全 文 ：武汉植物学研究 2007，25(6)：596～6OO
Journal Wuhan Botanical Research
湖北铜山口铜矿五种藓类植物及其基质元素含量分析
彭涛 ，张朝晖 2
(1．贵州师范大学地理与生物科学学院，贵阳 550001；2．复旦大学生物多样性科学研究所，
生物多样性与生态工程教育部重点实验室，上海 200433)
摘 要：利用原子吸收光谱仪对湖北铜山口铜矿 5种藓类植物(北地对齿藓 Didymodonfdzo~、尖叶对齿藓 D．c0 —
strictus、阔叶丛本藓 Anoectongium clarl2n、双色真藓 Bryum dichotomum和舌叶毛 口藓 Trichostomum sinochenii)及其生
长基质中的cu、zn、ca、Mg、cd、Pb、Hg等7种元素进行测定及分析，并计算出富集系数。结果表明，铜山口铜矿这5
种藓类植物体内及其生长基质中，Cu、Zn、Ca、Mg等4种元素含量较高；北地对齿藓对 cd有较强的富集能力，可以
作为寻找cd矿的特征植物；相对于其它4种藓类植物，双色真藓对 Cu、Zn、Pb有较强的富集能力，可以作为寻找
cu矿、zn矿、Pb矿的参考植物；舌叶毛I：I藓对 Hg有一定的富集能力，可以作为寻找 Hg矿的参考植物。在这5种
藓类植物中，cu—Zn、Zn—Pb、Mg—Pb在0．05水平上达到显著正相关，cu—Mg、Zn—Mg在0．01水平上达到极显著正相关。
关键词：藓类植物；元素含量；富集系数；相关性；铜山I：I铜矿；湖北
中图分类号：Q948 文献标识码 ：A 文章编号：1000—470x(2007)06—0596—05
Analyses of the Contents of Elements of Five Mosses and Their
Substrates in Tongshankou Copper M ine，Hubei Province，China
PENG Tao ．ZHANG Zhao—Hui ’
(1．School ofGeography andBiology，Guizhou Normal University，Guiyang，Guizhou 550001，China；2．MinistryofEducation Key
Laboratoryfor Biodiversity Science and Ecological Engineering，Inaitute ofBiodiversity Science，Fudan University，Shanghai 200433，China)
Abstract：By using atomatic absorption spectrophotometer，we analysed the contents of 7 elements(Cu，
Zn，Ca，Mg，Cd，Pb，and Hg)in five mosses(Didymodon falax，D．constrictus，Anoectongium clarlzm，
Bryum dichotomum，Trichostomum sinocheni)and their substrates．，I1he main results are as folows：① The
contents of the seven elements in both the mosses and the substrates are much higher than those normal
conditon；② Didymodon falax has stronger capacity to accumulate the element Cd．It cal be as the indi—
cator of Cd；③ Comparing with the other 4 mosses，Bryum dichotomum possesses stronger enriching func—
tion for Cu。Zn．and Pb．It might be as a reference indicator of Hg，and the same iS hostomum sinoche—
ni；④ Cu—Mg and Zn—Mg show signifcantly coeficient at 0．01 level，Cu—zn，zn—Pb and Mg—Pb show CO—
e cient at 0．05 leve1．
