全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 23 期摇 摇 2012 年 12 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
中国石龙子母体孕期调温诱导幼体表型:母体操纵假说的实验检测 李摇 宏,周宗师,吴延庆,等 (7255)……
同种或异种干扰对花鼠分散贮藏点选择的影响 申摇 圳,董摇 钟,曹令立,等 (7264)……………………………
曝气充氧条件下污染河道氨挥发特性模拟 刘摇 波,王文林,凌摇 芬,等 (7270)…………………………………
贵州草海越冬斑头雁日间行为模式及环境因素对行为的影响 杨延峰,张国钢,陆摇 军,等 (7280)……………
青藏高原多年冻土区积雪对沼泽、草甸浅层土壤水热过程的影响 常摇 娟,王根绪,高永恒,等 (7289)………
长沙城市斑块湿地资源的时空演变 恭映璧,靖摇 磊,彭摇 磊,等 (7302)…………………………………………
基于模型数据融合的千烟洲亚热带人工林碳水通量模拟 任小丽,何洪林,刘摇 敏,等 (7313)…………………
农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准———以江苏省宜兴市为例 张摇 印,周羽辰,孙摇 华 (7327)………
用 PFU微型生物群落监测技术评价化工废水的静态毒性 李朝霞,张玉国,梁慧星 (7336)……………………
京郊农业生物循环系统生态经济能值评估———以密云尖岩村为例 周连第,胡艳霞,王亚芝,等 (7346)………
基于遥感的夏季西安城市公园“冷效应冶研究 冯晓刚,石摇 辉 (7355)…………………………………………
海南岛主要森林类型时空动态及关键驱动因子 王树东,欧阳志云,张翠萍,等 (7364)…………………………
不同播种时间对吉林省西部玉米绿水足迹的影响 秦丽杰,靳英华,段佩利 (7375)……………………………
黄土塬区不同品种玉米间作群体生长特征的动态变化 王小林,张岁岐,王淑庆,等 (7383)……………………
密植条件下种植方式对夏玉米群体根冠特性及产量的影响 李宗新,陈源泉,王庆成,等 (7391)………………
沙地不同发育阶段的人工生物结皮对重金属的富集作用 徐摇 杰,敖艳青,张璟霞,等 (7402)…………………
增强 UV鄄B辐射和氮对谷子叶光合色素及非酶促保护物质的影响 方摇 兴,钟章成 (7411)……………………
不同产地披针叶茴香光合特性对水分胁迫和复水的响应 曹永慧,周本智,陈双林,等 (7421)…………………
芦芽山林线华北落叶松径向变化季节特征 董满宇,江摇 源,王明昌,等 (7430)…………………………………
地形对植被生物量遥感反演的影响———以广州市为例 宋巍巍,管东生, 王摇 刚 (7440)………………………
指数施肥对楸树无性系生物量分配和根系形态的影响 王力朋,晏紫伊,李吉跃,等 (7452)……………………
火烧伤害对兴安落叶松树干径向生长的影响 王晓春,鲁永现 (7463)……………………………………………
山地梨枣树耗水特征及模型 辛小桂,吴普特,汪有科,等 (7473)…………………………………………………
两种常绿阔叶植物越冬光系统功能转变的特异性 钟传飞,张运涛,武晓颖,等 (7483)…………………………
干旱胁迫对银杏叶片光合系统域荧光特性的影响 魏晓东,陈国祥,施大伟,等 (7492)…………………………
神农架川金丝猴栖息地森林群落的数量分类与排序 李广良,丛摇 静,卢摇 慧,等 (7501)………………………
碱性土壤盐化过程中阴离子对土壤中镉有效态和植物吸收镉的影响 王祖伟,弋良朋,高文燕,等 (7512)……
两种绣线菊耐弱光能力的光合适应性 刘慧民,马艳丽,王柏臣,等 (7519)………………………………………
闽楠人工林细根寿命及其影响因素 郑金兴,黄锦学,王珍珍,等 (7532)…………………………………………
旅游交通碳排放的空间结构与情景分析 肖摇 潇,张摇 捷,卢俊宇,等 (7540)……………………………………
北京市妫水河流域人类活动的水文响应 刘玉明,张摇 静,武鹏飞,等 (7549)……………………………………
膜下滴灌技术生态鄄经济与可持续性分析———以新疆玛纳斯河流域棉花为例
范文波,吴普特,马枫梅 (7559)
…………………………………
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高温胁迫及其持续时间对棉蚜死亡和繁殖的影响 高桂珍,吕昭智,夏德萍,等 (7568)…………………………
桉树枝瘿姬小蜂虫瘿解剖特征与寄主叶片生理指标的变化 吴耀军,常明山,盛摇 双,等 (7576)………………
西南桦纯林与西南桦伊红椎混交林碳贮量比较 何友均,覃摇 林,李智勇,等 (7586)……………………………
长沙城市森林土壤 7 种重金属含量特征及其潜在生态风险 方摇 晰,唐志娟,田大伦,等 (7595)………………
专论与综述
城乡结合部人鄄环境系统关系研究综述 黄宝荣,张慧智 (7607)…………………………………………………
陆地生态系统碳水通量贡献区评价综述 张摇 慧,申双和,温学发,等 (7622)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*380*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*38*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄12
封面图说: 麋鹿群在过河———麋鹿属于鹿科,是中国的特有动物。 历史上麋鹿曾经广布于东亚地区,到 19 世纪时,只剩下在北
京南海子皇家猎苑内一群。 1900 年,八国联军攻陷北京,麋鹿被抢劫一空。 1901 年,英国的贝福特公爵用重金从
法、德、荷、比四国收买了世界上仅有的 18 头麋鹿,以半野生的方式集中放养在乌邦寺庄园内,麋鹿这才免于绝灭。
在世界动物保护组织的协调下,1985 年起麋鹿从英国分批回归家乡,放养到北京大兴南海子、江苏省大丰等地。 这
是在江苏省大丰麋鹿国家级自然保护区放养的麋鹿群正在过河。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 23 期
2012 年 12 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 23
