海南島北部潮間帶紅樹林對重金屬的累積特征

王鵬，趙志忠，馬榮林，李香，王軍廣

1. 海南省地質調查院，海南 海口570206；2. 海南師范大學地理與旅游學院，海南 海口571158；3. 海南省海洋地質調查研究院，海南 海口570206

海南島北部潮間帶紅樹林對重金屬的累積特征

王鵬1，趙志忠2*，馬榮林1，李香3，王軍廣2

1. 海南省地質調查院，海南 海口570206；2. 海南師范大學地理與旅游學院，海南 海口571158；3. 海南省海洋地質調查研究院，海南 海口570206

對海南島北部潮間帶紅樹林濕地7種紅樹植物（根、莖、葉）及其根系沉積物中重金屬元素含量進行了分析，結果表明：研究區濕地沉積物中Ni、Cu、Zn、As和Cd的變異系數大于0.50，沉積物中重金屬分布很不穩定。其中Cr、Cu、Zn、As和Cd的含量均高于海南水系沉積物背景值，可能存在外源的輸入。僅有Pb的含量略低于海南水系沉積物背景值。總體來看，大部分植物顯示了對Cd元素的較強的富集能力（BAC＞1），瓶花木對重金屬元素的吸收能力總體上要比其他紅樹植物強一些，木果楝對重金屬元素的吸收能力總體上最弱。其中，瓶花木（Scyphiphora hydrophyllacea）對Cr、Zn、As和Cd的吸收能力較強，蓮葉桐（Hernandia sonora）對Cr和Ni的吸收能力較強，角果木（Ceriops tagal）對Pb的富集能力較強。角果木（Ceriops tagal）和桐花樹（Aegiceras corniculatum）對Cd和Pb的運輸能力較強，瓶花木（Scyphiphora hydrophyllacea）對Cu、Zn和Cd的運輸能力較強，尖瓣海蓮（Bruguiera sexangula）對Cr、Ni、Cd和Pb的運輸能力較強，木欖（Bruguiera gymnorrhiza）對Ni、Cu、Cd和Pb的運輸能力較強，木果楝（Xylocarpus granatum）對Cr、Zn和Cd的運輸能力較強，蓮葉桐（Hernandia sonora）對Cr也有較強的運輸能力。但此次所研究的紅樹植物對As元素的運輸能力均很弱，建議適量引入適宜在研究區生長并且對As元素富集能力較強的植物。

重金屬元素；富集；紅樹林；海南島

生長于海洋潮間帶的紅樹林能產生大量的有機碎屑，而且其沉積物處于缺氧的還原狀態，使紅樹林濕地成為人類產生的很多污染物（尤其是重金屬元素）理想的吸收和儲存場所（林鵬, 1997；丘耀文和余克服, 2011）。有研究表明，紅樹植物能吸收環境中一定量的重金屬元素并積累于自身體內，不同的植物對重金屬的吸收能力不同，而且同種植物的不同的器官組織對各重金屬吸收量也有差異，其耐受力也相對較高（李柳強, 2008；Macfarlane和Burchett, 2002）。因此，關于潮間帶紅樹林濕地重金屬污染與生態效應研究已廣泛開展(劉瑀等, 2008; 楊鳴等, 2005)。這些研究主要包括李柳強（2008）等研究發現Cu和Zn是植物體生長所必須的微量營養元素，所以其在紅樹植物體中的的含量最高，且在根、莖、葉中含量相差不大；而Cr、As和Pb元素由于其無生物活性，被植物吸收后主要分布在植物的根部和莖部。章金鴻等（2004）、鄭文教和林鵬（1996）分別對粵東海豐縣小漠港和深圳福田紅樹林濕地的白骨壤植物各器官對不同重金屬元素吸收情況進行了分析。朱穎等（2009）研究指出：紅樹植物組織對Cu、Zn、Cd、Pb 4種重金屬元素的富集能力與林齡正相關。章金鴻等（2004）研究發現，紅樹植物各器官中的重金屬元素含量隨水體污染程度的增加而升高，且植物各器官的重金屬含量和富集系數不同，其中紅樹植物根部的富集能力最強。相關研究提高了我們對潮間帶紅樹林吸收累積重金屬元素的理解。然而對于海南島紅樹林重金屬污染及不同紅樹植物對重金屬的累積特征的相關研究還比較少。

