全 文 ：第21卷　第1期
　Vol.21　 No.1
草　地　学　报
ACTA AGRESTIA SINICA
　　　　　2013年 1月
　 Jan.　　2013
青藏高原不同草地类型苔藓植物化学元素特征
金艳霞1,2,周华坤1,赵新全1,陈　哲1,2,姚步青1,付京晶1,2,温　军1,2∗,李天才1
(1.中国科学院西北高原生物研究所,青海 西宁　810001;2.中国科学院研究生院,北京　100049)
摘要:为探讨青藏高原地区苔藓植物对重金属元素的积累状况,在海北站和三江源站的灌丛及草甸采集苔藓植物样
品,利用原子吸收光谱仪法(AAS)测定了这些苔藓植物体内19种化学元素的含量。结果表明:青藏高原海北和果洛
的苔藓植物体内重金属元素Hg,Cd,Zn和Cr的含量不仅高于国内的贡嘎山原始森林地带,也高于国外的意大利、芬
兰、挪威等地区;海北的沼泽化草甸和金露梅(Potentilafruticosa)灌丛草甸,以及果洛的嵩草(Kobresiahumilis)草甸
和金露梅灌丛草甸的苔藓植物中化学元素的积累有明显差异。如除了K元素外,Ca和 Mg元素在海北草甸苔藓体内
的含量略高于果洛草甸。此外,苔藓植物体内Cd-Co,Cd-Ni,Cu-Se等元素间存在显著正相关关系。
关键词:苔藓植物;青藏高原;草甸;化学元素含量
中图分类号:Q949.35;X171　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1007-0435(2013)01-0065-08
ChemicalElementCharacteristicsofMossfromDifferent
AlpineMeadowsofQinghai-TibetPlateau
JINYan-xia1,2,ZHOUHua-kun1,ZHAOXin-quan1,CHENZhe1,2,
YAOBu-qing1,FUJing-jing1,2,WENJun1,2∗,LITian-cai1
(1.NorthwestPlateauInstituteofBiology,ChineseAcademyofScience,Xining,QinghaiProvince810001,China;
2.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)
Abstract:Inthisstudy,mosssampleswerecolectedfromtheshrubsandmeadowsofHaibeistationand
Three-RiverHeadwaters’stationtoexploremossaccumulationcapacityofheavymetalsonQinghai-Tibet
Plateau.NineteenelementsinthesemosssampleswereanalyzedbymeansoftheAtomicAbsorptionSpec-
trometry.Resultsofstatisticalanalysisshowedthattheenrichmentconcentrationofheavymetalelements
suchasHg,Cd,Zn,CrwashigherthansamplesfromGonggamontainforests,especialyhigherthan
samplesfromsimilarareasofItaly,Finland,andNorway.Theenrichmentconcentrationofchemicalele-
mentshadsignificantdifferencebetweenalpinemeadowofPotentilafruticosainHaibeiandKobresiahu-
milisinGuoluo.Inaddition,theseresultsalsoshowedthatthereweresignificantpositivecorrelationsbe-
tweenCdandCo,CdandNi,CuandSeintestedmosssamples.
