利用苔藓植物监测和净化大气氮、硫及金属元素沉降的研究

This project first selects 13 common bryophytes as the study materials and investigates the absorption of the main contamination elements (e.g. N, S, K, Ca, Mg, Fe, Al and Na) in aerosol by bryophytes under combined exposure to N, S and metal deposition. The bryophytes species with higher tolerance and absorption capacity of each contamination element are screened by simulated haze experiment. The air quality and practical absorption capacity of bryophytes will also be monitored in the field, which aims to evaluate the practicability for monitoring and purification of haze by bryophytes. The present project utilizes the research methodology combined with simulated test in laboratory and practical monitoring in the field, to provide a theoretical base for evaluating the absorption capacity of N, S and metal pollutants, and also provide a new idea for monitoring and purification of haze pollution.

项目选取华北地区常见的13种苔藓植物作为研究材料，探究在氮、硫及金属元素沉降复合暴露条件下苔藓植物对N、S、K、Ca、Mg、Fe、Al、Na等气溶胶主要污染元素的吸附规律，通过模拟雾霾实验筛选出对于各元素具有较高吸附能力与耐受能力的苔藓物种，而后通过野外空气质量与苔藓实际吸附能力的监测，评估利用苔藓植物监测并净化雾霾污染的可行性。本项目采用实验室模拟与野外监测相结合的方式，对准确评估苔藓植物吸附大气氮、硫及金属污染物的能力提供理论依据，同时也对监测并净化当前雾霾污染的工作提供了新的思路。

近年来大面积雾霾天气在中国频繁发生，已对人类日常生活与生态系统造成严重影响。苔藓植物在陆地生态系统中占有非常重要的地位，因其对环境变化十分敏感，因而常用于环境污染的生物监测，又因其对离子具有很强的吸附能力，因而在大气气溶胶的净化中具有很高的应用潜力。本项目以雾霾污染与苔藓植物的关系为切入点，一方面研究苔藓植物对引起雾霾污染的8种主要污染元素的吸附能力，另一方面研究苔藓植物物种多样性及群落结构在雾霾污染条件下的变化规律。研究发现，模拟雾霾处理对苔藓植物的伤害程度与污染物类型以及酸碱度密切相关，沙尘等含有较高Al、Fe元素的污染类型对苔藓植物伤害程度较高，而酸沉降则会加重苔藓植物所受到的伤害程度。苔藓植物对PM2.5颗粒各主要污染元素具有很强的吸附能力，其中石地钱与尖叶灰藓的整体吸附能力最强，考虑到苔藓植物适合低光照高湿度的特点，我们提出利用“城市森林+苔藓植物”的联合应用模式对雾霾污染进行生物净化。另一方面，模拟雾霾污染可导致苔藓植物物种多样性的降低，城市苔藓植物对于雾霾的耐受性整体强于森林苔藓植物，树附生苔藓植物耐受性最差。雾霾污染会导致一些敏感物种逐渐死亡，而一些抗性较强的物种优势度逐渐增加，苔藓物种多样性的提升对于群落生物量具有正向促进效应。野外调查结果表明，苔藓植物生物多样性的减少与当地雾霾污染程度呈明显正相关，川西山区与神农架林区苔藓植物物种多样性保护较好，泰山苔藓物种多样性降低最为明显，雾霾污染对苔藓植物群落结构产生显著影响，对于雾霾具有较强耐受能力的世界性物种将逐渐成为群落的优势种，而一些对于雾霾污染抵抗力较差的物种将逐渐消失。本研究结果为雾霾污染的生物净化提供了新思路，同时亦为雾霾污染的生态风险评价以及苔藓植物物种保护提供理论依据。