Dec. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30860063, 30660027);内蒙古教育厅基金项目(NJzy08202);内蒙古师范大学青年基金项目(QN06014)
资助
收稿日期:2011鄄11鄄03; 摇 摇 修订日期:2012鄄07鄄23
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: xujie@ imnu. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201111031658
徐杰,敖艳青,张璟霞, 姚一平, 高天云, 骆洪.沙地不同发育阶段的人工生物结皮对重金属的富集作用.生态学报,2012,32(23):7402鄄7410.
Xu J, Ao Y Q, Zhang J X, Yao Y P, Gao T Y, Luo H. Heavy metal contaminant in development process of artificial biological Soil Crusts in sand鄄land.
Acta Ecologica Sinica,2012,32(23):7402鄄7410.
沙地不同发育阶段的人工生物结皮对
重金属的富集作用
徐摇 杰1,*,敖艳青2,张璟霞1, 姚一平3, 高天云3, 骆摇 洪3
(1. 内蒙古师范大学生命科学与技术学院,呼和浩特摇 010021;2. 内蒙古商贸职业学院工程系, 呼和浩特摇 010050;
3. 内蒙古农业科学院测试研究中心,呼和浩特摇 010031)
摘要: 生物结皮广泛存在于沙地生态系统,具有重要的生态功能。 通过对位于库布齐沙漠腹地达拉特旗火力发电厂附近沙地
中不同年代人工生物结皮及物理结皮中重金属含量的测定,旨在分析不同类型生物结皮及物理结皮在不同的发育阶段对重金
属富集的影响和重金属污染的指示程度。 通过分析和比较,得出以下结论:不同年代生物结皮和物理结皮各种重金属含量均表
现为随着发育时间的增加而增加的趋势,生物结皮重金属含量多数类型表现为:Zn>Cr>Ni>Pb>Cu>As>Co>Cd>Hg的顺序关系,
少数类型表现为:Cr>Zn>Ni>Pb>Cu>As>Co>Cd>Hg的顺序关系。 通过单因素方差分析(ANOVA),不同年代藓结皮中各种元素
差异显著性(P<0. 05)明显低于藻结皮和物理结皮.相同年代生物结皮和物理结皮重金属含量都表现为同样地规律:藓结皮>藻
结皮>物理结皮,表明相同背景条件下,藓结皮对各种重金属的富集能力明显比藻结皮和物理结皮的富集能力强。 通过单因素
方差分析(ANOVA),Hg和 Ni元素含量在所有相同年代样地的生物结皮和物理结皮均无差异,Cr、Zn、 Cu、Co 元素含量均存在
差异(P<0. 05),但差异有的表现在藓结皮和藻结皮之间,而有的表现为藻结皮和物理结皮之间,而 Pb、As、Cd元素含量则表现
为有的年代有差异,有的年代无差异。 通过污染因子 CF值分析,藓结皮对污染的指示作用要明显比藻结皮和物理结皮敏感。
同时生物结皮对于重金属的富集具有一定的选择性,像 Hg、Ni、Zn、Cu、Pb、Co等元素生物结皮相对富集较少,而像 Cr、Cd、As等
元素相对富集较多。
关键词:藓结皮; 藻结皮; 物理结皮; 重金属; 富集作用
Heavy metal contaminant in development process of artificial biological Soil
Crusts in sand鄄land
XU Jie1,*, AO Yanqing2, ZHANG Jingxia1, YAO Yiping3, GAO Tianyun3, LUO Hong3
1 College of Science and Technology, Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010021, China
2 Inner Mongolia International Trade College, Hohhot 010050, China
3 Inner Mongolia Academy of Agricultural Science, Hohhot 010031, China
Abstract: In sand鄄land ecological systems, there are wide鄄spread biological soil crusts which have an important function in
the ecological systems. In this study, the heavy metal element contents in artificial biological and physical crusts of different
stages were measured in the vicinity of Dalate Thermal Power Plant in Kubuqi Desert to analyze the influence of physical
soil crusts and different types of biological soil crusts in different developmental stages upon the ability to accumulate heavy
metal and indication of their pollution. The results showed that the contents of various heavy metals increased each year with
the increasing of the developmental time of biological and physical crusts of different stages. For most of types of heavy
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metals in soil crusts, the contents displayed the following sequence as Zn>Cr>Ni>Pb>Cu>As>Co>Cd >Hg, and for a few
of types, the contents showed one as Cr > Zn > Ni > Pb > Cu > As > Co >Cd>Hg. One factor analysis of variance (One鄄