Keyword:Mosses;Qinghai-TibetPlateau;Alpinemeadow;Chemicalelementconcentration
　　重金属污染已成为国际问题。近年来,重金属污
染事件在国内外都频频发生,如最近广西柳州的镉污
染、2010年湖南儿童血铅超标及日本汞污染引发水
俣病等。工矿企业排放的污水、烟尘;农药和化肥;化
妆品、玩具等中都含有重金属。这使得重金属在人们
的生活中无处不在,并严重威胁着人类的健康。
环境监测重金属污染的一般方法存在时空代表
性差,不能反映监测前后污染物的变化情况,也不能
反映综合污染情况的劣势。利用生物学监测可以克
服这些缺点,因为生物与环境相互依存,相互制约,
生物长期生活在环境中,受环境各种因素的综合作
用,生物的生活周期长,环境污染和环境破坏必然作
用于生物体,能贮存整个生活时期内环境因素变化
的各种信息。例如:生物个体数量和群落的变化,生
物的结构和生理的变化,宏观和微观受害症状的观
察,能综合反映大气污染对生态系统的影响强度,能
较早地发现大气污染,能检测出不同的大气污染物,
能反映一个地区的污染历史[1]。
收稿日期:2012-08-15;修回日期:2012-10-30
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)课题(2009CB421102);国家自然科学基金项目(41030105)(31172247);中科院战略性先
导科技专项子课题(XDA05070202);国家科技支撑课题专题(2011BAC09B06-02)资助
作者简介:金艳霞(1986-),女,甘肃定西人,硕士研究生,主要从事高寒草地生态学研究,E-mail:jinyanx526@163.com;∗通信作者 Au-
thorforcorrespondence,E-mail:qhzhhk1974@yahoo.com.cn
草　地　学　报 第21卷
　　苔藓植物结构相对简单,能在高寒、高温、干旱
和弱光等其他陆生植物难以生存的环境中生长繁
衍。它没有真正的根和维管组织,表面积较大,对环
境因子的反应敏感度是种子植物的10倍,因此是一
类良好的生物指示植物,被世界各国广泛应用为环
境变化的指示物[2]。苔藓植物体表面有数量庞大的
阳离子交换位点,主要通过吸收降尘和降水中的矿
物元素作为营养物质[3]。苔藓植物具有很强的从养
分含量极低的环境中吸收并累积养分的能力,因此
比其他植物更容易积累金属[4]。
利用苔藓植物监测大气沉降重金属污染源于瑞
典。1968年,瑞典的 Rühling和 Tyler[5]首先利用
一种林地常见的塔藓(Hylocomiumsplendens)来监
测斯堪的纳维亚半岛的大气重金属沉降,并通过对
苔藓体内重金属元素的分析,绘制了可反映芬兰、挪
威、瑞典等国大气沉降中的Cu,Hg,Fe,Cd,Ni,Pb,
Zn等重金属元素污染的区域性分布图。此后,该方
法广泛应用于欧洲以及其他国家的大气沉降重金属
污染研究[5~8]。在国内,苔藓植物用于大气重金属
污染的研究起步较晚,技术还不够成熟。近年来,苔
藓植物监测重金属污染主要在国内的一些城市地区
开展,如上海[9-10]、抚顺[11]、鞍山[12]、金华[13]等。还
有些研究涉及原始森林以及采矿地区[14-17];然而,青
藏高原地区目前还没有以苔藓为监测材料的重金属
调查。由于青藏高原和南极、中心北极一样占据冰
冻圈的典型地理位置,具监测寒区和全球环境的突
出优势[18]。并且秦大河等[18]科学家的研究表明,青
藏高原地区Pb和Cd的来源并不是以自然来源为
主。这一现象在青藏高原的南部和北部较突出。因
此,在青藏高原地区调查苔藓植物体内化学元素的
含量,特别是重金属的含量对于理解该地区重金属
的现状和污染情况具有重要的科学理论价值。本研
究主要测定了中科院海北高寒草甸生态系统定位站
(简称海北站)的藏嵩草(Kobresiatibetica)沼泽化
草甸、海北金露梅(Potentillafruticosa)灌丛草甸,
中科院西北高原生物研究所三江源草地生态系统观
测研究站(简称三江源站)的果洛嵩草草甸、果洛金
露梅灌丛草甸,共4种不同草地类型中苔藓植物体
内19种重金属元素和微量金属元素的含量,试图了
解其分布特征和规律,并对其现状进行评价。
1　材料与方法
1.1　研究区概况
1.1.1　海北站　海北站地处青藏高原东北隅的青
海省海北藏族自治州门源回族自治县境内祁连山北
支冷龙岭东段南麓坡地的大通河河谷西段,地理位
