南极菲尔德斯半岛地区地衣和苔藓的生物地球化学特征

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1、第9卷第4期极地研究Vol . 9,No. 41997年12月CH I N ESE JOURNAL OF POLAR RESEARCHDecember 1997南极菲尔德斯半岛地区地衣和 苔藓的生物地球化学特征李锋 李天杰(北京师范大学环境科学研究所,环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100875)提要 利用地衣和苔藓化学分析资料对南极菲尔德斯半岛地区地衣和苔藓中化学元素的分配、相关性及其元素比值关系进行了分析。 研究表明,地衣和苔藓促进了土壤与风化壳的发育,但受南极地区恶劣环境条件的限制,生物地球化学过程极其微弱。 地衣和苔藓植株体中Fe、A l、M n等元素丰度主要依赖于土壤与风化

2、壳元素丰度的高背景值。Ca、K、Cr等元素是地衣选择性吸收较强的元素,苔藓对M g、N a、Zn等元素则具有较强的选择性吸收能力。关键词 南极 菲尔德斯半岛 地衣 苔藓 生物地球化学近年来,有关南极地区表生地球化学的研究工作受到了各国学者的普遍重视(Camp2bell and Claridge, 1988;刘耕年, 1991;赵俊琳, 1991;谢又予1988),但有关南极地区生物地 球化学方面的研究成果还较少。 目前的工作仅局限于背景值(赵俊琳, 1989)和海洋生物(张海生等, 1993)的研究,陆地生物地球化学的研究还较薄弱。 本文在前人研究工作的基础上,利用地衣和苔藓的化学分析资料,对

3、菲尔德斯半岛地区的生物地球化学特征进行了初步研究。一、 分析测试将用去离子水洗净的样品放入烘箱中,在6080条件下烘干,取出后在干燥器中冷却称重。 消化定溶后,进行元素含量测量。 在北京师范大学测试中心用等离子发射光谱仪测试各元素含量。 对元素含量较低的样品在北京师范大学环境科学研究所用原子吸收石墨炉进行测定。 共测试地衣样品5个,苔藓样品6个。 同时对生物附生的土壤与风化壳样品也进行了测试。 测试结果见表1。表1 南极菲尔德斯半岛地区地衣、 苔藓及附生土壤与风化壳元素背景值(mg?kg) Table 1. Background value of chem ical elements in l

4、ichon,moss and soil underneath.元素A lCaCuFeKM gM nNaN iPbZnCrPSTiV地衣427 . 395266 . 16 444 . 30 1306350. 6 12 . 32 323 . 70 0 . 970 . 6933 23 . 74 2 . 339 307 . 90 310. 10 42. 271 . 783 土壤风化壳73672 41060 68. 29 47266373117888 742 . 16 31125 16. 78 0 . 5826 63 . 94 29 . 310 476 . 91 107. 49 3251 . 54 19

5、8 . 11 苔藓899014194 17. 407927814 . 83667 250 . 80 21894 . 852 . 1100 323 . 60 4 . 09 1492. 00 990. 80 388 . 90 土壤风化壳56779 38020 25. 78 36756459014007 517 . 11 17035 16. 76 0 . 8825 53 . 93 17 . 28 2295. 38 792. 64 2999 . 23 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.二、 结果

6、与讨论1.地衣和苔藓中化学元素的分配植物的化学组成,在很大程度上取决于土壤的化学组成。 植物在参加地表进行的地球化学过程的同时,能够从土壤中吸收营养物质( , 1973)。 从菲尔德斯半岛地区地衣和苔藓中元素的丰度来看,普遍低于土壤与风化壳。 但S元素的丰度却高于土壤与风化壳,反映出S元素的生物吸收特性。 从地衣和苔藓及土壤与风化壳三者元素丰度分配序列来看:地衣: Ca K Fe A l M g N a S P Ti Zn M n Cu Cr V苔藓: Ca A l Fe M g N a P S K Ti Zn M n Cu N i Cr土壤与风化壳:A l Fe Ca N a M g K T

7、i M n P V S Cu Zn Cr N i显然,地衣和苔藓中化学元素与其附生的土壤及风化壳之间发生了分异。Ca元素成为两者的主要元素,其他元素的丰度序列也发生了明显的变动。 但由于南极地区环境条件的恶劣,植物生长期较短,土壤发育程度较弱,使地衣和苔藓对元素较强的选择性吸收受到了限制。 值得指出的是,苔藓中元素的丰度普遍高于地衣。 这与它们各自的生长环境有很大关系。 苔藓一般生长在低洼潮湿的地段,地衣则更多地生长在陡崖、 山坡上。 两种不同的生长环境使它们对元素的选择性吸收产生了差别。2.地衣和苔藓中化学元素相关性分析表2和表3给出了地衣和苔藓中化学元素的相关系数矩阵。 同时,为了深入研究

8、地衣和苔藓中化学元素间的相关关系,还给出了土壤与风化壳中元素的相关系数矩阵(表4)。表2 南极菲尔德斯半岛地区地衣中化学元素相关系数r(P0 . 01, r- 0 . 96; P0 . 05, r- 0 . 83)Table 2. Correlation matrix of chem ical elements in lichon.CuCrM nN iPbZnCaM gKNaFeA lTiPSV Cu1. 00 Cr0. 291. 00 M n- 0 . 77 0. 161. 00 N i- 0 . 29 0. 830. 631. 00 Pb0. 250. 51 - 0. 21 0. 361.