海南島北部屬熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫17.1 ℃。區內沉積物表層呈酸性，pH值5～6；濕地沉積物中有機質含量豐富(王鵬等, 2011)。研究區包括東寨港紅樹林自然保護區、清瀾港紅樹林自然保護區和臨高新盈紅樹林自然保護區的部分地

區。其中東寨港紅樹林保護區面積3337.6 hm2，其中紅樹林面積2065 hm2，是我國紅樹林種類最多、分布面積最大，而且最集中連片的區域（王佳燕, 2007；劉美齡，2008）。清瀾港紅樹林保護面積達2948 hm2，總面積約350 hm2，新盈紅樹林生長區域約268 hm2（王佳燕，2007；劉美齡，2008），這里的紅樹林種類繁多，有角果木、瓶花木、尖瓣海蓮、桐花樹、木欖、木果楝、蓮葉桐、紅海欖和秋茄等，是世界珍惜瀕危鳥類的越冬地和遷徙停歇地；各科樹種盤根錯節相互依存，依岸生長，既是科學研究的天然寶庫和珍貴的旅游資源，也是海上抵御臺風和風暴潮的堅強衛士（謝瑞紅，2007）。

隨著城市化與工業化的加劇，工業和生活污水的排放，生活垃圾及農業生產中農藥化肥的大量使用，使其重金屬污染越來越重（Defew等，2005；Agoramoorthy等，2008；Wang等，2005）。大量的污染物聚集在河口海灣區，使紅樹林生濕地態系統受到了污染的威脅。因此，開展海南島北部紅樹林重金屬污染及紅樹植物對重金屬的累積特征研究，有助于掌握海南省紅樹林污染現狀以及紅樹林濕地生態恢復和環境保護。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與預處理

2011年5—8月，在研究區合理選擇采樣點，進行了野外考察和沉積物、紅樹植物（根、莖、葉）樣品采集。沉積物樣品采集采用梅花采樣法，采樣深度0～20 cm，保證上下均勻采集，在每個采樣點周圍100 m范圍內，采集3～5處多點采集沉積物組合為1件樣品，采樣時應去除動、植物殘體、礫石、磚塊等雜物，共采集沉積物樣品42件，在采集過程中盡量避免使用金屬器具，主要使用塑料小鏟采樣，采樣器具在采樣前后均經過嚴格清洗。沉積物樣品在實驗室進行自然風干后，剔除樣品中的植物根系、有機殘渣以及可見侵入體，用木質工具碾碎并用瑪瑙研缽研磨，過150目尼龍篩，供重金屬元素含量測定使用。

為保證數據的代表性，紅樹植物樣品的采集選在對應沉積物采樣點附近，并且基本選擇采樣點的優勢種植物進行采樣，植物的根、莖、葉各1.0 kg左右。植物樣品分別采集根、莖、葉共42件（其中角果木、瓶花木、尖瓣海蓮、桐花樹、木欖、木果楝、蓮葉桐各2套）。樣品放置于密封的乙烯封口袋中帶回實驗室。所采集的植物根、莖、葉樣品，在實驗室清洗干凈后進行自然風干，供重金屬元素含量測定使用。

1.2 樣品分析與數據處理

表1 重金屬檢測方法Table 1 The analysis of heavy metals

沉積物和紅樹植物樣品重金屬元素分析項目與測試方法，見表1。數據的分析處理采用統計軟件SPSS16.0與Excel等軟件。

1.3 植物重金屬富集能力計算方法

本文采用植物對重金屬的富集系數（Biological accumulating coefficient，BAC）和轉移系數（Biological transfer coefficient，BTC）來分析植物對重金屬的富集能力。富集系數（BAC）可以反應植物對某種重金屬元素的富集能力（張永戰和王穎，2000）。富集系數越大，反應其對重金屬的富集能力越強。其計算公式：富集系數（BAC）=植物地上部分重金屬含量/沉積物重金屬含量（Baker和Brooks, 1989）。植物的地上部分富集系數大于1是超富集植物的特征。此外，超富集植物還應具有植物地上部分重金屬應達到一定的量且地上部分重金屬含量應高于地下部分的特征（尹仁湛等，2008）。轉移系數（BTC）可以表現出植物由根部向地上部位運輸重金屬元素的能力。其計算公式：轉移系數（BTC）=植物地上部分重金屬含量/植物根部重金屬含量（Baker和Brooks, 1989）。

