（环境科学专业论文）长江口潮滩植被营养元素和重金属元素累积特征研究.pdf

植物体内移动性均较大，三大营养元素从总量平均值来看，其相关性并不是很好； 从根系含量来看，分布特征则相对更加明显，k 在根系的分布差异较小，而n 和p 则表现出较一致的规律，在大部分采样点，其分布曲线的起伏大致相似； c a 和m g 在植物体内含量相对n 、p 、k 要低，两者在植物体内不同器官分布特 征和重金属元素分布特征有点相似，总体来看：根 叶 茎，但茎、叶含量和根 系含量的差异没有重金属元素那么大。 5 芦苇的不同器官营养元素累积状况大致相似，其含量大小是： k p n c a m g ，但其中叶中的n 、p 、k 的含量相差不大；互花米草不同器官 表现出不同的含量特征，根系：k c a p n m g ，茎：k p n c a m g ，叶： k p n m g c a ，从数据可以看出互花米草在吸收营养元素时，根系对c a 的累 积能力相对较强；藤草类植物根系各营养元素累积大小为：根系：p c a k n m g ，叶：p n k c a m g ；从以上分析可以发现，蔗草类植物及互花米草对 c a ( 尤其是根系) 的吸收较多，而蔗草类植物同时对p 具有偏好。 6 植物体营养元素的吸收与累积相互影响较小，从根系的营养元素含量相关关 系来看，潮滩植物根系对营养元素的吸收与累积的相互作用较小，大部分元素间 没有明显的相关性。根系中，不同的植物营养元素间显示出不同的特征，芦苇的 根系中p 和c a ，c a 和m g 成正相关关系，而蔗草类植物中k 和c a 则呈现出一 定的负相关关系。茎中，营养元素的含量间相互作用更大，相互之间并没有拮抗 作用，反而大部分元素在茎中反应出很好的正相关关系。叶中，大部分营养元素 间没有很好的相关性。 7 潮滩植物不同器官对重金属的吸收与累积表现出很强的相关性，尤其是一些 植物的必需元素间的吸收与累积。但在不同的器官中显示的相关性强弱不同：根 系中，在芦苇和蔗草类植物的根系中各重金属元素吸收与累积的相关性要强于茎 叶中各元素的相关性，其它非必需重金属元素在植物体内相关性也较强。茎中重 金属元素间的相互作用与根系中大致相似，各元素间正相关关系较强，重金属元 素在植物体不同器官的传输转运过程中，在根系和茎中并没有明显的拮抗作用， 但当重金属元素转运到叶时重新分布累积，部分元素间发生竞争，表现出负相关 关系。 8 营养元素对植物吸收重金属元素的影响较大，某些表现出促进作用，另一些 表现出阻滞作用。营养元素对重金属元素吸收与累积表现最为明显的是k 和c a 对重金属的影响，无论是蔗草类植物还是芦苇，k 在根系的含量与所测重金属元 素的含量均成较强的负相关性，这反映出k 的吸收对重金属的吸收有很大的拮 抗作用；c a 表现出来的作用正好相反，它在根系的吸收与累积和重金属元素的 吸收与累积成很强的正相关关系，从而促进了植物对重金属元素的的吸收与转 移，对潮滩的净化有一定的积极作用。在植物的茎和叶中的情况和根系中的不一 样，有的相关关系不是很明显，有的甚至相反，如叶中k 和c d 呈正相关，说明 重金属元素在不同的器官中所存在的关系是有差异的。 9 无论是蔗草类植物还是芦苇对这f e 、n i 、c r 三种元素的吸收能力都很差，相 对而言，这些植物对c d 、c u 、p b 、z n 的吸收能力更强，尤其是对c d 的吸收能 力最强。在秋季的植物样品中，芦苇的转运系数相对于其他植物的转运系数相对 较高，转运系数大于l 的样品数明显多于其它植物，从这点来看，说明芦苇从整 个时期向上转运能力要强于其他类型植物。 关键词：潮滩，常规营养元素，重金属元素，富集系数，转运系数 a b s t r a c t w e t l a n de c o s y s t e mh a st h ec o m m o ng r o u n dl i k eo t h e re c o s y s t e m ，b u ta l s oh a si t s o w np a r t i c u l a r i t ys i n c ei t ss p e c i a ll o c a t i o n a q u a t i cm a c r o p h y t e si nw e t l a n dp l a ya i m p o r t a n tr o l ei ne l e m e n tt r a n s f e r r i n g t h e ya l w a y sa b s o r ba 1 1 k i n d so fe l e m e n t s i n c l u d i n gp l a n tn u t r i e n t sa n dh e a v ym e t a l s 丘o mt h es e d i m e n t w a t e ra n da i r t h e s e e l e m e n t st r a n s p o r ta n dc i r c l ei nt h er o o t s ，s t e m sa n dl e a v e s w i t ht h ed e v e l o p m e n to f i n d u s t r y , s o m eo fc i t i e sa n df a c t o r i e sa l o n gt h ey a n g t s cr i v e rd r a i nt h ew a s t ew a t e r i n t ot h ef i v e rd i r e c t l yw i t h o u ta n yt r e a t m e n t t h ep o l l u t i o na c c u m u l a t e sg r a d l l a l l yi n t h ew e t l a n do f e s t u a r y , a n dd e s t r o y st h eb a l a n c eo f w e t l a n de c o s y s t e m ，s ot h er e s e a r c h