9、 00 Zn0. 850. 73 - 0. 37 0. 250. 411. 00 Ca- 0 . 38 0. 200. 760. 470. 19 - 0 . 04 1 . 00 M g- 0 . 13 0. 100. 660. 23 - 0. 37 0. 100 . 761 . 00 K- 0 . 47 - 0. 53 0. 59 - 0. 22 - 0. 57 - 0 . 49 0 . 600 . 771 . 00 Na0. 370. 350. 240. 180. 080. 580 . 670 . 810 . 401 . 00 Fe- 0 . 77 0. 130. 970. 60 - 0.

10、03 - 0 . 39 0 . 860 . 610 . 590 . 271 . 00 A l- 0 . 77 - 0. 26 0. 870. 22 - 0. 29 - 0 . 58 0 . 800 . 680 . 860 . 270 . 911 . 00 Ti- 0 . 92 - 0. 20 0. 630. 32 - 0. 36 - 0 . 79 0 . 07 - 0 . 06 0 . 23 - 0 . 59 0 . 560 . 521 . 00 P- 0 . 57 0. 000. 900. 36 - 0. 46 - 0 . 28 0 . 760 . 890 . 820 . 480 . 850

11、 . 890 . 411 . 00 S- 0 . 44 - 0. 30 0. 660. 00 - 0. 20 - 0 . 34 0 . 850 . 790 . 910 . 560 . 740 . 900 . 110 . 811 . 00 V- 0 . 91 - 0. 18 0. 890. 37 - 0. 12 - 0 . 67 0 . 720 . 440 . 640 . 020 . 940 . 940 . 710 . 750 . 731 . 00地衣和苔藓中化学元素相关关系的研究表明,两者既有共性,又有差异性。 地衣和苔藓中Fe、A l、M n等元素之间的相关性较好,这基本上继承了土壤与风化壳

12、中它们之间的相关性。 说明地衣和苔藓对这三种元素的选择性吸收不强,主要是受土壤与风化壳中元素丰度高背景的影响。003极地研究第9卷 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.表3 南极菲尔德斯半岛地区苔藓中化学元素相关系数r(P0 . 01, r- 0 . 83; P0 . 05, r- 0 . 71)Table 3. Correlation matrix of chem ical elements in moss .A lCaCdCuFeKM gM nNaN iPbZnCrPSTi A l1.

13、 00 Ca- 0 . 11 1. 00 Cd0. 250. 921. 00 Cu0. 23 - 0. 76 - 0. 52 1. 00 Fe0. 810. 100. 490. 391. 00 K- 0 . 37 0. 650. 62 - 0. 09 0. 201. 00 M g- 0 . 35 - 0. 89 - 0. 98 0. 61 - 0. 47 - 0 . 45 1 . 00 M n0. 030. 470. 30 - 0. 90 - 0. 36 - 0 . 33 - 0 . 45 1 . 00 Na0. 760. 140. 520. 401. 000. 29 - 0 . 48 - 0

14、 . 41 1 . 00 N i0. 250. 940. 99 - 0. 64 0. 400. 52 - 0 . 99 0 . 440 . 421 . 00 Pb0. 97 - 0. 16 0. 240. 420. 91 - 0 . 21 - 0 . 29 - 0 . 22 0 . 870 . 101 . 00 Zn0. 540. 700. 93 - 0. 22 0. 780. 51 - 0 . 91 0 . 080 . 790 . 890 . 571 . 00 Cr- 0 . 22 0. 970. 81 - 0. 88 - 0. 11 0. 52 - 0 . 82 0 . 63 - 0 .

15、08 0 . 86 - 0 . 31 0 . 541 . 00 P0. 500. 470. 50 - 0. 71 0. 14 - 0 . 34 - 0 . 67 0 . 870 . 080 . 620 . 280 . 440 . 541 . 00 S0. 380. 370. 650. 310. 840. 69 - 0 . 53 - 0 . 51 0 . 890 . 520 . 550 . 810 . 15 - 0 . 15 1 . 00 Ti0. 730. 100. 480. 450. 990. 30 - 0 . 43 - 0 . 47 1 . 000 . 370 . 860 . 76 - 0

16、 . 12 0 . 011 . 001 . 00S和K、Ca等元素较好的相关性反映出S和K元素是地衣生长的必需元素。P元素 与A l、M g的相关性在地衣和土壤与风化壳中都较好,说明P元素主要受土壤与风化壳中 元素丰度高背景值的影响,其生物选择性吸收较弱。 地衣中N a元素与其他元素的相关性 普遍较差,说明N a元素对地衣的生长并非必需而是被迫吸收元素。Cu、Zn元素和V、Ti 元素之间的负相关可能与元素在地衣生理机能上的颉颃作用有关。 与地衣有所不同的是,苔藓中Ca和M g元素具有明显的负相关性,说明苔藓对Ca和M g元素有较强的选择性吸收,这与两种元素在苔藓生理机能上的颉颃作用有关。 与Ca 和M g元素关系相似的还有Cu和M n、Cr;M g和N i、Zn。S元素在苔藓中与Fe、M n、Zn、K 元素的相关性较好,一方面说明S和K元素是苔藓生长的必需元素,另一方面也反映出S 和K元素大概来自铁锰胶体的吸附作用。 苔藓中P和N a元素及N a和Fe、A