2 結果與分析

2.1 濕地重金屬含量特征

研究區沉積物中重金屬的統計結果，見表2。沉積物中重金屬的平均質量分數大小順序為Cr＞Zn＞Ni＞Pb＞Cu＞As＞Cd，變異系數大小順序為Cd＞As＞Ni＞Cu＞Zn＞Cr＞Pb，除Cr和Pb的變異系數小于0.05外，其余重金屬的變異系數均大于0.50，尤其是Cd元素（變異系數達到1.15），沉積物中重金屬分布很不穩定。其中Cr、Zn、As和Cd的含量均高于海南水系沉積物背景值，說明這幾種元素可能存在外源的輸入，尤其是As元素，其平均含量達到海南水系沉積物背景值的5倍之多，可能存在多種外源輸入。僅有Pb的含量略低于海南水系沉積物背景值。

由于研究區工礦企業較少，但近年來漁業發展加快，魚蝦飼料業相應增加，農業生產中農藥與化肥的大量使用，加上海洋港口船舶含油污水和居民

生活廢棄物的排放，使得部分重金屬元素含量急劇增加。因此，筆者認為研究區濕地沉積物中重金屬元素的含量主要是由外源輸入決定的，且部分重金屬元素存在多種外源輸入。在濕地沉積環境和外源輸入的共同作用下，使得本區重金屬元素的含量異于其他地區。

表2 研究區重金屬元素的統計Table 2 Statistic results of heavy metals in the study area mg·kg-1

表3 紅樹植物體內重金屬平均含量Table 3 Heavy metal concentrations of the mangrove plants mg·kg-1

2.2 紅樹植物重金屬含量

研究區紅樹植物體內重金屬元素平均含量（表3）顯示，各重金屬元素在同一植物中的含量差異較大。總體來看，Cr和Zn的含量較高，Cd和Hg的含量較低。同一種重金屬元素在不同的紅樹植物體中的含量也有所不同。Cr和Ni元素在桐花樹體內積累最多，Cd和Pb元素在角果木體內積累最多，Cu元素在瓶花木體內積累最多，這5種元素均是在木果楝中積累最少；Zn和As元素在蓮葉桐體內積累最多，分別在桐花樹和木欖中積累最少。由此可見，生活在相同生境下的不同種紅樹植物，由于其自身的結構和功能的差異，各種紅樹植物對不同種重金屬元素的吸收能力均存在著較大的差異。

2.3 紅樹植物對重金屬的富集、轉移特征

為了進一步了解研究區紅樹植物對重金屬元素的富集情況，計算了植物對重金屬的富集和轉移系數。可以發現（表4和圖1），除了木果楝外，其余6種植物對Cd元素的富集系數均大于1，顯示了對Cd元素較強的富集能力，但沒有達到1000 mg·kg-1超富集植物的特征。7種植物對其余重金屬元素均沒有富集現象。

相比之下，瓶花木對重金屬元素的吸收能力總體上要比其它紅樹植物強一些，而木果楝對重金屬元素的吸收能力總體上最弱。反映木果楝可能屬于避性植物，其自身通過限制某些重金屬離子跨膜吸收或分泌一些物質與重金屬離子發生絡合反應，使其不吸收環境中高含量的重金屬從而保護自身（Baker, 1987；楊居榮和黃翌，1994）。其中，瓶花木對Cr、Zn、As和Cd這4種重金屬元素的吸收能力較強，蓮葉桐對Cr和Ni的吸收能力較強，角果木對Pb的富集能力較強。因此，鑒于瓶花木、蓮葉桐和角果木對重金屬元素的吸收能力相對較強，可利用其富集作用對濕地環境做一定的生物修復。

圖1 紅樹植物對重金屬的富集能力Fig.1 Accumulating ability of the mangrove plants

從植物對重金屬元素的轉移系數上來看（表5），角果木和桐花樹對Cd和Pb的運輸能力較強，瓶花木對Cu、Zn和Cd的運輸能力較強，尖瓣海蓮對Cr、Ni、Cd和Pb的運輸能力較強，木欖對Ni、Cu、Cd和Pb的運輸能力較強，木果楝對Cr、