i ne l e m e n t sa b s o r b i n gb ym a c r o p h y t e si sv e r yi m p o r t a n tt ot h es u s t a i n e dd e v e l o p m e n t t h ed i s s e r t a t i o nw a ss u p p o r t e db ys c i e n c e & t e c h n o l o g yp r o j e c t ： t h en u t r i e n t t r a n s f e ra n dc i r c l ei nw e t l a n de c o s y s t e mi nc h o n g m i n gi s l a n d t h er e s e a r c hf o c u so n t h ep l a n tn u t r i e n t sa n dh e a v ym e t a l s t r a n s f e r r i n ga n dc i r c l i n g i nf o u rm a i n m a c r o p h y t e s ，a n da n a l y z et h en u t r i e n t sa n dh e a v ym e t a l st r a n s p l a n t i n gi nd i f f e r e n t p a r to fp l a n t ，t r yt of i n d9 u tt h em a i nf a c t o rw h i c ha f f e c te l e m e n ta b s o r b i n gm o s t a c c o r d i n gt ot h ef i e l d w o r ka n di n d o o re x p c d m e m ，t h ec o n c l u s i o ni n c l u d e s ： 1 t h ec o n c e n t r a t i o no fh e a v ym e t a l si na l lp a r t so fm a c r o p h y t e si sd i f f e r e n t ( c i o q pc l c a f c 州k ) ，m o s to ft h eh e a v ym e t a l sc e n t r a l i z e di nt h er o o t so fp l a n t s ，a n d t h ep e r c e n t a g eo ft o t a lh e a v ym e t a l si np h r a g m i t e sa u s t r a l i s ( l 叼a n ds p a r t i n a a l t e r n i f l o r al o i s e l ( h h m ) i sa b o v e5 0 ，w h i c hi ss i g n i f i c a n tt ot r a n s f e rt h eh e a v ym e t a l s f r o mt h ew e t l a n dt h r o u g hr e a p i n gt h ep l a n t s w h i l s th e a v ym e t a l si ns c 卸u s m a r i q u e t e r ( s b ) a n dst r i q u e t e r ) t r a n s f e ru p w a r dl e s s ，a tl a s t , i td e p o s i t sa n d a c c u m u l a t e si nt h es e d i m e n t 2 l wi sp a r t i a lt on i ，t h e nc r , p b ，a n dc a di tp r o v e dt h a tt h ec a p a b i l i t yo f a b s o r p t i o nt on ii ss t r o n g e s t ；b u tt h ec o n c e n t r a t i o ni ns ba n db i sd i v e r s ew i t ht h e d i f f e r e ms a m p l i n gp l a c e ，i ns o u t hb a n ko fy a n g t s e ，t h ec a p a b i l i t yo fa b s o r p t i o ni s ： p b n i c r c a dw h i l s ti nt h eb a n ko fc h o n g r n i n gi s l a n d , i ts h o w s ：n i p b c r c d ， w h i c hm e a n sn ia n dp bi st h ef a v o r i t eh e a v ym e t a l s h h ma b s o r ba n da c c u m u l a t en i m o s t t h e nc r , p ba n dc d 3 d i f f e r e n ta q u a t i cp l a n t ss h o wd i f f e r e ma b s o r p t i o np r o f i l e ，i nt h es a m ep e r i o d ， t h ea b s o r p t i o no f 删t oc d , p b ，n ia n dc ri ss t r o n g e rt h a no t h e rp l a n t s ，f o re x a m p l e ， i ns u m m e r , t h ea v e r a g ea c c u m u l a t i o no fl w , ba n dh h mt op