Key words：Mosses；Contents of elements；Accumulation coeficient；Correlation；Tongshankou Copper
Mine：Hubei Province
苔藓植物是一类绿色自养小型高等植物，一般
形体矮小，结构较简单。然而它们种类繁多、分布广
泛 ，是自然界不可或缺的一大门类，而且通过人们长
期的研究和知识积累，发现它们与生产实践密切相
关。具体到苔藓植物与矿藏或金属元素的关系，国
内外 已有不 少报 道，例如 Samecka—Cymerman和
Kempers[1]
、黄文琥等 及陈代演等 分别指出某
些藓类植物与Au、Tl等的关系，为找矿寻求相应的
指示植物，以及防治矿区污染做了有益的探索，具有
广阔前景。
用苔藓植物作为指示植物寻找铜矿则始于
1895年，Limpricht报道了缺齿藓属 Mielichhoferia和
舌叶藓属Merceya的两种植物能在铜含量极高的环
境 中生长 J。其后不断有相关报道 ，于是缺齿
收稿 日期：2007—04—03，修回日期 ：2007—07-06。
基金项目：教育部优秀青年教师资助计划[教人司(2002)40]；国家人事部留学人员择优资助优秀项目[国人部发(2003)5O号]；贵州省
优秀科技教育人才省长专项基金[黔科教(2003)04]资助。
作者简介：彭涛(1977一)，男，汉族，讲师，硕士研究生，主要从事苔藓植物学、岩溶植物生物学研究。张朝晖(1963一)男 ，教授，硕士生
导师 ，主要从事生态学和植物学研究。
} 通讯作者(E—mail：academiclife@126．corn)。
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第6期 彭 涛等：湖北铜山口铜矿五种藓类植物及其基质元素含量分析
藓属和舌叶藓属这两个属的苔藓植物被称之为“铜
藓”。国内有关利用苔藓植物寻找铜矿的研究未见报
道，仅见铜矿区苔藓植物区系的相关报道[7 ]。
基于铜是国家建设与日常生活中的重要金属，
以及对铜山El铜矿区苔藓植物区系研究已有基
础 ，根据它们种群数量、与金属元素的关系等，作
者试图有选择地对当地 5种藓类植物体及其生长基
质中的7种元素进行测定，就其探矿潜力进行分析，
为寻找铜矿及其它金属矿藏探求其内在联系。苔藓
植物通常具有积累金属元素和非金属元素的能力，
有些元素可以从土壤基质中吸收，有些元素可以通
过风或降水来吸收-l引。同时，金属元素在苔藓植物
中也会富集。本研究在寻找合适的苔藓植物作为某
种金属元素(矿藏)的指示植物方面进行初步尝试，
其目的还在于引起有关方面注意，使我国丰富的苔
藓植物资源为探矿服务。
1 研究地概况
铜山 口铜矿区地处长江中下游铜铁成矿带西
端，位于湖北省大冶市境内，属于我国典型的露天开
采的中型铜矿，该矿床为矽卡岩斑岩复合型矿床
(Skarn—porphyry compound deposit)。地理 坐标北
纬：30。0 34”，东经：ll4。50 217”。海拔高度为120—
200 in，最高点海拔 840 in，最低点海拔 ll in。大冶
属亚热带大陆性季风气候，年平均气温 l6．9℃，极
端最高气温40．1℃，极端最低气温 一l0℃，年均无
霜期261 d，年均降水量为1385．8 Bin 。
2 材料与方法
2．1 材料
本研究所用实验材料来自2004年7月采自湖
北大冶铜山El铜矿区的苔藓植物标本，均为配子体，
即北地对齿藓 Didymodonfata~(Hedw．)Zander、尖
叶对齿藓 D．constrictus(Mit．)Saito var．constrietus、
阔叶丛本藓 Anoectongium clalTArtg Mit．、双色真藓
Bryum dichotomum Hedw．和舌叶毛口藓 Trichostomum
sinocknil Redfearn＆B．C．Tan(表 1)。
2．2 方法
2．2．1 样品处理
(1)清洗 先用镊子将 5种藓类植物与基质剥
离，分别置于去离子水中漂洗 ，直至藓类植物表面无
杂物为止。
(2)烘干 然后取此 5种藓类植物的基质适
量，与清洗好的苔藓标本分别用滤纸包裹，于 101A
型干燥箱内烘干 48 h，温度保持在 60~C以下(防止
Hg挥发)。
(3)研磨 烘干后分别研磨，过 80目筛，存放
于保鲜袋中备用。
(4)样品制备 ① 用 AL204型电子天平称取