way ANOVA) demonstrated that the difference significance (P<0. 05) of the various heavy metal contents in moss crusts of
different stages was greatly lower than that in the algal and physical crusts. Comparing of the heavy metal contents in the
biological crust and physical crusts of the same stage revealed that moss crusts > algal crusts > physical crusts, suggesting
that the heavy metal enrichment of moss crusts was greater than that of algal crusts and physical crusts. Through one鄄way
ANOVA, the contents of Hg and Ni in all kinds of biological crusts and physical crusts of the same stage were no significant
difference, while the contents of Cr, Zn, Cu and Co were significantly different (P<0. 05) in between moss crusts and
algae crusts, or in between algae crusts and physical crusts. As for Pb, As and Cd, their contents did not vary significantly
with the development stages of different crusts(P<0. 05). The contaminant factor (CF) analysis showed that moss crusts
were more sensitive than algal crusts and physical crusts for the role of indicating pollution. Meanwhile, biological crusts
accumulated the heavy metals selectively. They less likely accumulated Hg, Ni, Zn, Cu, Pb and Co and more likely
enriched Cr, Cd and As.
Key Words: moss crusts; algae crusts; physical crusts; heavy metals; contaminant
目前,环境污染已成为制约我国经济发展的瓶颈,环境污染问题(特别是工业重金属污染)成为当前环境
科学研究领域的热点。 鄂尔多斯地区作为我国新兴的能源地区,为发展火力发电提供了便利的条件,但火力
发电厂所排放的尘烟含有大量的污染重金属,污染重金属沉降对电厂周边居民生活和脆弱的沙地生态系统可
能会导致一系列的生态环境问题,因此利用生物指示作用监测重金属污染成为当物之急。 在欧美一些国家利
用地衣、苔藓植物来研究重金属富集作用和污染监测,已经成为一种成熟的技术手段[1鄄4],并且取得很多研究
成果,成为当今国际环境科学研究的热点之一[5鄄15]。 从 20 世纪 60 年代末开始,欧洲、美洲国家开始利用苔藓
植物指示监测和研究环境重金属的沉降污染,并且研究方法也在不断改进[16鄄17]。 通过研究苔藓植物对各国
工业地区、采矿区及火力电厂大气沉降重金属的富集,绘出地区和国家的大气沉降重金属污染指示图,并长期
监测,观察重金属随时间的推移,在苔藓植物体内的含量变化[18鄄22],以及对比不同种苔藓植物间对重金属的
富集和耐受作用[23],同时通过人工迁移栽培实验观察本地原有种与外来迁移种大气沉降污染重金属富集和
耐受作用,也有了一些方法和手段[24]。 利用苔藓植物监测技术在亚洲一些国家也有了起步[25]。 国内有关苔
藓植物对大气重金属污染研究起步较晚,研究的系统性较差。 先前主要是从生态学角度研究苔藓植物对大气
重金属污染的指示作用,化学方法报道较少。 近几年发表研究综述和实验性研究成果逐渐增多[26]。 曹同[27]
和 Shou鄄Qin Sun[28]分别利用苔藓植物的吊袋技术监测鞍山市和重庆市不同污染区域大气中重金属含量变化。
邵晶[29]对比北京和浙江天目山地区苔藓植物中重金属含量,并利用种间校正的方法,得出不同地区不同种苔
藓植物污染指示比较。 黄朝表[30]测定了金华市分布的苔藓植物体内 10 种重金属含量,探讨了体内富集的重
金属间的相关性。 上述所有研究均利用体型较大的苔藓植物种为研究材料,但是对于干旱半干旱区沙漠生态
系统,由于苔藓植物生长矮小,采集苔藓植物非常困难,因此限制了利用苔藓植物监测大气沉降重金属的监测
手段,但生物结皮广泛存在于干旱半干旱地区沙漠生态系统,生物结皮主要由藻类、菌类、地衣、苔藓植物共同
形成的一个复合生物土壤层[31鄄33],生物结皮的形成是大气降尘和生物综合作用的结果,生物结皮对防风固
沙、防止水土流失及土壤营养元素积累具有重要作用[34鄄36],因此能否利用生物结皮监测重金属污染成为一项
新的研究内容。 本文试图利用不同类型生物结皮和物理结皮作为监测材料,通过对生物结皮重金属含量的监
测,研究生物结皮对重金属的富集规律以及对环境污染的指示作用。
1摇 研究区域概况
研究区位于鄂尔多斯高原的北缘,库布齐沙漠的南缘的达拉特旗火力发电厂附近,地理位置在北纬 40毅
21忆30义—22忆30义,东经 109毅50忆30义—51忆50义。 属于黄河以南的二级阶地,平均海拔 1040 m,属中温带大陆性季风
3047摇 23 期 摇 摇 摇 徐杰摇 等:沙地不同发育阶段的人工生物结皮对重金属的富集作用 摇
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气候,年均降水量 240—360 mm,蒸发量 2160 mm,极端最高气温 40. 2 益,最低温度-34. 5 益,沙面最高温度
66 益,最低温度-39 益。 大于或等于 10 益年均积温为 3197. 4 益,无霜期为 130—140 d,年风速大于 5 m / s的