bi s 1 o l m g k g ， 1 g m g k ga n d2 3 7 m g k gr e s p e c t i v e l y t h et r a n s f e r r i n ga b i l i t yo fh h m i ss t r o n g e s t a m o n gf o u ra n a l y z e dp l a n t 4 1 1 掂p l a n tn u t r i e n t si nm a c r o p h y t e sa r ed i f f e r e n tw i t ht h ec h a n g eo fs a m p l i n g p e r i o d sa n ds i t e s ，g e n e r a l l y , t h e r ea r eo b v i o u sr u l e si np l a n tn u t r i e n t sa b s o r p t i o n ：t h e c o n c e n t r a t i o no ft h r e em a j o rn u t r i e n t s ( n ，pa n di oi n c r e a s e 、i t ht h eh e i g h to f d i f f e r e n tp a r t s ：c i e 4 f c g 忸l k c m o t ，a n dt h e s ee l e m e n t s8 r ee a s yt ot r a n s p o r ti na q u a t i c p l a n t s a c c o r d i n gt ot h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fn ，pa n dk t h ec o r r e l a t i o na m o n g t h e mi s n to b v i o u s i nr o o t ，t h ed i f f e r e n c eo fki sv e r yl i t t l e ，b u tt h ec h a n g eo f c o n c e n t r a t i o nv a l u ei sm o r er e s e m b l e n ec o n c e n t r a t i o no fc aa n dm gi sl o w e rt h a n t h a to f n ，p ，k ，w h o s er u l ei st h es a m eu sh e a v ym e t a l ，t h ec o n c e n t r a t i o ni sh i g h e s ti n t h er o o t s ，a n dl o w e s ti nt h el e a v e s 5 d i f f e r e n ta q u a t i cp l a n t sh a v et h e i ro w nf a v o r i t ee l e m e n t f o rl w , t h e c o n c e n t r a t i o no fn u t r i e n t si s ：c k c p c n c c a c m g ；f o rh h m w h i c hi sm o r e c o m p l i c a t e d ，t h er a n g ei nr o o t si s ：c k c c a c p c s c ，t h er a n g ei ns t a l ki sc k c p c nc c a c m g ，t h er a n g ei nl e a fi sc k c p c s c m g c c a ；t h ec o n c e n t r a t i o n r a n g eo rb i sa l s od i v e r s ei nd i f f e r e n tp a r t s i tp r o v e sba n d 删ml i k ec am o s t a n dp i st h ef a v o r i t eo r ba sw e l l 6 n l ei n t e r a c t i o na m o n gt h en u t r i e n t si sw e a k , t h e r ei sn oo b v i o u sc o r r e l a t i o n a m o n gm o s to fp l a n tn u t r i e n t si nr o o t sa c c o r d i n gt o t h en u t r i e n t sc o n c e n t r a t i o ni n r o o t s b u tt h ec ac o n c e n t r a t i o no fl wi sp o s i t i v ec o r r e l a t e dw i t hpa n dm g i ns t a l k s m o s to f n u t r i e n t si sp o s i t i v ec o r r e l a t e d ，b u tt h a ti sn o ts i g n i f i c a n ti nl e a v e s 7 t h ec o r r e l a t i o na m o n gh e a v ym e t a l si so b v i o u s e s p e c i a l l yb e t w e e nt h e n e c e s s a r ym e t a l sf o rt h em a c r o p h y t e s b u tt h ee x p e r i m e n ti n d i c a t e st h e r ei sd i f f e r e n t c o r r e l a t i o ni nt h ep a r t so fa