置为N37°29′~37°45′,E101°12′~101°23′,海拔
3200m左右,具有典型的高原大陆性气候特征,冷
季漫长而寒冷,暖季短暂而湿润,年均温-1.7℃,最
冷月(1月)均温-17.4℃,最热月(7月)均温
9.6℃,绝 对 最 高 温 低 于 25℃,绝 对 最 低 温 为
-37℃。年降水量为618mm,主要集中于6-8
月,占全年降水量的80%左右。高寒草甸是该地区
主要的植被类型之一,主要分布于山地阴坡、山麓洪
积扇以及河流两岸低阶地,原生植物群落以矮嵩草
(K.humilis)、金露梅、珠芽蓼(Polygonumvivipa-
rum)、紫羊茅(Festucarubra)、线叶嵩草(K.capil-
lifolia)、美丽风毛菊(Saussureasuperba)、高山唐
松草(Thalictrumalpinum)、纤弱银莲花(Anemone
demissa)等为优势种,植物盖度70%~80%,地表
具有较厚的苔藓层和枯枝落叶层。灌丛内植被以多
年生草本植物为主,植被盖度40%~60%;部分地
段优良牧草消失,鼠类活动增加,在风、水蚀作用下
退化形成了次生裸地。灌丛、草地和裸地在该区的
分布比例大致为5∶4∶1;土壤为高山灌丛土,有机
质丰富,呈中性反应。为地区夏季牧场[19]。
1.1.2　三江源站　三江源站所用的苔藓植物采自
青海省果洛州玛沁县境内的军牧场地区,地理位置
为N34°20′~34°22′,E100°29′~100°30′,平均海拔
4120m,范围3800~4800m。该地区为典型的高原
大陆性气候特点,无四季之分,仅有冷暖季之别,冷
季漫长、干燥而寒冷,暖季短暂、湿润而凉爽。温度
年差较小而日差悬殊,太阳辐射强烈。日照充足,日
照时数平均在2500h以上,年总辐射量623.8~
629.9kJ·cm-2。冷季持续时间长达7~8个月,且
风大雪多;暖季湿润,长4~5个月。平均气温在
0℃以下,全年无绝对无霜期。年降水量420~560
mm,多集中在5-10月。土壤为高山草甸土和高
山灌丛草甸土,土壤表层有机质含量丰富。矮嵩草
草甸为该地区主要的冬春草地。建群种为矮嵩草,
主要伴生种有:小嵩草(K.pygmaea)、二柱头藨草
(Scirpusdistigmaticus)、垂穗披碱草(Elymusnu-
tans)、早熟禾(Poaspp.)、异针茅(Stipaalliena)、
短穗兔耳草(Lagotisbrachystachya)、矮火绒草
(Leontopodium nanum )、细 叶 亚 菊 (Ajania
tenuifolia)、兰石草(Lanceatibetica)、美丽风毛菊
和甘肃马先蒿(Pediculariskansuensis)等[20]。
1.2　材料和方法
1.2.1　样品的采集　苔藓样品采自海北站海北沼
66
第1期 金艳霞等:青藏高原不同草地类型苔藓植物化学元素特征
泽化草甸、海北灌丛草甸、三江源站果洛典型草甸、
果洛灌丛草甸4个不同的高寒草地类型。每种草地
类型取了10个点采集苔藓植物样品,样品采完后混
匀测定1次重金属含量,作为该草地类型的重金属
含量。
1.2.2　样品的处理　苔藓植物样品用水清洗,洗去
苔藓植物上的颗粒物。再用去离子水冲洗2~3次。
将冲洗好的样品放入干燥箱,在60~80℃条件下干
燥8~10h至恒重。烘干后的样品研磨过筛(尼龙
筛)。处理完的样品置于小样品袋中密封保存备用。
准确称取预处理后的苔藓植物样品1.0000g,用1∶4
优级纯HClO4和 HNO3 混合溶液浸泡48h,再进行
加热消化至灰白色沉淀物出现后,在通风橱内进行过
滤,并将滤液在调温电热板上烘干至呈白色粉末状,
加2次蒸馏水溶解,定容于25mL容量瓶。
1.2.3　样品的分析　采用原子吸收光谱仪(atomic
absorptionspectrometry,AAS)、用标准曲线法分别
测定苔藓植物样品中 As,Hg,Pb,Cd,Cu,Zn,Fe,
Mn,Co,Ni,Cr等19种化学元素的含量。其中As,
Hg和Pb等重金属元素采用在线流动注射氢化法,
Cd采用石墨炉法,其余采用火焰原子吸收法测定。
所用仪器为TAB-986原子吸收分光光度计(北京普
析通用仪器有限责任公司),WHG-103A流动注射
氢化物发生器(北京瀚时制作所),GFH-986石墨炉
电源(北京普析通用仪器有限责任公司)。
1.3　数据处理
试验数据采用Excel2007对苔藓植物体内化
学元素的含量做柱状图。使用SAS9.2统计软件
对苔藓植物体内的化学元素含量做描述性统计以及
Pearson相关性分析。