时日有 180 d,8 级以上大风日 27 d,扬沙日数 58 d,多出现在 3—5月。 年均风速 3. 3 m / s,最大瞬时风速可达
30 m / s。 地势南高北低,起伏不平。 立地类型主要有流动沙地,固定、半固定沙地和丘间低地。
2摇 研究方法
2. 1摇 野外样地的选择和调查
研究样地设在中国科学院水生生物研究所和内蒙古林业科学院共建研究基地,位于达拉特火力发电厂西
部,距离电厂直线距离 8 km,研究区域属于沙丘地,无居民定居,不存在人为污染。 该研究基地主要从事荒漠藻
的研究及纯化技术,并且利用纯化的藻液大规模培养后,人工喷施在流动沙丘上发育成人工生物结皮,以达到防
沙固沙的目的。 研究样地选择在不同年代(2002、2003、2004、2007、 2008 年)接种的人工生物结皮区。 野外调查
的标本采集于 2010年 8月进行,调查发现在所有年代接种样地均形成大面积藻结皮,2002、2003、2004 年接种样
地出现了大面积真藓属植物和小面积对齿藓属植物形成的藓结皮,在 2007 年接种样地藓结皮形成的面积较小,
只有真藓属植物没有对齿藓属植物,而在 2008年接种样地没有出现藓结皮。
2. 2摇 苔藓植物物种鉴定和生物结皮实验材料的采集
在试验区域内采集苔藓植物标本,经实验室鉴定,发现试验区域内分布最广的苔藓植物是真藓(Bryum
argenteum),构成了大面积的真藓结皮,其次是土生对齿藓(Didymodon vinealis),聚集成片形成土生对齿藓结
皮,镶嵌在真藓结皮中。 标本中还发现盐土藓(Pterygoneurum subsessile)和绿色流苏藓(Crossidium chloronotos)
属于稀有种,零星分布在真藓结皮中,芦荟藓(Aloina rigida)也属于稀有种,零星分布在土生对齿藓结皮中。
取样于 2011 年 6 月中旬至 6 月底完成。 取样分别在不同年代接种样地的样方内按五点采样法分别采集藻结
皮、藓结皮和物理结皮作为测定重金属的实验材料,根据鉴定结果,藓结皮选取代表性的真藓结皮。
2. 3摇 大气降尘的收集
2010 年 8 月在研究样地设置 3 个简易的沉降缸,2011 年 6 月底收集近 1a的大气降尘。
2. 4摇 样品的重金属含量测定
生物结皮、物理结皮和降尘的重金属含量测定在内蒙古农牧业科学院测试中心(国家测试认证机构)完
成。 利用 AAS鄄ICP 测定,实验步骤参照国家标准 GB / T5009 系列进行,每个样本重复 3 次。 测得的数据用
SPSS18. 0 软件进行数据分析。
3摇 结果分析
3. 1摇 不同年代人工生物结皮对重金属的富集
不同年代人工生物结皮发育过程中,结皮组分相应发生系列变化,表现在苔藓植物的定居和种类数量的
增加,样地中除了 2008 年接种样地只有藻结皮而未出现藓结皮外,其他年代样地不同程度出现了藓结皮。 表
1 和图 1 显示,不同年代藓结皮各种重金属含量均表现为随着年代的增加而增加,藓结皮重金属含量表现为:
Zn>Cr>Ni>Pb>Cu>As>Co>Cd>Hg 的顺序关系。 通过单因素方差分析(ANOVA)可以看出,不同年代藓结皮
中 Zn、Ni、Pb、As、Cd、Hg等 6 种元素无差异,其他 3 种元素 Cr、Cu、Co不同程度存在差异(P<0. 05),具体差异
参见表 1。 不同年代藻结皮各种重金属含量也均表现为随着年代的增加而增加的趋势(图 1),2002—2004 年
接种的藻结皮重金属含量表现为:Cr>Zn>Ni>Pb>Cu>As>Co>Cd>Hg的顺序关系,而 2007 年和 2008 年接种的
藻结皮重金属含量顺序则与藓结皮相同。 通过单因素方差分析(ANOVA)可以看出(表 1),不同年代藻结皮
中除了 Pb元素无差异,其他 8 种元素不同程度存在差异(P<0. 05)。 不同年代物理结皮各种重金属含量除个
别元素 Hg和 Zn在 2007 年样地比 2008 年样地含量稍大外,其他元素均表现为随着年代的增加而增加的趋势
(表 1),2002、2004、2007 年样地的重金属含量顺序与 2002—2004 年接种样地的藻结皮表现相同,而 2003 年
和 2008 年样地重金属含量顺序则与藓结皮相同。 通过单因素方差分析(ANOVA)可以看出(表 1),不同年代
物理结皮中除了 Hg 和 As元素无差异,其他 7 种元素不同程度存在差异(P<0. 05)。 由此可见,
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随着人工藻结皮发育年代的增加,无论是藻结皮本身还是其上发育的藓结皮以及物理结皮,其各种重金属的
含量均呈现出随着发育时间的增加,重金属含量富集越高。
3. 2摇 相同年代人工生物结皮和物理结皮对重金属的富集
通过对相同年代人工生物结皮和物理结皮重金属含量的分析比较,发现所有年代重金属含量均表现为:
藓结皮>藻结皮>物理结皮(图 1)。 说明相同背景下,藓结皮对各种重金属的富集能力明显比藻结皮和物理
结皮的富集能力强,而藻结皮也相应比物理结皮的富集能力强。 通过对 2002—2007 年相同年代样地的生物
结皮和物理结皮的重金属含量的单因素方差分析(ANOVA)和 2008 年样地 T鄄test 分析可知,Hg 和 Ni 元素含
量在生物结皮和物理结皮均无差异,Cr、Zn、 Cu、Co 元素含量在生物结皮和物理结皮均存在差异(P<0. 05),
但差异有的表现为藓结皮和藻结皮存在差异,而有的表现为藻结皮和物理结皮存在差异。 例如 Cr 元素,2002
年样地表现为藓结皮和藻结皮无差异,藓结皮、藻结皮与物理结皮存在差异(P<0. 05),2003 年和 2004 年样
地均表现为藓结皮、藻结皮与物理结皮之间均存在差异(P<0. 05),2007 年样地则表现为藓结皮和藻结皮、物
理结皮存在差异(P<0. 05),而藻结皮和物理结皮没有差异,2008 年样地表现为藻结皮和物理结皮存在差异
(P<0. 05),其他 3 种元素具体差异见表 1。 Pb、As、Cd元素在相同年代样地的生物结皮和物理结皮表现为有
的年代有差异,有的年代无差异,如 Pb元素只有 2007 年和 2008 年样地存在差异(P<0. 05),其他年代没有,
As元素只有 2002 年样地存在差异(P<0. 05),其他年代没有,Cd 元素 2002 和 2008 年样地没有差异,其他年
代均存在差异(P<0. 05),具体差异详见表 1。 通过以上分析,发现生物结皮对于重金属的吸附具有一定的选
择性,像 Hg、Ni、Zn、Cu、Pb等元素生物结皮相对富集较少,而像 Cr、Cd、As等元素相对富集较多。