每份藓类样品约0．2 g、基质约0．3 g，同时准备一平
行样、一空白样做对照，分别置于50 mL三角瓶中并
编号(测 Hg元素的藓类植物样品置于高压罐的内
罐中)，先后加约15 mL HNO 一HC10 混酸，于KR可
调电热板上硝化 5 h(测 Hg元素的藓类植物样品先
后加 8 mL硝酸和5 mL双氧水 ，将高压罐置人干燥
箱内，于 130℃下加热 3 h；测 Hg元素的基质样品先
后加 10 mL H2SO4、10 mL水和5 mL KMnO4，于电热
板上低温加热 0．5 h左右)。② 待稍冷却后用 1％
的硝酸清洗三角瓶壁。③ 藓类植物样品过滤并定
容至 25 mL容量瓶 中并编号，基 质样 品定容 至
50 mL容量瓶中并编号，待上机备用。
2．2．2 分析方法
利 用Analyst 800原子 吸收光谱 仪 ，分别将制
备好的样品(藓类植物样 品和基质样品)上机测
定 Cu、zn、Ca、Mg、Cd、Pb、Hg等 7种金属元素 的
含量。
表 1 铜山口铜矿5种藓类植物样品
Table 1 Five mosses in Tongshankou Copper Mine
编号 样品名称 生 境 海拔(m) 凭证标本
Code Name of samples Habitat Al1． Voucher
北地对齿藓 咖7l幽 I，Ⅱzc
尖叶对齿藓n constr／aus
阔叶丛本藓 ∞咖r um datum
双色真藓 m d／chotomum
舌叶毛口藓 Tr／choswmom s
阴面斜坡灌木丛下碎石土生
裸露岩石表生
阳面山坡草丛下碎石土生
阳面裸地碎石土生
斜坡岩缝表生
102 C．H．Zhao(赵传海)et ．040726010(GNUB)Daye(湖北大冶)
102 T．Peng(彭涛)et ．040726010(GNUB)Daye(湖北大冶)
102 Z．H．z}IarIg(张朝晖)d a1．040726010(GNUB)Daye(湖北大冶)
94 x．N．Ij(李晓娜)et ．O40"／26O20(GNUB)Daye(湖北大冶)
91 x．N．Ij(李晓娜)et 040726028(GNUB)Daye(湖北大冶)
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598 武 汉 植 物 学 研 究 第 25卷
3 结果与分析
3．1 藓类植物生长基质的元素含量
利用原子吸收光谱仪，对5种藓类植物生长基
质进行了7种元素含量的测定，结果详见表 2。
从表2可知，样品 1(北地对齿藓)的元素含量
多少顺序为：Mg>Ca>Cu>Zn>Pb>Cd>Hg；样品
2(尖叶对齿藓)：Mg>Ca>Cu>Zn>Pb>Cd>Hg；
样品3(阔叶丛本藓)：Mg>Ca>Cu>Zn>Pb>Cd>
Hg；样品4(双色真藓)：Ca>Mg>Cu>Zn>Pb>
Cd>Hg；样品5(舌叶毛口藓)：Mg>Ca>Cu>Zn>
Pb>Cd>Hg。除样品4的 Ca元素含量比 Mg元素
的多以外，其余4个样品中7种元素含量的多少，顺
序是一致的，这基本可以反映出铜山口铜矿的土壤
元素含量中，Mg、Ca元素含量最多，Cu的含量排在
第三，Zn、Pb、Cd、Hg含量较少。Mg、Ca元素是土壤
中的大量元素，而cu不是大量元素，在该铜矿区含
量高，可能是因为该区是露天开采的铜矿，土壤背景
值本身含铜就高的缘故。
根据我国土壤环境质量标准(GB15618-1995)，
Cu(≤100 mg·kg )、Zn(≤250 mg·kg )、Cd
(≤0．30 mg·kg )、Pb (≤300 mg-kg )、Hg
(≤0．50 mg·kg )等 5种元素在该铜矿区含量均
较高。在铜山口铜矿5种藓类植物土壤背景值中，
Cu的平均含量为 2332 mg·kg一，是标准的 23．32
倍；Zn的平均含量为 1066 mg·kg～，是标准的4．26
倍；Cd的平均含量为 l2．o6 mg·kg～，是标准 的
40．2倍 ；Pb的为 664．62 mg·kg～，是标准的 2．22
倍 ；Hg的为0．416 mg·kg一，是标准的0．83倍。其
中Cd和 Cu元素超标最高，只有 Hg元素的含量达
到国家二级标准。这与该铜矿区的土壤元素背景值
含量高及露天开采的方式有关。
3．2 5种藓类植物的元素含量
利用原子吸收光谱仪，对北地对齿藓、尖叶对齿
藓、阔叶丛本藓、双色真藓和舌叶毛口藓等5种藓类
植物进行 7种元素含量的测定，结果详见表 2。
