苔藓氮含量及游离氨基酸指示大气氮沉降时空变化

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本研究利用苔藓作为监测植物,系统研究了贵州省春夏两季大气氮沉降的时空分布。在贵阳市中心、市区公园、郊区和农村的21个样点,连续采集5个月,共105个石生细叶小羽藓(Haplocladium microphyllum(Hedw.))样品。分别测定了不同研究区域下的苔藓样品的组织氮含量及游离氨基酸浓度。通过显著性差异及线性回归分析,系统的对比了苔藓组织氮含量及游离氨基酸的时间和空间分布特征,进一步深化利用苔藓组织氮含量(TN)和游离氨基酸(FAA)浓度技术在大气氮沉降研究中的应用,以期为城市地区的环境保护和人为氮排放的控制提供地球化学依据。  本研究采用柱前衍生-反相高效液相色谱法同时测定21种氨基酸含量。该衍生化过程利用自动在线衍生程序并采用FMOC和OPA作为衍生剂,在常温下迅速进行。本研究采用150mm色谱柱,Nva、AABA和Sar作为内标,所测氨基酸的峰与内标峰互不干扰,保证了分析的准确可靠。除Cy2、Orn、Lys具有最高的定量限和检测限,其他的氨基酸的定量限和检测限均较低,在5μmol/L以下。测定6次标准氨基酸的保留时间的相对标准偏差在0.15%~1.00之间,平均为0.33%;峰面积值的相对标准偏差在0.92%~8.06%之间,平均为2.59%。除了Thr线性系数为0.9983,其他氨基酸的线性关系均在0.9990以上。所以该方法准确性好、重现性良好、仪器精密度高,可用于氨基酸浓度的测定。  苔藓没有真正意义上的根,其主要依靠大气沉降来吸收营养物质,因此被当做大气氮沉降可靠的生物指标。研究结果发现游离氨基酸是苔藓氮重要的组成部分,苔藓组织中游离氨基酸态氮占总氮含量的15%左右,明显高于松针等高等植物。氨基酸作为植物体内氮代谢的重要代谢产物,调控苔藓组织碳氮代谢平衡。研究结果表明苔藓组织总游离氨基酸(TAA)浓度和TN具有显著的正相关关系,而且贵阳市的苔藓组织中的TN和TAA都是随着离市中心的距离逐渐降低,但苔藓TAA的含量变化要大于植物TN的变化,表明苔藓组织游离氨基酸可以更灵敏的响应大气氮沉降。  市区苔藓组织总氨基酸浓度和苔藓组织氮含量变化趋势与春夏雨水DIN变化规律有一致性,这表明苔藓组织的氮含量和游离氨基酸浓度能够对大气氮沉降的季节性差异作出响应。然而,郊区和农村苔藓样品氮含量和游离氨基酸浓度出现了不同的变化趋势,表现为稳步上升的趋势,可能是由于郊区和农村会受到逐渐复苏并加强的农业活动的影响。  苔藓的氮含量与碳氮比值具有显著的负相关关系,相关系数高达0.96。研究苔藓碳、氮含量的关系,有助于更好地了解苔藓对于大气污染的生物指示作用。根据前人已有的数据基础归纳出了不同的地区不同苔藓的组织氮含量(y)和大气氮沉降量(x)的平均的变化关系:y=0.052x+0.7325。研究区的大气氮沉降量平均值的变化范围为:16.32kg Nha-1yr-1~56.35kg Nha-1yr-1。  苔藓组织中的21种FAA的含量都会伴随着TN的增加而增加,但并非等比例增加。Arg、Cit、Asp、Asn、Ser、His、Arp、Ala的含量和苔藓组织氮含量具有很好的线性相关性,能够对环境氮做出良好的响应。在低大气氮沉降水平时,苔藓中Arg、Cit、Ala的浓度和所占百分比含量均可对大气氮沉降做出响应。在高大气氮沉降水平时,苔藓中Cit、Ala、GABA、Gln的浓度及百分比含量均可以很好的响应大气氮沉降。苔藓植物中的Arg能够对环境的微小变化做出响应,且比苔藓的组织氮含量具有更好的分辨率,可以应用于示踪大气氮沉降。
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