海南島北部潮間帶紅樹林對(duì)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(zhì)調(diào)查院，海南 ?？?70206；2. 海南師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，海南 ?？?71158；3. 海南省海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，海南 ?？?70206

海南島北部潮間帶紅樹林對(duì)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(zhì)調(diào)查院，海南 ?？?70206；2. 海南師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，海南 ?？?71158；3. 海南省海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，海南 ?？?70206

對(duì)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(jìn)行了分析，結(jié)果表明：研究區(qū)濕地沉積物中Ni、Cu、Zn、As和Cd的變異系數(shù)大于0.50，沉積物中重金屬分布很不穩(wěn)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?？傮w來看，大部分植物顯示了對(duì)Cd元素的較強(qiáng)的富集能力（BAC＞1），瓶花木對(duì)重金屬元素的吸收能力總體上要比其他紅樹植物強(qiáng)一些，木果楝對(duì)重金屬元素的吸收能力總體上最弱。其中，瓶花木（Scyphiphora hydrophyllacea）對(duì)Cr、Zn、As和Cd的吸收能力較強(qiáng)，蓮葉桐（Hernandia sonora）對(duì)Cr和Ni的吸收能力較強(qiáng)，角果木（Ceriops tagal）對(duì)Pb的富集能力較強(qiáng)。角果木（Ceriops tagal）和桐花樹（Aegiceras corniculatum）對(duì)Cd和Pb的運(yùn)輸能力較強(qiáng)，瓶花木（Scyphiphora hydrophyllacea）對(duì)Cu、Zn和Cd的運(yùn)輸能力較強(qiáng)，尖瓣海蓮（Bruguiera sexangula）對(duì)Cr、Ni、Cd和Pb的運(yùn)輸能力較強(qiáng)，木欖（Bruguiera gymnorrhiza）對(duì)Ni、Cu、Cd和Pb的運(yùn)輸能力較強(qiáng)，木果楝（Xylocarpus granatum）對(duì)Cr、Zn和Cd的運(yùn)輸能力較強(qiáng)，蓮葉桐（Hernandia sonora）對(duì)Cr也有較強(qiáng)的運(yùn)輸能力。但此次所研究的紅樹植物對(duì)As元素的運(yùn)輸能力均很弱，建議適量引入適宜在研究區(qū)生長(zhǎng)并且對(duì)As元素富集能力較強(qiáng)的植物。

重金屬元素；富集；紅樹林；海南島

生長(zhǎng)于海洋潮間帶的紅樹林能產(chǎn)生大量的有機(jī)碎屑，而且其沉積物處于缺氧的還原狀態(tài)，使紅樹林濕地成為人類產(chǎn)生的很多污染物（尤其是重金屬元素）理想的吸收和儲(chǔ)存場(chǎng)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(huán)境中一定量的重金屬元素并積累于自身體內(nèi)，不同的植物對(duì)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(duì)各重金屬吸收量也有差異，其耐受力也相對(duì)較高（李柳強(qiáng), 2008；Macfarlane和Burchett, 2002）。因此，關(guān)于潮間帶紅樹林濕地重金屬污染與生態(tài)效應(yīng)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(qiáng)（2008）等研究發(fā)現(xiàn)Cu和Zn是植物體生長(zhǎng)所必須的微量營(yíng)養(yǎng)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(duì)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(duì)不同重金屬元素吸收情況進(jìn)行了分析。朱穎等（2009）研究指出：紅樹植物組織對(duì)Cu、Zn、Cd、Pb 4種重金屬元素的富集能力與林齡正相關(guān)。章金鴻等（2004）研究發(fā)現(xiàn)，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(shù)不同，其中紅樹植物根部的富集能力最強(qiáng)。相關(guān)研究提高了我們對(duì)潮間帶紅樹林吸收累積重金屬元素的理解。然而對(duì)于海南島紅樹林重金屬污染及不同紅樹植物對(duì)重金屬的累積特征的相關(guān)研究還比較少。

海南島北部屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.1 ℃。區(qū)內(nèi)沉積物表層呈酸性，pH值5～6；濕地沉積物中有機(jī)質(zhì)含量豐富(王鵬等, 2011)。研究區(qū)包括東寨港紅樹林自然保護(hù)區(qū)、清瀾港紅樹林自然保護(hù)區(qū)和臨高新盈紅樹林自然保護(hù)區(qū)的部分地