2　结果与分析
2.1　苔藓植物体内化学元素的分布特征
测定的海北沼泽化草甸、海北灌丛草甸、果洛典
型草甸、果洛灌丛草甸等采样点苔藓植物体内化学
元素的含量范围如表1所示。
　　依据吴虹明等[21]对苔藓体内化学元素进行分
类所给的最大监测含量范围,将所测定的苔藓植物
体内的19种化学元素进行分类:4种主要累积元素
或主量元素:K,Ca,Mg,P(最大检测含量一般在
1000μg·g-1以上),5种累积常量元素:Zn,Fe,
Mn,Na,Sr(最大检测含量一般在 100~1000
μg·g-1),7种累积微量元素:Cd,Cu,Co,Ni,Cr,Se,
表1　苔藓植物体内19种化学元素的含量
Table1　Concentrationsof19chemicalelementsinmosses
元素
Elements
含量
Concentration/μg·g-1
元素
Elements
含量
Concentration/μg·g-1
As 0.2985~0.6667 Cr 32.79~37.8
Hg 0.2865~0.3686 Se 1.446~2.486
Pb 0.5562~0.8440 K 652.7~1518
Cd 0.8502~2.635 Na 109.5~159.7
Cu 7.966~10.9 Ca 2594~3796
Zn 184.9~234.8 Mg 1681~2456
Fe 687.2~918.5 P 6323~14602
Mn 80.88~261.5 Li 7.648~8.174
Co 3.868~11.71 Sr 65.25~102.8
Ni 7.294~18.17
Li(最大检测含量一般在1~100μg·g-1),3种痕量
元素:As,Hg,Pb(最大检测含量一般在1μg·g-1)。
本研究得出的分类结果与吴虹明等[21]的存在很大
差异性:①Zn,Fe,Mn,Na这4种元素在后者的分
类中属于第2类,相当于青藏高原地区苔藓植物体
内这几种元素的含量与一些研究地区的结果相差了
10倍;而K,Ca,Mg,P这4种元素的分类具有一致
性,主要是因为和其他高等植物一样,这4种元素是
苔藓植物体内必须的营养元素;Sr元素在2类分类
中都属于累积常量元素,因此这种元素在青藏高原
苔藓植物体内的含量与其他地区的差异很小。②
Cr,Cu,Ni这3种元素在青藏高原地区苔藓植物体
内的含量属于是累积微量元素,在欧洲一些国家则
属于累积常量元素。这种差异存在的原因可能是青
藏高原地区土壤基质中这几种元素的背景值本身较
低,或青藏高原地区这几种重金属元素在苔藓植物
体内的含量是正常积累的结果,而欧洲一些国家的
苔藓植物对这几种元素的积累是富集作用的结果。
③Hg元素的分类结果表明,青藏高原地区与欧洲
一些国家苔藓植物体内Hg的含量相差10倍左右。
④在分类结果中差异最明显的是 As和Pb这2种
元素,其在青藏高原地区和欧洲一些国家苔藓植物
体内的含量相差了100倍。可能是因为欧洲一些国
家存在As和Pb污染的问题。相比较而言,在青藏
高原地区除了苔藓植物必须的营养元素K,Ca,Mg
和P外,其他15种元素在苔藓植物体内的含量都在
1000μg·g-1以下。由于苔藓植物体内化学元素含
量的差异受到很多因素如空间、时间、苔藓种类、元
素种类、海拔、生态系统类型等的影响[21]。因此,该
比较结果并不能完全说明青藏高原地区苔藓植物体
内化学元素含量都是正常积累的结果。
由表2可知,As,Hg,Cr这3种重金属元素在
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草　地　学　报 第21卷
青藏高原地区苔藓植物体内的含量比其他地区苔藓
植物体内的要高。贡嘎山地处青藏高原向四川盆地
的过度地带,与本研究在地理位置上具有相似性。
相比较而言,青藏高原地区的 Hg,Cd,Cu,Zn,Fe,
Mn,Ni,Cr等元素在苔藓植物体内的含量均较贡嘎
山地区高。说明与贡嘎山地区相比,青藏高原的海
北和果洛地区可能受到上述几种重金属元素的污
染。与国内的城市如上海和浙江金华等地区相比较
而言,青藏高原苔藓植物体内重金属元素Pb,Cu,
Zn等的含量相对较低。青藏高原地区苔藓植物体
内As,Hg,Cd,Zn,Ni,Cr等重金属元素的含量比国
外其他一些地区的含量高。表明青藏高原的海北和
果洛地区存在不同程度重金属污染问题。
由表3可知,虽然青藏高原地区As,Hg,Cd,
表2　世界上其他地区苔藓植物体内化学元素的含量