图 1摇 生物结皮和物理结皮中重金属含量特征
Fig. 1摇 The comparisons of heavy metal concentration in biological and physical crusts
3. 3摇 不同年代人工促成生物结皮大气沉降重金属污染评价
污染因子常常作为评价一个地区受到污染程度的一个重要指标[2],其计算公式为 CF=X / X忆(X 为样品中
X元素含量,X忆为 X元素在该地区的环境背景值)。
具体分级标准见表 2。
6047 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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表 2摇 污染因子指数分级[15]
Table 2摇 The contamination factor indexes
污染因子 Contamination factor CF
污染因子 CF
Contamination factor CF<1 1
Contamination degree 无污染 极轻污染 轻度污染 中度污染 严重污染 极严重污染
由于研究区域属于风沙土质,因此,选用风沙土背景值[37]作为数据分析背景值。 表 3 给出的是人工生物
结皮和物理结皮在不同样地的污染因子(CF值)以及试验区域内降尘的 CF 值。 从表 3 中可以看出,该区域
大气降尘中只有 Hg、Zn、Cu三种元素其 CF值(2
结皮<藻结皮<藓结皮的趋势,而 Cd元素在不同年代藓结皮样地均表现为轻度污染,藻结皮样地则表现为随
年代增加,污染水平由极轻度污染向轻度污染的变化的趋势,说明藓结皮对 Cd 元素的吸附能力明显比藻结
皮高,因此藓结皮对污染的指示作用更敏感。 对于 As元素,由于降尘中含量较低,CF 值只有 0. 54,属于无污
染水平,但在藓结皮中,CF值在 2002、2003 藓结皮样地分别达到 1. 93 和 1. 74,属于极轻污染水平,因此 As元
素在生物结皮的富集作用也十分明显,这种现象同样出现在 Cr 元素上,说明生物结皮对 Cd、As、Cr 等元素具
有一定的选择吸收性。 对于 Hg、Zn、Cu等元素,虽然在降尘中含量较高,CF 属于轻度污染水平,但是在生物
结皮和物理结皮的含量均显著低于降尘中的含量(T鄄test, P<0. 05),说明生物结皮对 Hg、Zn、Cu、Ni、Co 等元
素没有特定的选择吸收性,同样情况还表现在 Pb元素含量上。
表 3摇 生物结皮、物理结皮和该区域降尘的 CF值以及污染级
Table 3摇 CF values and contamination degree of different biological and physical crusts and settled dusts in local region
污染程度
Pollution degree
汞
Hg
铬
Cr
铅
Pb
镉
Cd
锌
Zn
铜
Cu
钴
Co
镍
Ni
砷
As
CF<1 MC 2002 1. 50S 1. 92S 1. 22S 2. 93L 1. 74S 1. 73S 0. 92N 1. 84S 1. 93S
无污染 None 2003 1. 38S 1. 90S 1. 20S 2. 73L 1. 73S 1. 55S 0. 90N 1. 72S 1. 74S
2004 1. 13S 1. 62S 1. 20S 2. 64L 1. 08S 1. 52S 0. 68N 1. 49S 1. 65S
2007 1. 13S 1. 37S 1. 17S 2. 36L 1. 43S 1. 41S 0. 62N 1. 47S 1. 57S
1
2004 0. 88N 1. 48S 1. 14S 2. 16L 1. 08S 1. 03S 0. 57N 1. 40S 1. 50S
2007 1. 02S 1. 22S 0. 68N 1. 98S 1. 27S 1. 17S 0. 58N 1. 34S 1. 32S
2008 1. 13S 1. 16S 0. 92N 1. 93S 1. 27S 1. 14S 0. 43N 1. 27S 1. 14S
2
2004 0. 75N 1. 30S 1. 09S 1. 66S 1N 1. 01S 0. 54N 1. 37S 1. 44S
2007 0. 88N 1. 18S 0. 98N 1. 59S 0. 89N 0. 98N 0. 38N 1. 32S 1. 30S
2008 0. 99N 0. 94N 0. 69N 1. 48S 1. 15S 0. 97N 0. 33N 1. 12S 1. 07S
SD 2. 94L 1. 07S 1. 19S 1. 27S 2. 10L 2. 06L 0. 93N 1. 37S 0. 54N
4摇 结论与讨论
利用苔藓植物对重金属的富集作用研究重金属污染是当今世界各国学者普遍采用的方法,并且是一种成
熟的技术手段。 但是对于沙地生态系统,由于分布的苔藓植物属于旱生类型,植株个体较小,很难分离,因此
利用苔藓植物作为污染指示生物往往受到方法和试验材料的局限。 而生物结皮作为一个整体的生态功能单
位广泛存在于沙地生态系统,并且其组分苔藓植物、藻类植物、地衣是很好的污染指示生物,因此对于沙地生
7047摇 23 期 摇 摇 摇 徐杰摇 等:沙地不同发育阶段的人工生物结皮对重金属的富集作用 摇
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态系统生物结皮是非常好的自然环境污染指示生物。 根据内蒙古土壤环境背景值和风沙土元素背景值[37]比
较,可以看出风沙土各元素背景值远低于内蒙古土壤环境背景值(表 1),说明风沙土本身土壤重金属含量很
低,根据污染因子指数分级指标,属于无污染土壤类型(CF<1)。 通过对研究区域收集的大气降尘中重金属
含量的测定,发现降尘中 As 元素含量(2. 33依0. 242) mg / kg 低于风沙土背景值(4. 30依1. 90) mg / kg,其他元
素含量均高于背景值。 As元素含量较低主要与当地电厂燃煤中的 As元素含量有关,王再岚研究发现当地燃
煤中 As元素含量范围在 3. 0—4. 5 mg / kg 之间,由于不能完全释放到大气中,因此降尘中 As 元素含量较
低[38]。 研究区域没有河流,并且远离居民区,没有其他污染源,在这种环境背景下,生物结皮富集的重金属可
能来源于火力发电厂释放的大气降尘。 由于研究区域多大风、降雨少等特殊的气候条件,使降尘落地后很容
易被风力吹散而不易固着在沙地土壤表面。 生物结皮由于特殊的结构,特别是藓结皮,很容易捕获大气中的