區(qū)。其中東寨港紅樹林保護(hù)區(qū)面積3337.6 hm2，其中紅樹林面積2065 hm2，是我國(guó)紅樹林種類最多、分布面積最大，而且最集中連片的區(qū)域（王佳燕, 2007；劉美齡，2008）。清瀾港紅樹林保護(hù)面積達(dá)2948 hm2，總面積約350 hm2，新盈紅樹林生長(zhǎng)區(qū)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(cuò)節(jié)相互依存，依岸生長(zhǎng)，既是科學(xué)研究的天然寶庫(kù)和珍貴的旅游資源，也是海上抵御臺(tái)風(fēng)和風(fēng)暴潮的堅(jiān)強(qiáng)衛(wèi)士（謝瑞紅，2007）。

隨著城市化與工業(yè)化的加劇，工業(yè)和生活污水的排放，生活垃圾及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)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(qū)，使紅樹林生濕地態(tài)系統(tǒng)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(duì)重金屬的累積特征研究，有助于掌握海南省紅樹林污染現(xiàn)狀以及紅樹林濕地生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境保護(hù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與預(yù)處理

2011年5—8月，在研究區(qū)合理選擇采樣點(diǎn)，進(jìn)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(gè)采樣點(diǎn)周圍100 m范圍內(nèi)，采集3～5處多點(diǎn)采集沉積物組合為1件樣品，采樣時(shí)應(yīng)去除動(dòng)、植物殘?bào)w、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(jīng)過嚴(yán)格清洗。沉積物樣品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自然風(fēng)干后，剔除樣品中的植物根系、有機(jī)殘?jiān)约翱梢娗秩塍w，用木質(zhì)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(cè)定使用。

為保證數(shù)據(jù)的代表性，紅樹植物樣品的采集選在對(duì)應(yīng)沉積物采樣點(diǎn)附近，并且基本選擇采樣點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)種植物進(jìn)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(shí)驗(yàn)室。所采集的植物根、莖、葉樣品，在實(shí)驗(yàn)室清洗干凈后進(jìn)行自然風(fēng)干，供重金屬元素含量測(cè)定使用。

1.2 樣品分析與數(shù)據(jù)處理

表1 重金屬檢測(cè)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(xiàng)目與測(cè)試方法，見表1。數(shù)據(jù)的分析處理采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS16.0與Excel等軟件。

1.3 植物重金屬富集能力計(jì)算方法

本文采用植物對(duì)重金屬的富集系數(shù)（Biological accumulating coefficient，BAC）和轉(zhuǎn)移系數(shù)（Biological transfer coefficient，BTC）來分析植物對(duì)重金屬的富集能力。富集系數(shù)（BAC）可以反應(yīng)植物對(duì)某種重金屬元素的富集能力（張永戰(zhàn)和王穎，2000）。富集系數(shù)越大，反應(yīng)其對(duì)重金屬的富集能力越強(qiáng)。其計(jì)算公式：富集系數(shù)（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(shù)大于1是超富集植物的特征。此外，超富集植物還應(yīng)具有植物地上部分重金屬應(yīng)達(dá)到一定的量且地上部分重金屬含量應(yīng)高于地下部分的特征（尹仁湛等，2008）。轉(zhuǎn)移系數(shù)（BTC）可以表現(xiàn)出植物由根部向地上部位運(yùn)輸重金屬元素的能力。其計(jì)算公式：轉(zhuǎn)移系數(shù)（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(jié)果與分析

2.1 濕地重金屬含量特征

研究區(qū)沉積物中重金屬的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表2。沉積物中重金屬的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小順序?yàn)镃r＞Zn＞Ni＞Pb＞Cu＞As＞Cd，變異系數(shù)大小順序?yàn)镃d＞As＞Ni＞Cu＞Zn＞Cr＞Pb，除Cr和Pb的變異系數(shù)小于0.05外，其余重金屬的變異系數(shù)均大于0.50，尤其是Cd元素（變異系數(shù)達(dá)到1.15），沉積物中重金屬分布很不穩(wěn)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(dá)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(qū)工礦企業(yè)較少，但近年來漁業(yè)發(fā)展加快，魚蝦飼料業(yè)相應(yīng)增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)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(rèn)為研究區(qū)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(huán)境和外源輸入的共同作用下，使得本區(qū)重金屬元素的含量異于其他地區(qū)。

