茅尾海紅樹林濕地植物對重金屬的累積特征

耿俊杰，黃亮亮，吳志強，2，朱召軍，常 濤，武文麗，熊 力

(1.桂林理工大學(xué)a.廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實驗中心;b.環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西桂林 541006;2.廣西大學(xué)，南寧 530004)

紅樹林是分布于熱帶、亞熱帶河口潮間帶的重要植被類型。研究表明，紅樹林對多種污染物都有一定的抗性和耐受力，且紅樹林植物和林下土壤都有吸收各種污染物的能力，從而對水體有一定的凈化作用[1]。長期以來，由于沿海經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，河口海岸的污染日益加重，大量有關(guān)紅樹林濕地的研究相繼展開[2-7]。紅樹植物體內(nèi)重金屬含量較低，Pb、Zn 的含量均低于根際沉積物[8]，而且在對泉州灣洛陽河口紅樹林區(qū)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，桐花樹和秋茄兩種紅樹植物各部位中元素平均含量順序大體一致:Fe ＞Mn ＞Cr ＞Zn ＞Cu＞Pb ＞Co[9]。除海蓮?fù)猓坠侨馈⒄婕t樹、角果木、桐花樹紅樹植物在不同區(qū)域富集系數(shù)差異性顯著[10]。此外，還發(fā)現(xiàn)紅樹種苗的萌芽生長對Hg具有較高的抗性，且相同條件下拒鹽紅樹植物秋茄對Hg 的耐性比泌鹽的桐花樹高[11]。

本文選取茅尾海紅樹林保護(hù)區(qū)域紅樹林濕地的桐花樹、秋茄和老鼠簕為研究對象，選取植物不同部位(根、莖、葉)，分析其中重金屬Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、Hg、As 的含量，探討不同紅樹林濕地植物各部位對重金屬吸附能力的差異，比較不同植物各部位對重金屬元素的累積差異。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

研究區(qū)域位于廣西欽州市茅尾海紅樹林自治區(qū)級自然保護(hù)區(qū)(108°28′33″—108°55′53″E、21°33′15″—21°54′40″N)，選取桐花樹、秋茄和老鼠簕3 種植物為研究對象，采集植物并將每株植株分成根、莖、葉等不同部位。采樣點如圖1所示(每個采樣點采集植物樣品和沉積物樣品)。

圖1 茅尾海紅樹林采樣點分布圖Fig.1 Distribution of sampling sites in the mangrove of Maowei Gulf

植物樣品先用自來水清洗干凈，再用去離子水沖洗，風(fēng)干研磨后裝袋密封備用。沉積物自然風(fēng)干研磨過100目(0.147mm)尼龍篩制樣。采用MARS5分別對植物樣品(120 ℃/5 min—150 ℃/3 min—180 ℃/20 min)和沉積物樣品(120 ℃/5 min—150 ℃/5 min—185 ℃/30 min)進(jìn)行微波消解。經(jīng)消解之后的樣品對Cu、Pb、Zn、Cr、Ni 重金屬元素采用ICP -OES (PE -Optima 7000DV)進(jìn)行測定，Cd 采用石墨爐原子吸收分光光度法(原子吸收光譜儀PE-AA700)進(jìn)行測定，As、Hg 采用原子熒光形態(tài)分析儀(SA -20)測定，同時用平行樣、國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10015 (GSB - 6)和GBW07318 分別控制植物和沉積物樣品的精確性和準(zhǔn)確性。Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、Hg、As 的回收率分別為103% ～113%、84.98% ～93.67%、100.94% ～116.56%、78.15% ～88.93%、92.47%～103.63%、93.32% ～106.37%、72.55% ～104.88%、90.15% ～112.47%(植物)和90.06%～93.75%、93.41% ～ 105.92%、85.94% ～106.02%、79.34% ～80.79%、76.35% ～78.14%、99.10% ～113.41%、80.35% ～106.53%、79.32%～82.65% (沉積物)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

植物對重金屬元素的吸收累積能力不僅與土壤中重金屬含量有關(guān)，也與土壤中重金屬的形態(tài)與植物對元素的需求有關(guān)[12]。植物對重金屬元素的吸收累積能力可以用富集系數(shù)(其值為植物體內(nèi)某元素的含量/該元素在土壤中含量)表示[12-13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅樹林濕地中沉積物和植物中重金屬元素含量

茅尾海紅樹林表層沉積物中重金屬含量表現(xiàn)為:Zn ＞Cr ＞Cu ＞Pb ＞As ＞Ni ＞Cd ＞Hg。Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、Hg、As 的平均含量分別為:24.81 ± 19.19 mg/kg、59.85 ± 14.40 mg/kg、30.02 ±5.79 mg/kg、9.24 ±3.77 mg/kg、(18.31±3.85 mg/kg、0.34 ±0.26 mg/kg、99.85 ±37.25 μg/kg、11.56 ±4.28 mg/kg，其中Cu 的變異系數(shù)最大，Cd 次之，Cr 最小。

茅尾海紅樹林濕地同一種植物對不同金屬離子的吸附能力不同，同種元素在不同植物的相同部位含量亦不同(表1)。該紅樹林濕地植物體內(nèi)重金屬含量表現(xiàn)為:①桐花樹，Zn ＞Cr ＞As ＞Pb ＞Cu＞Ni ＞Cd ＞Hg;②秋茄，Zn ＞Cr ＞Cu ＞As ＞Pb ＞Ni ＞Cd ＞Hg;③老鼠簕，Zn ＞As ＞Cr ＞Cu ＞Pb ＞Ni ＞Cd ＞Hg。重金屬元素在不同植物的不同部位分布特征表現(xiàn)為:①桐花樹，Cu、Zn、Cr、As 表現(xiàn)為根＞莖＞葉，Ni、Pb、Cd 表現(xiàn)為根＞葉＞莖，Hg表現(xiàn)為葉＞根＞莖;②秋茄，Ni、Pb、Cd 表現(xiàn)為根＞葉＞莖，Zn、Cr、As 表現(xiàn)為根＞葉＞莖，Cu 表現(xiàn)為莖＞根＞葉，Hg 表現(xiàn)為葉＞根＞莖;③老鼠簕，Cd 表現(xiàn)為根＞莖＞葉，Cu、Ni、Pb、As、Cr表現(xiàn)為根＞葉＞莖，Zn、Hg 表現(xiàn)為葉＞根＞莖。

