc（19611961）和和TallisTallis（19641964）分别调查了湿度大的城区分别调查了湿度大的城区，同样发现了地衣荒漠同样发现了地衣荒漠区区 ；Skye(1958)Skye(1958)，FentonFenton（19601960）；）；Rao Rao 和和 LeBlancLeBlanc（1966196
7、6）以及以及GilbertGilbert（19651965）有关空气污染导致地衣消失的报道有充分的有关空气污染导致地衣消失的报道有充分的二氧化硫数据，令人信服。二氧化硫数据，令人信服。第6页，共22页，编辑于2022年，星期六（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，通过照像记录颜色变化通过照像记录颜色变化来研究地衣损伤程度与离城区中心距离的关系。来研究地衣损伤程度与离城区中心距离的关系。“大气纯净指数大气纯净指数”（缩写为（缩写为IAP；以下统称为以下统称为IAP值）的方法来表示该值）的方法来表示该地区的大气污染程度。地区的大气污染
8、程度。DeSloover和和LeBlanc（1968），），LeBlanc和和DeSloover(1970)Comeau 和和 LeBlanc（1972)实验室进行了不同氟化物水平影响地衣生实验室进行了不同氟化物水平影响地衣生长的研究长的研究 Rao和和LeBlanc(1966)才开始在实验室研究二氧化硫对地衣的影响才开始在实验室研究二氧化硫对地衣的影响 有关大气污染影响地衣生长机制的研究有关大气污染影响地衣生长机制的研究 第7页，共22页，编辑于2022年，星期六二、大气污染影响地衣生长的因素二、大气污染影响地衣生长的因素（一）二氧化硫（一）二氧化硫“毒气理论毒气理论”：空气污染（主要为二氧
9、化硫污染）是导致地衣空气污染（主要为二氧化硫污染）是导致地衣荒漠区形成的主要因素。荒漠区形成的主要因素。Skye（1958）瑞典一家乡村炼油厂附近的地衣瑞典一家乡村炼油厂附近的地衣调查；调查；二氧化硫圆柱二氧化硫圆柱桶桶实验。实验。LeBlanc，Rao和和Corneau(1972)IAP值图值图，而这个图的区带与二而这个图的区带与二氧化硫浓度的梯度区带非常相似。氧化硫浓度的梯度区带非常相似。Rao和和LeBlanc（1966）将地衣菌丝体放在二氧化硫浓度为将地衣菌丝体放在二氧化硫浓度为510-6的的容器中容器中，于不同的湿度下培养于不同的湿度下培养24小时小时，菌丝表面出现褐色斑点菌丝表面出
10、现褐色斑点，藻细胞发生质壁分离现象。藻细胞发生质壁分离现象。第8页，共22页，编辑于2022年，星期六（二）氟化物（二）氟化物 野外观察证明氟化物污染源附近的地衣非常贫乏。通过地衣移植，表明：距离工厂越近，氟含量越高，地衣体损伤越严重。Comeau和LeBlanc（1972）的实验结果表明了氟对地衣的伤害作用。第9页，共22页，编辑于2022年，星期六（三）其他因素（三）其他因素（三）其他因素（三）其他因素1重金属元素有些重金属，特别是铜、钙、铁、铅、镁、镍和锌，它们在地衣体内的含量高出周围环境许多倍。2放射性物质放射性元素，如铯-137、锶-90，这些物质主要来自核电站和实验原子反应堆。此外
11、，电离辐射、人工肥料以及杀虫剂也会对地衣生长产生影响。至于臭氧、氧化氮、硫化氢、氨和硝酸何是否对地衣生长产生影响，到目前为止，还没有积累足够的资料和数据。第10页，共22页，编辑于2022年，星期六三、大气污染与地衣生理三、大气污染与地衣生理 1.二氧化硫与地衣生理关系二氧化硫与地衣生理关系空气中的空气中的SOSO2 2除了直接进入地衣体除了直接进入地衣体，还通过形成酸雨降低环境还通过形成酸雨降低环境pHpH值的方式值的方式间接影响地衣生长。间接影响地衣生长。SOSO2 2等有害成分在地衣体内积累后等有害成分在地衣体内积累后，就会导致细胞膜的渗透性改变就会导致细胞膜的渗透性改变，叶绿素叶绿素转