Table2　Concentrationofchemicalelementsinthemossesfromotherdifferentregions μg·g-1
地区Region As Hg Pb Cd Cu Zn Fe Mn Co 文献Reference
青海Qinghai 0.5215 0.3288 0.6918 1.4408 9.2953 214.72 768.77 161.92 6.489 本研究Thisstudy
四川Sichuan 38.18 51.97 2570 409 [22]
上海Shanghai 47.259 0.913 34.213 432.83 [10]
贡嘎山GonggaMountain 0.09 1.78 0.11 0.32 3.99 33.20 3.19 [14]
浙江Zhejiang 42.89 8.42 27.96 242 1135 155.5 [13]
意大利Italy 0.28 0.11 12.4 0.35 13.5 68.8 280 68 [23]
加拿大Canada 0.40 0.13 5.55 23 3059 1.62 [24]
挪威Norway 0.36 14 0.19 7.1 42 640 350 0.39 [25]
葡萄牙Portugal 21.77 0.79 9.10 52.48 1934.2 187.51 [26]
芬兰Finland 0.19 0.048 3.37 0.12 3.96 28.8 259 [27]
匈牙利 Hungary 19.5 0.9 11.8 52 2070 [28]
地区Region Ni Cr Se K Na Ca Mg P Li Sr 文献Reference
青海Qinghai 11.352 35.983 1.8433 1062 127.93 3222 1978 10186 7.9433 84.63 本研究Thisstudy
四川Sichuan 18.54 10.05 4547 142 13088 2747 [22]
上海Shanghai 4.048 [10]
贡嘎山GonggaMountain 0.22 0.22 [14]
浙江Zhejiang 15.97 6699 7136 1225 [13]
意大利Italy 9.63 5.01 [23]
加拿大Canada 4.90 4.8 0.09 4252 1475.3 9203 2.29 42.08 [24]
挪威Norway 3.4 1.2 150 3100 1300 0.27 14 [25]
葡萄牙Portugal 13.54 3.86 [26]
芬兰Finland 1.83 1.25 [27]
匈牙利 Hungary 5.0 2.8 [28]
Cu等19种化学元素(除了P和Pb元素)在苔藓植
物体内含量的最小值均高于土壤元素背景值的最小
值。但有一些元素,如Pb,Cu,Mn,Co,Ni,Cr,Li,
Sr等在青藏高原地区苔藓植物体内含量的平均值
要低于土壤背景值的平均值。Hg,Cd和Zn元素在
苔藓植物体内的平均含量要明显高于土壤元素背景
值。青藏高原苔藓植物体内一些重金属元素,如
Hg,Cd和Zn等元素的平均含量较土壤背景值高。
而苔藓植物体内另外一些重金属元素,如Pb,Cu,
Mn,Ni,Cr等元素的含量比土壤元素的背景值低。
2.2　不同草地类型中苔藓种植物体内4类元素含
量的分析
海北草甸、海北灌丛、果洛草甸、果洛灌丛苔藓
植物体内化学元素含量分为4类后比较各类化学元
素间的差异性。图1~图4所示分别是4种不同类
型草地中苔藓植物体内主量元素、累积常量元素、累
积微量元素及痕量元素的含量。
由图1可知,海北草甸、海北灌丛、果洛草甸和
果洛灌丛中苔藓植物体内主量元素的含量有很大差
异。P元素在不同草地类型苔藓植物体内的含量均
较高。谢锦升等[30]的研究也表明苔藓在群落的P
贮量中居重要位置。K,Ca和 Mg元素在4个采样
点的差异不明显。除了K元素外,Ca和Mg元素在
海北草甸苔藓体内的含量略高于果洛草甸。而P
元素在海北草甸苔藓体内的含量明显高于果洛草
甸。海北灌丛和果洛灌丛苔藓植物体内4种主量元
素的贮存量排序均为P>Ca>Mg>K。
由图2可知,在海北草甸、海北灌丛、果洛草甸、
果洛灌丛地区苔藓植物体内累积常量元素中Fe含
86
第1期 金艳霞等:青藏高原不同草地类型苔藓植物化学元素特征
量明显高于Zn,Mn,Na,Sr含量。Zn,Na和Sr在
这4种草地类型苔藓植物体内的含量差异不明显。
除了 Mn元素外,其他4种累积常量元素在海北草
甸苔藓植物体内的含量均高于果洛草甸苔藓植物体
内的含量。而海北灌丛苔藓植物体内累积常量元素