Zn和Cd的運輸能力較強，蓮葉桐對Cr也有較強的運輸能力。這些植物（轉移系數均大于1）均顯示了對不同重金屬元素較好的轉移能力。反映這些植物對某些重金屬元素具有重金屬積累特征，其吸收大量重金屬并通過某些特定的生理機制達到解毒效果（Baker, 1987；楊居榮和黃翌，1994）。但研究區紅樹植物對As元素的運輸能力均很弱，可能是因為這些植物對As元素具有金屬排斥，其在根部積累大量重金屬離子，而限制向地上部分運輸，從而使地上部分免遭傷害，在一定程度上也提高了自身對重金屬的耐性（Baker, 1987; Baker, 1981）。因此建議嚴格控制破壞紅樹林，并適量引入適宜在研究區生長并且對As元素富集能力較強的植物。

總體來講，在此次研究的紅樹植物中沒有篩選到對某種重金屬元素具有超富集特征的植物，但是作為海洋潮間帶主要植物種類，這些植物顯示了對重金屬元素的較強的耐性。如瓶花木、角果木、尖瓣海蓮和木欖，可作為研究區紅樹林濕地生態恢復的先鋒植物培植，不但能迅速提高潮間帶紅樹林濕地的植被覆蓋率，也能富集一定量的重金屬元素。

表4 紅樹植物對重金屬的富集系數Table 4 The bio-accumulating coefficient(BAC) of the mangrove plants

表5 紅樹植物對重金屬的轉運系數Table 5 The biological transfer coefficient(BTC) of the mangrove plants

3 結論

1）研究區沉積物中Ni、Cu、Zn、As和Cd的變異系數大于0.50，沉積物中重金屬分布很不穩定。其中Cr、Cu、Zn、As和Cd的含量均高于海南水系沉積物背景值，可能存在外源的輸入。僅有Pb的含量略低于海南水系沉積物背景值。

2）各重金屬元素在同一植物中的含量差異較大。總體來看，Cr和Zn的含量較高，而Cd和Hg的含量較低。

3）除木果楝外，其余6種植物均顯示了對Cd元素較強的富集能力。瓶花木對重金屬元素的吸收能力總體上要比其他紅樹植物強一些，木果楝對重金屬元素的吸收能力總體上最弱。多數紅樹植物顯示了對不同重金屬元素較好的轉移能力，而究區紅樹植物對As元素的運輸能力均很弱，建議適量引入適宜在研究區生長并且對As元素富集能力較強的植物。

Agoramoorthy G, Chen F A, Hsu M J. 2008. Threat of heavy metal pollution in halophytic and mangrove plants of Tamil Nadu[J]. India Environmental Pollution, 15: 320-326.

BAKER A J M, BROOKS R R. 1989. Terrestrial higher plants which hyperaccumulated metallic elements-a review of their distribution, ecology and phytcchemistry[J]. Biorecovery, 1:81-126.

Baker A J M. 1981. Aeeumulators and excluders strategies in the response of plants to heavy metals[J]. Joumal of pant nutrition, 8(12):643-654.

Baker A J M. 1987. Metaltolerance[J]. NewPhytologist, 106(supl): 93-111.

Defew L H, Mair J M, Guzman H M. 2005. An assessment of metal contamination in angrove sediments and leaves from Punta Mala Bay[J]. Pacific Panama Marine Pollution Bulletin, 50: 547-552.

Macfarlane G R, Burchett M D. 2002. Toxicity, growth accumulation relationships of copper, lead and zinc in grey mangrove Avicennia Marina(Forsk)Vierh[J]. Marine Environmental Research, 54(1):65-84.

Wang H B, Shu W S, Lan C Y. 2005. Ecology for heavy pollution recent advances and futureprospects[J]. Acta Ecologica Sinica,

25(3):596-605.

李柳強. 2008. 中國紅樹林濕地重金屬污染研究[D]. 廈門：廈門大學.

廖香俊,丁式江,吳丹,等. 2004. 瓊東北地區土壤微量元素地球化學特征[C]. 2004年全國學術年會農業分會場論文專集: 64-67.

林鵬. 1997. 中國紅樹林生態系[M]. 北京: 科學出版社.

劉美齡. 2008. 海南東寨港和清瀾港紅樹植物分布與土壤性質關系[D].廈門：廈門大學.

劉瑀,馬龍,李碩,等. 2008. 海岸帶生態系統及其主要研究內容[J]. 海洋環境科學, 27(5): 520-522.

丘耀文, 余克服. 2011. 海南紅樹林濕地沉積物中重金屬的累積[J]. 熱帶海洋學報, 30(2):102-108.

王佳燕. 2007. 海南東寨港幾種紅樹植物主要生長特征因子間的關系研究[D]. 海口: 華南熱帶農業大學.