12、变为脱转变为脱镁镁叶绿素或是其基本结构遭到破坏。叶绿素或是其基本结构遭到破坏。当当SOSO2 2浓度低时浓度低时，它竞争性地抑制了磷酸核它竞争性地抑制了磷酸核酮酮糖碳化酶糖碳化酶，二氧化碳吸收受阻二氧化碳吸收受阻；SOSO2 2浓度高时浓度高时，细胞膜和叶绿素受到不可逆损伤细胞膜和叶绿素受到不可逆损伤，使得物质交换和光合使得物质交换和光合作用受到影响。作用受到影响。许多实验证明许多实验证明：光合作用是受大气污染影响最敏感的过程。光合作用是受大气污染影响最敏感的过程。第11页，共22页，编辑于2022年，星期六二氧化硫与地衣生理关系研究概况：二氧化硫与地衣生理关系研究概况：Smith（1960）
13、最早提出大气污染损伤地衣的可能性机制最早提出大气污染损伤地衣的可能性机制 Skye(1958)分分析析了了受受到到大大气气污污染染损损伤伤的的地地衣衣槽槽梅梅衣衣的的叶叶绿绿素素，与与正常生长的地衣相比正常生长的地衣相比，其叶绿其叶绿素素含量减少。含量减少。Rao和和LeBlanc（1966）证证明明了了在在SO2作作用用下下地地衣衣的的叶叶绿绿素素转转变变为脱为脱镁镁叶绿素。叶绿素。Hill(1971)就就有有关关SO2损损伤伤地地衣衣的的机机理理进进行行了了更更为为深深入入的的研研究究。后后来来，Puckett(1973)等等人人也也进进行行了了类类似似的的实实验验。结结论论：低低的的pH
14、值值有有利利于于二二氧氧化化硫硫水水溶溶液液氧氧化化叶叶绿绿素素，使使其其结结构构遭遭到到破破坏坏，光光合合作作用用就会减弱。就会减弱。第12页，共22页，编辑于2022年，星期六2.2.空空气气污污染染导导致致地地衣衣体体一一些些结结构构物物质质的的合合成成以以及及次次生生代代谢产物受到影响。谢产物受到影响。3.3.空空气气污污染染对对产产生生抗抗生生素素的的影影响响。如如，SOSO2 2影影响响地地衣衣抗抗生生素的产生。素的产生。第13页，共22页，编辑于2022年，星期六四、大气污染影响地衣分布的研究方法四、大气污染影响地衣分布的研究方法（一）种的分布（一）种的分布就某个污染地区内单个种
15、的分布进行做图被。就某个污染地区内单个种的分布进行做图被。大部分工作者主要是调查或是仅调查树生地衣。大部分工作者主要是调查或是仅调查树生地衣。缺点：缺点：没有从地衣体的角度去考虑没有从地衣体的角度去考虑，如频度、盖度等。如频度、盖度等。这这种种方方法法重重要要性性：只只有有通通过过单单个个种种的的调调查查，才才能能了了解解它它对对大大气气污污染染的的敏敏感感性性，从从而而找找到到耐耐污污染染的的种种和和那那些些最最适适合合作作为为指指示示生物的地衣种。生物的地衣种。第14页，共22页，编辑于2022年，星期六（二）种的数目（二）种的数目在相同的某些点（如相同环境在相同的某些点（如相同环境下下的
16、同种同龄树）出现的地衣种类的同种同龄树）出现的地衣种类的数目也可以反映出大气污染的程度的数目也可以反映出大气污染的程度。Jones（1952）将将Haugsja（1930）的有关奥斯陆地衣分布的资的有关奥斯陆地衣分布的资料制作成图表料制作成图表，结果表明结果表明，越接近城内越接近城内，地衣种类数目越少。地衣种类数目越少。Gilbert（1965）调查了从纽卡斯尔到一家工厂约调查了从纽卡斯尔到一家工厂约16km长的距离长的距离，发现所有基物上的地衣种类从发现所有基物上的地衣种类从56种减少到种减少到5种。种。第15页，共22页，编辑于2022年，星期六（三）盖度和频度（三）盖度和频度单单个个种种
17、的的盖盖度度变变化化却却相相当当重重要要，可可以以与与其其它它数数据据一一起起跟跟空空气气污污染染相联系制作曲线图或划分为等级。相联系制作曲线图或划分为等级。Fenton（1960）盖度曲线图也可以用于某一生长类型的地衣盖度曲线图也可以用于某一生长类型的地衣。Brodo（1967）在在调调查查纽纽约约长长岛岛的的地地衣衣分分布布时时，调调查查一一些些点点，每每个个点点选选择择50棵棵相相同同的的树树，观观察察某某种种地地衣衣在在这这些些树树上上出出现现的的百百分分比比频频度度，再再以以该该种种地地衣衣在在各各点点频频度度为为纵纵坐坐标标，各各点点到到市市中中心心的的距距离离为为横横坐坐标标，作