Zn,Fe和 Mn的含量高于果洛灌丛苔藓植物体内这
几种元素的含量。这一结果表明不同的苔藓种类对
同一种累积常量元素,如 Mn元素的积累能力存在
差异。
由图3可知,累积微量元素Cr在4类草地类型
表3　全国土壤(A层)元素背景值与青藏高原地区苔藓植物体内化学元素的含量
Table3　Backgroundvalueofelementsinthesoil(Alayer)ofourcountryand
concentrationofchemicalelementsinmossesofQinghai-TibetPlateau μg·g-1
元素
Elements
土壤(A层)元素背景值
BackgroundvalueofelementsinAsoillayer
本研究中
Inthisstudy
最小值
Minimum
平均值
Mean
标准差
Standarddeviation
最小值
Minimum
平均值
Mean
标准差
Standarddeviation
As 0.01 11.2 7.86 0.2985 0.5215 0.1769
Hg 0.001 0.065 0.080 0.2865 0.3288 0.0420
Pb 0.68 26.0 12.37 0.5562 0.6918 0.1423
Cd 0.001 0.097 0.079 0.8502 1.4408 0.8131
Cu 0.33 22.6 11.41 7.966 9.2953 1.3372
Zn 2.60 74.2 32.78 184.9 214.725 21.6240
Fe 0.12 2.94 0.948 687.2 768.775 102.3576
Mn 1 583 362.8 80.88 161.92 77.5773
Co 0.01 12.7 6.40 3.868 6.489 3.5365
Ni 0.06 26.9 14.36 7.294 11.3515 4.7482
Cr 2.20 61.0 31.07 32.79 35.9825 2.2115
Se 0.006 0.290 0.255 1.446 1.8433 0.4702
K 0.03 1.86 0.463 652.7 1062 354.6529
Na 0.01 1.02 0.626 109.5 127.925 21.9123
Ca 0.01 1.54 1.633 2594 3222 512.3699
Mg 0.02 0.78 0.433 1681 1978 339.8024
P - - - 6323 10186 4084
Li 2.00 32.5 15.48 7.648 7.9433 0.2279
Sr 6 167 147.6 65.25 84.63 16.9950
　　注:全国土壤(A层)元素背景值引自文献[29],“-”表示无数据,其中K,Na,Ca,Mg,Fe为百分含量。在全国土壤元素背景值的调查中,
土壤剖面分为A,B,C三层,A层表示0~10cm的土层[29]
Note:Thebackgroundvalueofelementsinthesoil(Alayer)citedreference[29],“-”indicatesnodata.Concentrationofelementslike
K,Na,Ca,Mg,Feisshowedbypercentage.ThesoilprofileisdividedintoA,B,Clayersduringthesurveyofnationalbackgroundvalueof
elementsinthesoil.Alayermeans0~10cmsoilthickness
图1　不同草地类型中苔藓植物体内主量元素的含量
Fig.1　Concentrationofmajorelmentsinmosses
ofdifferentalpinemeadous
苔藓植物体内的含量明显高于其他6种。累积微量
元素Li和Cu在4类草地类型苔藓植物体内的含量
基本相同。累积微量元素Co和Ni在果洛灌丛苔
图2　不同草地类型中苔藓植物体内累积常量元素的含量
Fig.2　Concentrationofcumulativemicro-elmentsinmosses
ofdifferentalpinemeadows
藓体内的含量明显高于其他3类草地类型。在海北
草甸、海北灌丛、果洛草甸、果洛灌丛的苔藓植物体
内累积微量元素Cd和Se的含量均较低。累积微
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草　地　学　报 第21卷