重金屬Zn、Pb、Cd、Hg 和As 在植物的含量表現(xiàn)為老鼠簕＞桐花樹＞秋茄，Cu 表現(xiàn)為老鼠簕＞秋茄＞桐花樹，Cr 表現(xiàn)為秋茄＞老鼠簕＞桐花樹，Ni 表現(xiàn)為桐花樹＞老鼠簕＞秋茄。

2.2 紅樹植物及各部位對重金屬的累積能力

茅尾海紅樹林濕地3 種紅樹植物對8 種重金屬的富集系數(shù)各不相同，富集順序表現(xiàn)為:桐花樹，Cd ＞As ＞Zn ＞Cr ＞Hg、Ni ＞Pb ＞Cu;秋茄，Cd ＞Cr、As ＞Zn ＞Hg ＞Cu ＞Pb ＞Ni;老鼠簕，Cd＞Cr ＞Zn ＞As ＞Hg ＞Cu ＞Pb、Ni (表2)。

3 結(jié)果與討論

(1)茅尾海紅樹林表層沉積物中重金屬含量表現(xiàn)為Zn ＞Cr ＞Cu ＞Pb ＞As ＞Ni ＞Cd ＞Hg。Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、Hg、As 的平均含量分別為24.81 ± 19.19 mg/kg、59.85 ± 14.40 mg/kg、30.02 ±5.79 mg/kg、9.24 ±3.77 mg/kg、18.31 ±3.85 mg/kg、0.34 ± 0.26 mg/kg、99.85 ± 37.25 μg/kg、11.56 ±4.28 mg/kg。紅樹林濕地植物體內(nèi)重金屬含量表現(xiàn)為:桐花樹，Zn ＞Cr ＞As ＞Pb＞Cu ＞Ni ＞Cd ＞Hg;秋茄，Zn ＞Cr ＞Cu ＞As ＞Pb＞Ni ＞Cd ＞Hg;老鼠簕，Zn ＞As ＞Cr ＞Cu ＞Pb ＞Ni ＞Cd ＞Hg。

紅樹植物體所吸收的Cr、Ni、Pb 和As 主要分布于根、莖，其原因是紅樹林沉積物中的Cr、Ni、Pb 和As 無生物活性，而Cu 和Zn 在紅樹植物體內(nèi)根、莖、葉中含量相差不大，且含量都較高[14]。Che 分析認(rèn)為，Zn、Cu 在紅樹植物根部累積量較高，是因為這兩種元素都是植物必需微量營養(yǎng)元素，根部較高的累積量，反映了植物的生理需求，而紅樹植物對非必需元素(如Cd)的較高富集則可能應(yīng)歸因于植物特性[15]。

紅樹植物的根部作為重金屬元素Cr、Ni、Pb、Cd 和As 的主要累積和存儲部位，葉中重金屬元素的含量低于非紅樹植物，說明紅樹植物必然具有一套特殊的機制來減弱和中和重金屬元素造成的毒害[16]，限制了重金屬向上的傳輸，減少了重金屬元素通過食物鏈向環(huán)境的擴(kuò)散，而低濃度的植物葉片為紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的各級消費者提供潔凈的食物。正是由于這種低傳輸機制，使得紅樹植物大量地應(yīng)用于人工濕地中[17]。

表1 茅尾海紅樹林濕地植物不同部位和表層沉積物重金屬元素含量Table 1 Content of heavy metals in different tissues and surface sediments in the mangrove of Maowei Gulf

表2 不同植物部位重金屬富集系數(shù)Table 2 Accumulation index of different tissues of different plants

(2)茅尾海紅樹林濕地3 種紅樹植物對8 種重金屬的富集順序分別為:桐花樹，Cd ＞As ＞Zn＞Cr ＞Hg、Ni ＞Pb ＞Cu;秋茄為Cd ＞Cr、As ＞Zn＞Hg ＞Cu ＞Pb ＞Ni;老鼠簕為Cd ＞Cr ＞Zn ＞As ＞Hg ＞Cu ＞Pb、Ni。

紅樹植物對重金屬元素的累積能力大小與紅樹植物的種類及植株的不同部位相關(guān)[18]。紅樹植物對重金屬的吸收雖然在量上存在差異，但在植物體內(nèi)的分布卻很相似。本文研究發(fā)現(xiàn)，Hg 元素在紅樹植物部位內(nèi)均表現(xiàn)為葉＞根＞莖，與紅樹植物對Hg 有較高的耐性有關(guān)[19]。3 種紅樹植物(桐花樹、秋茄和老鼠簕)的不同部位對同一種重金屬元素的累積能力不同，但對Cd 均具有較高的富集系數(shù)，與鄭逢中等[20]在對福建九龍江口紅樹林的研究有一定的吻合，與胡恭任等[9]和李翠等[12]的研究出現(xiàn)一點差異，除了可能與不同地區(qū)植株自身的吸附能力和需求量有關(guān)外，還與其生長環(huán)境和季節(jié)[18]有關(guān)。

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