降水和降尘颗粒,从而被结皮生物所富集[39鄄40]。 因此在沙地生态系统,生物结皮作为天然监测重金属污染的
指示生物是非常理想的试验材料。 本文利用生物结皮作为研究材料,并且选择非常典型的人工发育不同阶段
梯度的生物结皮研究样地,通过测试分析,得出以下结论:(1)不同年代生物结皮和无结皮表土各种重金属含
量均表现为随着年代的增加而增加的趋势,生物结皮重金属含量多数类型表现为:Zn>Cr>Ni>Pb>Cu>As>Co>
Cd>Hg的顺序关系,少数类型表现为:Cr>Zn>Ni>Pb>Cu>As>Co>Cd>Hg 的顺序关系。 通过单因素方差分析
(ANOVA),不同年代藓结皮中各种元素差异显著性(P<0. 05)明显低于藻结皮和物理结皮。 (2)相同年代生
物结皮和物理结皮重金属含量都表现为同样地规律:藓结皮>藻结皮>物理结皮,表明相同背景条件下,藓结
皮对各种重金属的富集能力明显比藻结皮和物理结皮的富集能力强。 通过单因素方差分析(ANOVA),Hg 和
Ni元素在所有同年代样地的生物结皮和物理结皮均无差异,Cr、Zn、 Cu、Co 元素均存在差异(P<0. 05),但差
异有的表现在藓结皮和藻结皮之间,而有的表现为藻结皮和无结皮表土之间,而 Pb、As、Cd 元素则表现为有
的年代有差异,有的年代无差异。 (3)通过污染因子 CF分析,藓结皮对污染的指示作用要明显比藻结皮和物
理结皮敏感。 同时生物结皮对于重金属的富集具有一定的选择性,像 Hg、Ni、Zn、Cu、Pb、Co 等元素生物结皮
相对富集较少,而像 Cr、Cd、As等元素相对富集较多。
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0147 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 23 December,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Maternal thermoregulation during gestation affects the phenotype of hatchling Chinese skinks (Eumeces chinensis): testing the
maternal manipulation hypothesis LI Hong, ZHOU Zongshi, WU Yanqing, et al (7255)…………………………………………
Effects of conspecific and interspecific interference competitions on cache site selection of Siberian chipmunks (Tamias sibiricus)
SHEN Zhen,DONG Zhong, CAO Lingli,et al (7264)
…
………………………………………………………………………………
Characterization of ammonia volatilization from polluted river under aeration conditons: a simulation study
LIU Bo, WANG Wenlin, LING Fen, et al (7270)
……………………………
…………………………………………………………………………………
Diurnal activity patterns and environmental factors on behaviors of Bar鄄headed Geese Anser indicus wintering at Caohai Lake of
Guizhou, China YANG Yanfeng,ZHANG Guogang,LU Jun,et al (7280)…………………………………………………………
Impacts of snow cover change on soil water鄄heat processes of swamp and meadow in Permafrost Region, Qinghai鄄Tibetan Plateau
CHANG Juan,WANG Gengxu,GAO Yongheng,et al (7289)
……
………………………………………………………………………
Spatial鄄temporal changes of urban patch wetlands in Changsha, China GONG Yingbi, JING Lei, PENG Lei, et al (7302)…………
Modeling of carbon and water fluxes of Qianyanzhou subtropical coniferous plantation using model鄄data fusion approach
REN Xiaoli, HE Honglin, LIU Min, et al (7313)
……………
…………………………………………………………………………………
Ecological compensation standard for controlling nitrogen non鄄point pollution from farmland: a case study of Yixing City in Jiang
Su Province ZHANG Yin, ZHOU Yuchen, SUN Hua (7327)……………………………………………………………………
Static toxicity evaluation of chemical wastewater by PFU microbial communities method
LI Zhaoxia, ZHANG Yuguo, LIANG Huixing (7336)
………………………………………………
………………………………………………………………………………
Emergy evaluation of an agro鄄circulation system in Beijing suburb: take Jianyan village as a case study
ZHOU Liandi, HU Yanxia, WANG Yazhi, et al (7346)
………………………………
……………………………………………………………………………