量元素Cu和Se在海北草甸苔藓植物体内的含量
均较果洛草甸苔藓植物体内的含量低。而海北灌丛
苔藓植物体内累积微量元素Cu,Se,Li的含量均高
于果洛灌丛苔藓植物体内的含量。
图3　不同草地类型中苔藓植物体内累积微量元素的含量
Fig.3　Concentrationofcumulativemicro-elmentsinmosses
ofdifferentalpinemeadows
　　由图4可知,痕量元素Pb和Hg在海北草甸和
海北灌丛苔藓植物体内的含量较高,而痕量元素As
在果洛草甸和果洛灌丛地带苔藓植物体内含量较
高。痕量元素Hg在4类草地类型苔藓中含量的差
异不明显。
图4　不同草地类型中苔藓植物体内累积痕量元素的含量
Fig.4　Concentrationoftraceelmentsinmosses
ofdifferentalpinemeadows
　　总的来看,4种草地类型中苔藓植物对主量元
素P及重金属元素Fe,Cr,As,Pb的富集能力较强,
这进一步说明苔藓植物无角质层、细胞数少的特点
使其更容易富集重金属离子。苔藓对化学元素的积
累不仅受到自身结构、生理特征影响,还与其生长基
质、气候、海拔等有关[31]。海北灌丛与果洛灌丛、海
北草甸与果洛草甸的苔藓对化学元素积累存在差异
性的主要原因是海北和果洛的气候以及地理环境有
很大差异。且海北的草地处于未退化的状态,而果
洛草地出现了不同程度的退化,这使得海北和果洛
分布的苔藓植物种类有很大差异。
2.3　苔藓植物体内4类元素的相关性分析
植物体中不同元素之间由于拮抗或协同作用而
有相互促进或降低吸收量的可能,通过相关分析可
大体反映出元素之间是否存在这种关系。若2元素
之间成显著或极显著正相关,表明存在协同作用;若
成显著或极显著负相关,则表明有拮抗作用[32]。因
此,分析苔藓植物体内元素间的相关性,可以了解苔
藓植物对元素的吸收积累特性[33]。表4~表7所示
为4种不同草地类型中苔藓植物体内主量元素间、
累积常量元素间、累积微量元素间以及痕量元素间
的Pearson相关分析。主量元素K,Ca,Mg,P的相
关性分析结果如表4所示,它们之间的相关性均没
有达到显著水平,说明苔藓植物对 K,Ca,Mg,P的
吸收是相互独立的。
表4　苔藓植物体内主量元素间的Pearson相关分析
Table4　Pearsoncorrelationanalysis
ofmajorelementsinthemosses
元素 Elements K Ca Mg P
K 1.0000
Ca 0.3786 1.0000
Mg -0.8952 0.0694 1.0000
P 0.2625 0.8829 0.1088 1.0000
　　由表5可知,苔藓植物体内累积常量元素中
Mn与Zn,Fe,Na,Sr元素之间存在负相关关系,但
其相关性不显著。说明苔藓植物体内 Mn的存在
可能会抑制苔藓植物对Zn,Fe,Na,Sr的吸收,而
Zn,Fe,Na,Sr之间则是正相关关系,相关性也不
显著。
表5　苔藓植物体内累积常量元素间的Pearson相关分析
Table5　Pearsoncorrelationanalysisofcumulative
macro-elementsinthemosses
元素 Elements Zn Fe Mn Na Sr
Zn 1.0000
Fe 0.5348 1.0000
Mn -0.6852 -0.0991 1.0000
Na 0.7813 0.9008 -0.5189 1.0000
Sr 0.7696 0.5439 -0.8839 0.8459 1.0000
　　由表6可知,累积微量元素中Cd与Co、Cd与
Ni以及Cu与Se之间均具有正相关关系,且相关
性达到了显著水平(P<0.05),而Co与Li则具有
极显著正相关关系(P<0.01)。结果表明,苔藓植
物内的累积微量元素中Cd,Cu与Co,Ni,Se之间
存在协同作用,同时Co与Li之间也存在协同作
07
第1期 金艳霞等:青藏高原不同草地类型苔藓植物化学元素特征
用。这说明苔藓植物对Cd的吸收会促进其对Co
和Ni的吸收,对Cu的吸收会促进其对Se的吸收。
而且,苔藓植物对Co的吸收会增加其对Li的吸收
量。
表6　苔藓植物体内累积微量元素间的Pearson相关分析
Table6　Pearsoncorrelationanalysisofcumulativemicro-elementsinthemosses
元素Elements Cd Cu Co Ni Cr Se Li