王鵬, 趙志忠, 王軍廣, 等. 2011. 海南島東北部紅樹林地區沉積物常量元素的含量分布特征[J]. 海南師范大學學報: 自然科學版, 24(1): 96-100.

謝瑞紅. 2007. 海南島紅樹林資源與生態適宜性區劃研究[D]. 海口: 華南熱帶農業大學.

楊居榮, 黃翌. 1994. 植物對重金屬的耐性機理[J]. 生態學雜志, 13(6):20-23.

楊鳴，夏東興，谷東起，等. 2005. 全球變化影響下青島海岸帶地理環境的演變[J]. 海洋科學進展，23（3）：289-296.

尹仁湛, 羅亞平, 李金城, 等. 2008. 泗頂鉛鋅礦周邊土壤重金屬污染潛在生態風險評價及優勢植物對重金屬累積特征[J]. 農業環境科學學報, 27(6):2158-2165.

張永戰, 王穎. 2000. 面向21世紀的海岸海洋科學[J]. 南京大學學報:自然科學, 36（6）：702-710.

章金鴻, 李玫, 陳桂珠. 2004. 港灣污水排放對紅樹林濕地的影響[J]. 上海環境科學, 23（4）：147-151.

鄭文教, 林鵬. 1996. 深圳福田白骨壤紅樹林Cu, Pb, Zn, Cd的累積及分布[J]. 海洋與湖沼, 27（4）：386-393.

朱穎,吳純德,葉健,等. 2009. 淇澳島紅樹林生態系統中重金屬含量相關性[J]. 環境科學, 32（11）：95-98.

Bioaccumulation characteristics of heavy metal in intertidal zone sediments from northern Hainan Island

WANG Peng1, ZHAO Zhizhong2*, MA Ronglin1, LI Xiang3, WANG Junguang2
1. Hainan Geological Survey, Haikou 570206, China; 2. School of Geography and Tourism, Hainan Normal University, Haikou 571158, China; 3. Hainan Marine geology investigation institute, Haikou 570206, China

To investigate the heavy metals pollution in seven types of mangrove plants as well as its sediment on northern Hainan Island, samples collected from mangrove plants and sediment were determined for the concentrations. By use of the Biological accumulating coefficient(BAC) and Biological transfer coefficient(BTC) methods, the main research results are as follows: Mean concentrations of Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd and Pb were 71.44, 33.63, 20.29, 63.87, 12.38, 0.09, 22.63 mg·kg-1in this region, respectively, the the average contents of Cr, Ni and As are higher and has outside source. Overall, the contents of Cr and Zn are higher and Cd and Hg are lower in mangrove plants. Most mangrove plants a higher capability of accumulating Cd (BAC＞1), Scyphiphora hydrophyllacea had a higher capability of accumulating Cr, Zn, As and Cd, Hernandia Sonora had a higher capability of accumulating Cr and NiCeriops tagal had a higher capability of accumulating Pb. Ceriops tagal and Aegiceras corniculatum had a higher capability of shifting Cd and Pb, Scyphiphora hydrophyllacea had a higher capability of shifting Cu, Zn and Cd,Bruguiera sexangula had a higher capability of shifting Cr, Ni, Cd and Pb, Bruguiera gymnorrhiza had a higher capability of shifting Ni, Cu, Cd and Pb, Xylocarpus granatum had a higher capability of shifting Cr, Zn and Cd, Hernandia Sonora had a higher capability of shifting Cr. But the mangrove plants in region had a lower capability of shifting As, so we shoud introducing the plants which has had a higher capability of shifting As.

Heavy metal elements; enrichment; mangrove; Hainan Island

X173

A

1674-5906（2014）05-0842-05

國家自然科學基金項目(41261062)；海南省重點科技計劃項目（ZDXM20130021）

王鵬（1985年生）助理工程師，碩士研究生，從事環境地球化學研究。E-mail: wangpeng767@163.com

*通信作者：趙志忠，研究員，博士，主要從事地球化學、自然地理學研究。

2014-01-14

王鵬，趙志忠，馬榮林，李香，王軍廣. 海南島北部潮間帶紅樹林對重金屬的累積特征[J]. 生態環境學報, 2014, 23(5): 842-846.

WANG Peng, ZHAO Zhizhong, MA Ronglin, LI Xiang, WANG Junguang. Bioaccumulation characteristics of heavy metal in intertidal zone sediments from northern Hainan Island [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(5): 842-846.