从表 2可知，北地对齿藓、尖叶对齿藓、阔叶丛
本藓及舌叶毛口藓植物体内这7种元素含量多少的
顺序相同。这7种元素在这 5种苔藓植物体内含量
的情况，和它们在基质中的情况一致，都是 Mg、Ca元
素含量最多，Cu的含量第三，zn、Pb、Cd、№ 含量较
少。这反映同一种植物体内的不同元素含量的差异
性。反之，不同种植物体内的同一元素含量也不同。
根据表2可知，Cu元素在5种藓类植物中含量
的多少顺序为：尖叶对齿藓 >阔叶丛本藓 >双色真
藓 >北地对齿藓 >舌叶毛口藓；zn元素含量为：阔
叶丛本藓 >尖叶对齿藓 >北地对齿藓 >舌叶毛口藓
>双色真藓；Cd元素的为：尖叶对齿藓 >舌叶毛 口
藓 >阔叶丛本藓 >北地对齿藓 >双色真藓 ；Pb元素
的为：阔叶丛本藓 >尖叶对齿藓 >北地对齿藓 >舌
叶毛口藓 >双色真藓；Hg元素的为：舌叶毛 口藓 >
尖叶对齿藓 >双色真藓 >北地对齿藓 >阔叶丛本
藓；Ca元素的为：双色真藓 >北地对齿藓 >阔叶丛
本藓 >舌叶毛口藓 >尖叶对齿藓 ；Mg元素的为：阔
叶丛本藓>尖叶对齿藓>北地对齿藓 >舌叶毛口藓
>双色真藓。尖叶对齿藓和阔叶丛本藓植物体内
Cu、zn、Pb、Mg元素含量较多，而尖叶对齿藓和舌叶
毛口藓植物体内 Cd元素含量较多，舌叶毛 口藓植
物体内№ 元素含量最高，双色真藓和舌叶毛 1：3藓
植物体内 Ca元素含量较多。
表2 铜山口铜矿5种藓类植物体及其生长基质元素含量
Table 2 Contents of e】ements of 5 mo~t$es and their substrates in Tongshankou Copper Mine (mg·kg I1)
编号
C ode ⋯ “
8111TIDieS
元 素 Elements
Cu Zn Ca Mg Cd Pb Hg
基质 植物体 基质 植物体 基质 植物体 基质 植物体 基质 植物体 基质 植物体 基质 植物体
Medlum Moss Medium Moss Medium Moss Medium Moss Medium Moss Medium Moss Medium Moss
1 ～ 2582 1158 1283 563 65610 41070 116600 49210 9．285 12．52 618．2 282．2 O．427 Q 183
／J~l,moaon tat／~．x
2 叶 篓 2643 1962 1600 1067 6O6OO 31790 129500 81930 12．57 26．76 127 719．9 0．28 Q 315
3 ． 叶 孽 2893 1845 1440 114 49600 39150 129(10 93360 12．54 18．92 972．5 971．9 Q296 Q 178 Ⅲl0 lgmHt w
4 。双阜 1045 1310 178．6 189．7 975170 68630 1290 14630 6．632 9．149 170．1 196．4 Q708 Q 302
DI】u L wⅧ fuH ‘
5 ⋯ 舌叶毛口
．葶。．2497 937．5 829．0 353．2 9370 36710 129500 37640 19．27 23．97 435．3 210．3 o．362 o．451
1_ncI “矾啊 ，^n 3Hl。d 眦
值l 2332 1429 106 663．4 7336 43470 102158 55354 12．06 18．26 664．6 482．1 o．416 o．286
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第 6期 彭 涛等：湖北铜山口铜矿五种藓类植物及其基质元素含量分析
3．3 5种藓类植物的富集系数
富集系数是反映植物对土壤中元素的吸收能
力 。¨富集系数用公式表示为：
富集系 = 需 。
这一比值能反映出特定植物中某元素含量与其
基质中此元素含量对比相对富集和贫化的程度：当
C<0．1时强烈贫化，C<0．5时相对贫化，C位于
Q 5～1．5时二者属同一水平，C≥1．5时相对富集，C>3
时强烈富集 。根据富集系数公式计算出铜山口铜
矿5种藓类植物对7种元素的富集系数，详见表 3。
根据表 3可知，同一种植物对不同元素的吸收
不同，反之，同一种元素在不同种植物体内的累积也
不相同。
(1)北地对齿藓：富集系数大小顺序为Cd>Ca>
Pb>Cu>Zn>Hg>Mg，Cd元素富集系数为 1．3484，属