Cd 1.0000
Cu -0.7457 1.0000
Co 0.9701∗ -0.7680 1.0000
Ni 0.9646∗ -0.8462 0.9911∗∗ 1.0000
Cr 0.6604 -0.3222 0.4589 0.4598 1.0000
Se -0.6260 0.9759∗ -0.6948 -0.778 -0.1081 1.0000
Li 0.4016 0.1028 0.1885 0.1469 0.9057 0.3173 1.0000
　　注:∗表示在0.05水平下显著相关;∗∗表示在0.01水平下极显著相关;下同
Note:∗indicatessignificantcorrelationatthe0.05level,∗∗indicatessignificantcorrelationatthe0.01level,thesameasbelow
　　由表7可知,痕量元素 As与 Hg和 As与Pb
之间是负相关关系。且痕量元素As与 Hg之间的
负相关性达到显著水平(P<0.05)。Hg与Pb元素
之间则具有显著的正相关关系(P<0.05)。结果表
明,痕量元素Hg与Pb之间存在协同作用。即苔藓
植物对痕量元素Hg的吸收会促进对Pb的吸收,这
一研究结果与刘荣相和张朝晖[17]的研究结果一致。
而痕量元素Hg与As之间存在拮抗作用,即苔藓植
物对Hg的吸收会降低其对As的吸收量。
表7　苔藓植物体内痕量元素间的Pearson相关分析
Table7　Pearsoncorrelationanalysis
oftraceelementsinthemosses
元素Elements As Hg Pb
As 1.0000
Hg -0.9544∗ 1.0000
Pb -0.8429 0.9629∗ 1.0000
3　讨论与结论
通过将苔藓植物的19种化学元素分为4类进
行比较和相关分析发现,青藏高原海北和果洛地区
苔藓植物对化学元素的积累与国内外的一些地区有
明显不同。特别是累积微量元素 Cr与痕量元素
As,Hg,Pb,同时这几种元素也是典型的重金属元
素。因此,有必要对这2个地区苔藓植物体内的累
积微量元素Cr与痕量元素As,Hg,Pb做进一步调
查。如痕量元素Pb在青藏高原地区苔藓植物体内
的平均含量(0.6918μg·g-1),不仅低于大都市如
上海(47.259μg·g-1),也低于土壤元素的背景值
(26.0μg·g-1),说明青藏高原海北和果洛地区还
没有受到重金属Pb的污染,这与该地区没有重工
业以及交通不发达有密切的关系。而痕量元素 As
在海北和果洛地区苔藓植物体内的平均含量(0.5215
μg·g-1)低于土壤元素的背景值(11.2μg·g-1),但高
于国外的一些地区,如意大利(0.28μg·g-1)、加拿大
(0.40μg·g-1)、芬兰(0.19μg·g-1)。痕量元素 Hg在
海北和果洛地区苔藓植物体内的含量(0.3288
μg·g-1)不仅高于土壤元素背景值(0.065μg·g-1),
也高于贡嘎原始森林(0.11μg·g-1)以及意大利
(0.28μg·g-1)、芬兰(0.048μg·g-1)。表明海北
和果洛地区受到痕量元素 Hg的污染,由于 Hg具
有挥发性,2个地区 Hg的主要来源应是大气沉降。
累积微量元素Cr的含量低于土壤环境的背景值,但
是高于国内外的一些地区。
相关分析结果也表明,苔藓植物对痕量元素
Hg的吸收会增加对痕量元素Pb的吸收量。而苔
藓植物对痕量元素 Hg的吸收会降低对痕量元素
As的吸收。苔藓植物对累积微量元素Cr的吸收则
是相对独立的,不受对其他元素吸收的影响。此外,
苔藓植物对主量元素及累积常量元素的吸收都不受
该类元素中其他元素的影响。
利用苔藓植物监测重金属的污染在国外已经发
展的很成熟,有系统的研究方法和技术标准,在国内
的发展还存在很多不足[33-34]。通过对苔藓植物的分
布和生长状况进行定期的调查,可以获得某一地区
重金属以及其他污染物低浓度、大范围、长时期的污
染综合效应和积累危害的资料[11]。特别是在青藏
高原地区,由于受到人类干扰较小,苔藓的分布范围
广。利用苔藓植物监测重金属及其他污染物的状况
是最经济有效的手段;同时也能填补青藏高原地区
17
草　地　学　报 第21卷
苔藓植物调查和保护的空白。
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(责任编辑　李美娟)
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