Research on the cooling effect of Xi忆an parks in summer based on remote sensing FENG Xiaogang, SHI Hui (7355)………………
The dynamics of spatial and temporal changes to forested land and key factors driving change on Hainan Island
WANG Shudong, OUYANG Zhiyun,ZHANG Cuiping, et al (7364)
………………………
………………………………………………………………
Impact of different sowing dates on green water footprint of maize in western Jilin Province
QIN Lijie, JIN Yinghua, DUAN Peili (7375)
……………………………………………
………………………………………………………………………………………
The dynamic variation of maize (Sea mays L. ) population growth characteristics under cultivars鄄intercropped on the Loess Plateau
WANG Xiaolin, ZHANG Suiqi, WANG Shuqing, et al (7383)
…
……………………………………………………………………
Effect of different planting methods on root鄄shoot characteristics and grain yield of summer maize under high densities
LI Zongxin, CHEN Yuanquan, WANG Qingcheng, et al (7391)
………………
…………………………………………………………………
Heavy metal contaminant in development process of artificial biological Soil Crusts in sand鄄land
XU Jie, AO Yanqing, ZHANG Jingxia,et al (7402)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of enhanced UV鄄B radiation and nitrogen on photosynthetic pigments and non鄄enzymatic protection system in leaves of
foxtail millet (Setaria italica (L. ) Beauv. ) FANG Xing, ZHONG Zhangcheng (7411)…………………………………………
Photosynthetic response of different ecotype of Illicium lanceolatum seedlings to drought stress and rewatering
CAO Yonghui, ZHOU Benzhi, CHEN Shuanglin,et al (7421)
………………………
……………………………………………………………………
Seasonal variations in the stems of Larix principis鄄rupprechtii at the treeline of the Luya Mountains
DONG Manyu, JIANG Yuan, WANG Mingchang, et al (7430)
……………………………………
……………………………………………………………………
Influence of terrain on plant biomass estimates by remote sensing: a case study of Guangzhou City, China
SONG Weiwei,GUAN Dongsheng, WANG Gang (7440)
……………………………
……………………………………………………………………………
Effects of exponential fertilization on biomass allocation and root morphology of Catalpa bungei clones
WANG Lipeng, YAN Ziyi, LI Jiyue, et al (7452)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of fire damages on Larix gmelinii radial growth at Tahe in Daxing忆an Mountains, China
WANG Xiaochun, LU Yongxian (7463)
………………………………………
……………………………………………………………………………………………
A model for water consumption by mountain jujube pear鄄like XIN Xiaogui,WU Pute, WANG Youke, et al (7473)…………………
Specificity of photosystems function change of two kinds of overwintering broadleaf evergreen plants
ZHONG Chuanfei, ZHANG Yuntao, WU Xiaoying, et al (7483)
…………………………………
…………………………………………………………………
Effects of drought on fluorescence characteristics of photosystem 域 in leaves of Ginkgo biloba
WEI Xiaodong,CHEN Guoxiang,SHI Dawei,et al (7492)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
Numerical classification and ordination of forest communities in habitat of Sichuan Snub鄄nosed Monkey in Hubei Shennongjia