表2 研究區(qū)重金屬元素的統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistic results of heavy metals in the study area mg·kg-1

表3 紅樹植物體內(nèi)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(qū)紅樹植物體內(nèi)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?？傮w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(nèi)積累最多，Cd和Pb元素在角果木體內(nèi)積累最多，Cu元素在瓶花木體內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)和功能的差異，各種紅樹植物對(duì)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(duì)重金屬的富集、轉(zhuǎn)移特征

為了進(jìn)一步了解研究區(qū)紅樹植物對(duì)重金屬元素的富集情況，計(jì)算了植物對(duì)重金屬的富集和轉(zhuǎn)移系數(shù)?？梢园l(fā)現(xiàn)（表4和圖1），除了木果楝外，其余6種植物對(duì)Cd元素的富集系數(shù)均大于1，顯示了對(duì)Cd元素較強(qiáng)的富集能力，但沒有達(dá)到1000 mg·kg-1超富集植物的特征。7種植物對(duì)其余重金屬元素均沒有富集現(xiàn)象。

相比之下，瓶花木對(duì)重金屬元素的吸收能力總體上要比其它紅樹植物強(qiáng)一些，而木果楝對(duì)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(zhì)與重金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，使其不吸收環(huán)境中高含量的重金屬?gòu)亩Ｗo(hù)自身（Baker, 1987；楊居榮和黃翌，1994）。其中，瓶花木對(duì)Cr、Zn、As和Cd這4種重金屬元素的吸收能力較強(qiáng)，蓮葉桐對(duì)Cr和Ni的吸收能力較強(qiáng)，角果木對(duì)Pb的富集能力較強(qiáng)。因此，鑒于瓶花木、蓮葉桐和角果木對(duì)重金屬元素的吸收能力相對(duì)較強(qiáng)，可利用其富集作用對(duì)濕地環(huán)境做一定的生物修復(fù)。

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

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

Zn和Cd的運(yùn)輸能力較強(qiáng)，蓮葉桐對(duì)Cr也有較強(qiáng)的運(yùn)輸能力。這些植物（轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1）均顯示了對(duì)不同重金屬元素較好的轉(zhuǎn)移能力。反映這些植物對(duì)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(jī)制達(dá)到解毒效果（Baker, 1987；楊居榮和黃翌，1994）。但研究區(qū)紅樹植物對(duì)As元素的運(yùn)輸能力均很弱，可能是因?yàn)檫@些植物對(duì)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(yùn)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(duì)重金屬的耐性（Baker, 1987; Baker, 1981）。因此建議嚴(yán)格控制破壞紅樹林，并適量引入適宜在研究區(qū)生長(zhǎng)并且對(duì)As元素富集能力較強(qiáng)的植物。

總體來講，在此次研究的紅樹植物中沒有篩選到對(duì)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(duì)重金屬元素的較強(qiáng)的耐性。如瓶花木、角果木、尖瓣海蓮和木欖，可作為研究區(qū)紅樹林濕地生態(tài)恢復(fù)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(duì)重金屬的富集系數(shù)Table 4 The bio-accumulating coefficient(BAC) of the mangrove plants

表5 紅樹植物對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Table 5 The biological transfer coefficient(BTC) of the mangrove plants

3 結(jié)論

1）研究區(qū)沉積物中Ni、Cu、Zn、As和Cd的變異系數(shù)大于0.50，沉積物中重金屬分布很不穩(wěn)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?？傮w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(duì)Cd元素較強(qiáng)的富集能力。瓶花木對(duì)重金屬元素的吸收能力總體上要比其他紅樹植物強(qiáng)一些，木果楝對(duì)重金屬元素的吸收能力總體上最弱。多數(shù)紅樹植物顯示了對(duì)不同重金屬元素較好的轉(zhuǎn)移能力，而究區(qū)紅樹植物對(duì)As元素的運(yùn)輸能力均很弱，建議適量引入適宜在研究區(qū)生長(zhǎng)并且對(duì)As元素富集能力較強(qiáng)的植物。

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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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41261062)；海南省重點(diǎn)科技計(jì)劃項(xiàng)目（ZDXM20130021）

王鵬（1985年生）助理工程師，碩士研究生，從事環(huán)境地球化學(xué)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(xué)、自然地理學(xué)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(duì)重金屬的累積特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(5): 842-846.

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