18、作出出一一条条曲曲线线。这这种种依依据据频频度度做做图图的的方方法法也可以反映该地区的污染程度。也可以反映该地区的污染程度。第16页，共22页，编辑于2022年，星期六（四）分区做图（四）分区做图三区或四区系统三区或四区系统。但但Barkman（1958），基基于于一一些些常常见见地地衣衣的的群群落落，将将它它们们划划分分为为4个个等等级级，再再根根据据这这些些等等级级作作出出地地衣衣分分布布区区带带图图来来估估价价大大气气污污染程度。染程度。利利用用那那些些能能在在不不同同污污染染程程度度下下出出现现而而又又容容易易辨辨认认的的地地衣衣作作指指示示种种。Hawksworth和和Rose(19
19、70）的的010分分级级系系统统就就是是利利用用这这些些地地衣衣种种，同同时时还还考考虑虑它它们们所所附附生生的的树树龄龄、树树干干上上的的高高度度以以及及周周围围的的环环境境差差异异。他他们们利利用用这这种种方方法法作作出出了了英英格格兰兰和和威威尔尔士士的的地地衣衣分布图分布图，从这个图也可以估计出大气中二氧化硫的浓度。从这个图也可以估计出大气中二氧化硫的浓度。第17页，共22页，编辑于2022年，星期六（五）（五）IAP做图做图大气纯净指数大气纯净指数IAPIAP，是由是由DeSlooverDeSloover（19641964）提出的。提出的。IAPIAP是依是依据地衣的种类数目、频度和
20、对污染的抵抗力来对大气污染的程据地衣的种类数目、频度和对污染的抵抗力来对大气污染的程度进行数量评价。度进行数量评价。IAPIAP是按如下公式定义的是按如下公式定义的：n=n=某调查点的地衣种类数目；某调查点的地衣种类数目；F=F=某个种在调查点的频度；某个种在调查点的频度；Q=Q=某个种的生态指数或污染敏感指数。某个种的生态指数或污染敏感指数。第18页，共22页，编辑于2022年，星期六LeBlancLeBlanc和和DeSlooverDeSloover（19701970）把以上公式稍加修改如把以上公式稍加修改如下下：LeBlanc，Rao和和Comeau（1972a，1972b）又又利利用用
21、该该公公式式评评价价了了加加拿拿大大两两个个工工业业区区的的大大气气污污染染程程度度，并并依依照照IAP值值做做出出五五区区和和六六区区图图，并并且且这这两两个个区区带带图图与与污污染染成成分分的的浓度梯度非常一致。浓度梯度非常一致。n=n=n=n=某调查点的地衣种类数目；某调查点的地衣种类数目；某调查点的地衣种类数目；某调查点的地衣种类数目；F=F=F=F=某个种在调查点的频度；某个种在调查点的频度；某个种在调查点的频度；某个种在调查点的频度；Q=Q=Q=Q=某个种的生态指数或污染敏感指数。某个种的生态指数或污染敏感指数。某个种的生态指数或污染敏感指数。某个种的生态指数或污染敏感指数。第19
22、页，共22页，编辑于2022年，星期六（六）地衣移植（六）地衣移植（六）地衣移植（六）地衣移植将将移移植植的的带带地地衣衣的的树树皮皮固固定定在在一一个个离离地地面面有有一一定定高高度度的的木木板板上上。将将观观察察结结果果与与对对照照木木板板进进行行比比较较，通通过过比比较较移移植植地地衣衣的的损损伤伤程程度度，可以估计不同地区的污染程度可以估计不同地区的污染程度。Gilbert（1968），Hawksworth（1969，1971）等等人人在在英英国国，Nash（1971）等在美国进行了一系列移植实验。等在美国进行了一系列移植实验。魏魏江江春春等等（1991）在在进进行行北北京京地地区区大
23、大气气质质量量监监测测研研究究中中，使使用用了了地地衣衣移移植植法法，将将固固着着于于石石块块表表面面的的地地衣衣连连同同石石块块一一起起移移植植至至试试验验区区的方法。的方法。第20页，共22页，编辑于2022年，星期六思考题：思考题：1为什么地衣对大气污染非常敏感？为什么地衣对大气污染非常敏感？2空气中主要有那些物质对地衣有伤害作用？空气中主要有那些物质对地衣有伤害作用？3二氧化硫如何影响地衣的生理？二氧化硫如何影响地衣的生理？4利用地衣对大气质量进行监测的常用方法有哪些？利用地衣对大气质量进行监测的常用方法有哪些？第21页，共22页，编辑于2022年，星期六第22页，共22页，编辑于2022年，星期六