National Nature Reserve LI Guangliang, CONG Jing, LU Hui, et al (7501)……………………………………………………
Impact of inorganic anions on the cadmium effective fraction in soil and its phytoavailability during salinization in alkaline soils
WANG Zuwei, YI Liangpeng, GAO Wenyan, et al (7512)
……
…………………………………………………………………………
Photosynthetic adaptability of the resistance ability to weak light of 2 species Spiraea L.
LIU Huimin,MA Yanli, WANG Baichen,et al (7519)
………………………………………………
………………………………………………………………………………
Fine root longevity and controlling factors in a Phoebe Bournei plantation
ZHENG Jinxing,HUANG Jinxue,WANG Zhenzhen,et al (7532)
………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Analysis on spatial structure and scenarios of carbon dioxide emissions from tourism transportation
XIAO Xiao, ZHANG Jie, LU Junyu, et al (7540)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
The hydrological response to human activities in Guishui River Basin, Beijing
LIU Yuming, ZHANG Jing, WU Pengfei, et al (7549)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Socio鄄economic impacts of under鄄film drip irrigation technology and sustainable assessment: a case in the Manas River Basin,
Xinjiang, China FAN Wenbo, WU Pute,MA Fengmei (7559)……………………………………………………………………
Effects of pattern and timing of high temperature exposure on the mortality and fecundity of Aphis gossypii Glover on cotton
GAO Guizhen, L譈 Zhaozhi, XIA Deping, et al (7568)
…………
……………………………………………………………………………
Physiological responses of Eucalyptus trees to infestation of Leptocybe invasa Fisher & La Salle
WU Yaojun, CHANG Mingshan, SHENG Shuang, et al (7576)
………………………………………
……………………………………………………………………
Carbon storage capacity of a Betula alnoides stand and a mixed Betula alnoides 伊 Castanopsis hystrix stand in Southern Subtropical
China: a comparison study HE Youjun, QIN Lin, LI Zhiyong,et al (7586)………………………………………………………
Distribution and ecological risk assessment of 7 heavy metals in urban forest soils in Changsha City
FANG Xi, TANG Zhijuan, TIAN Dalun, et al (7595)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
The relationship between humans and the environment at the urban鄄rural interface:research progress and prospects
HUANG Baorong, ZHANG Huizhi (7607)
…………………
…………………………………………………………………………………………
Flux footprint of carbon dioxide and vapor exchange over the terrestrial ecosystem: a review
ZHANG Hui, SHEN Shuanghe, WEN Xuefa,et al (7622)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
4367 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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第 32 卷摇 第 23 期摇 (2012 年 12 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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Vol郾 32摇 No郾 23 (December, 2012)
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