同一水平，Cu、zn、Ca、Mg、Pb、Hg属相对贫化。
(2)尖叶对齿藓：富集系数大小顺序为 Cd>Hg
>Cu>Zn>Pb>Mg>Ca，Cd元素 富集系数为
2．1289，属相对富集，Hg、Cu、zn、Pb、Mg、Ca等元素
属同一水平。
(3)阔叶丛本藓：富集系数大小顺序为 Cd>Pb
>Ca>Zn>Mg>Cu>Hg，Cd元素富集系数为
1．5088，属相对富集，Pb、Ca、Zn、Mg、Cu、Hg等元素
属同一水平。
(4)双色真藓：富集系数大小顺序为Cd>Mg>
Cu>Pb>Zn>Ca>Hg，它们都属同一水平。
(5)舌叶毛口藓：富集系数大小顺序为 Hg>Cd
>Pb>Zn>Ca>Cu>Mg，Hg、Cd、Pb属同一水平，
zn、Ca、Cu、Pb属相对贫化。
根据以上实验结果，尖叶对齿藓和阔叶丛本藓
的富集系数大于 1．5，对 Cd矿有一定的指示作用，
可以作为寻找cd矿的特征植物；双色真藓对 cu、
zn、Pb的富集系数分别为 1．1866、1．0622、1．1546，
在这5种藓类植物中最大，属同一水平，对 Cu矿、
zn矿和Pb矿有一定的指示作用，可以作为寻找此3
种矿藏的参考植物；舌叶毛 口藓对 Hg的富集系数
为 1．2459，在这 5种藓类植物中最大，对 Hg矿有一
定指示作用，可以作为寻找Hg矿的参考植物。
4 藓类植物与其基质中元素相关性分析
苔藓植物体内金属元素的含量水平不同，主要
与它们对这些元素的吸收、累积及 自身生长需求密
切相关。植物体中不同元素之间有时由于拮抗或协
同作用而相互促进或降低吸收量。通过相关分析可
以反映出元素之间是否存在这种关系。若两元素之
间呈显著或极显著正相关，则表明存在协同作用；若
呈显著或极显著负相关则表明有拮抗作用 J。利
用植物一土壤问元素的相关性分析可以进一步揭示
植物一土壤中环境元素的相互联系和转移规律 ¨。
植物体内的元素含量水平高低还源于土壤中元素的
总量，所以对富集系数作相关性分析，可以在一定程
度上反映植物与土壤中元素之间的相互关系。对铜
山口铜矿 5种藓类植物富集系数相关性分析的结果
见表 4。
表 3 铜山口铜矿5种藓类植物的富集系数
Table 3 The accumulation eoeflqeient of 5 mosses in Tongshankou Copper Mine
表 4 5种藓类植物富集系数的相关性
Table 4 Th e corelations of the accum ulation eoeflqeient of 5 mosses in Tongshankou Copper Mine
+在 0．05水平上显著相关；++在 0．01水平上极显著相关。
+Correlation is significant at the 0．05 level；++ Correlation is si i6caIlt at the 0．01 level
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武 汉 植 物 学 研 究 第 25卷
分析结果表明，由n=5时(n表示样品数)，cu—
zn、zn—Pb、Mg—Pb在 0．05水平上达到显著正相关，
它们存在协同效应；Cu—Mg、Zn—Mg在0．O1水平上达
到极显著正相关，则它们之间也存在协同效应；而其
他元素之间多呈不显著相关。
5 结论
通过对湖北铜山口铜矿5种藓类植物及其基质
元素含量的测定及分析，计算出富集系数并作了分
析 ，得出以下结论：
(1)北地对齿藓、尖叶对齿藓、阔叶丛本藓、双
色真藓和舌叶毛口藓等5种藓类植物体及其生长基
质中的cu、zn、Ca、Mg、Cd、Pb、Hg等7种元素含量
均较高。
(2)北地对齿藓对 Cd有较强的富集能力，可
作为寻找Cd矿的特征植物。
(3)相对于其它 4种藓类植物，双色真藓对
Cu、zn、Pb有较强 的富集能力，可以作为寻找 Cu
矿、zn矿、Pb矿的参考植物；舌叶毛口藓对 Hg有一
定的富集能力，可以作为寻找 Hg矿的参考植物。
(4)在上述 5种藓类植物中，Cu—zn、zn—Pb、Mg—
Pb在 0．05水平上达到显著正相关，Cu—Mg、Zn—Mg
在0．O1水平上达到极显著正相关，它们之间存在协
同效应。
致谢：本论文得到贵州科学院王培善研究员的指导，野
外工作和室内工作得到李晓娜、赵传海两位同学的大力帮
助，在此一并感谢
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