l lk i n d so fa q u a t i cp l a n t s i nr o o t s t h ec o r r e l a t i o no fl w a n dba m o n gh e a v ym e t a l si ss t r o n g e rt h a nt h a to fs t a l k s b u ti nl e a v e s ，t h a ts h o w s o t h e rt r e n d ，t h ec o r r e l a t i o ni sn o ts i g n i f i c a n t 8 mp l a n tn u t r i e n t sa f f e c th e a v ym e t a l sa b s o r p t i o n i nr o o t s ，kc aa n d h e a v ym e t a l sa r ec o r r e l a t e ds i g n i f i c a n t l y 1 1 1 ee x p e r i m e n ta l s oi n d i c a t e st h a tk i n h i b i t s h e a v ym e t a l sa b s o r p t i o n , t h e ya r en e g a t i v ec o r r e l a t e d b u tc ai sp o s i t i v ec o r r e l a t e d w i t hh e a v ym e t a l s o t h e r w i s e ，t h ec o r r e l a t i o ni ns t a l k sa n dl e a v e sb e t w e e nn u t r i e n t s a n dh e a v ym e t a l si sn o ts i g n i f i c a n t 9 f e ，n ia n dc ra r ed i f f i c u l tt oa b s o r bb yba n dl w , o t h e r w i s e ，t h e yc a n a b s o r bc d ，c u , p ba n dz ne a s i l y , e s p e c i a l l yt oc d i na u t u m n , t h er a t eo f t r a n s p o r t a t i o no fl w i sh i g h e rt h a no t h e ra n a l y z e dp l a n t s ，m o s to ft h e ma r ea b o v e1 ， w h i c hs h o w st h et r a n s p o r t a t i o no fl wt oh e a v ym e t a l si sa p p a r e n t l ys t r o n g e rt h a n o t h e r s k e yw o r d s ：w e t l a n d ，p l a n tn u t r i c n t s ，h e a v ym e t a l s ，b c f f b i o - c o n c e n t r a t i o n ) ， t r a n s l o c a t i o nf a c t o r 学位论文独创性声明 本人所里交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及所取得的研 究成果。据我所知，除文中已经注名的内容外，本论文不包含其他个人已经发表 或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作 了说明并表示谢意。 作者签名 学位论文使用授权声明 日：! 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或指定机构送交论文的电子版或文字版。有权将学位 论文用于非赢利的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学问论文 的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名： 日期： 旆加， 导 日 荔伽 华东师范大学硕士论文绪论 第一章绪论 1 1 长江河口潮滩重金属的生物地球化学循环研究的意义 河口通常指入海河口，即河流生态系统和海洋生态系统之间的生态交错带。 河口生态系统就是融淡水生态系统、海水生态系统、咸淡水混合生态系统、潮滩 湿地生态系统、河口岛屿和沙洲湿地生态系统为一体的复杂生态系统( 陆健健， 2 0 0 3 ) 。河口地区不仅是自然交互作用的复杂地带，也是人类活动最集中的地带。 我国海岸线漫长，淤泥质海岸分布范围较广，主要分布范围包括渤海湾、长 江口以及珠江口的海湾内。这些地区同时也分布着面积广大的湿地。中国湿地特 点类型多、绝对数量大、分布广、区域差异显著、生物多样性丰富，面积约6 5 9 4 万公顷( 其中还不包括江河、池塘等) ，占世界湿地的1 0 ，位居亚洲第一位， 世界第四位。其中天然湿地约为2 5 9 4 万公顷，包括沼泽约1 1 9 7 万公顷，天然湖 泊约9 1 0 万公顷，潮间带滩涂约2 1 7 万公顷，浅海水域2 7 0 万公顷；人工湿地约 4 0 0 0 万公顷，包括水库水面约2 0 0 万公顷，稻田约3 8 0 0 万公顷。可分为8 个主 要区域，即；东北湿地，长江中下游湿地，杭卅i 湾北滨海湿地，杭州湾以南沿海 湿地，云贵高原湿地，蒙新干旱、半干旱湿地和青藏高原高寒湿地。中国东部地 区河流湿地多，东北部地区沼泽湿地多，而西部干旱地区湿地明显偏少；长江中 下游地区和青藏高原湖泊湿地多，青藏高原和西北部干旱地区又多为咸水湖和盐 湖；海南岛到福建北部的沿海地区分布着独特的红树林和亚热带和热带地区人工 湿地。青藏高原具有世界海拔最高的大面积高原沼泽和湖群，形成了独特的生态 环境。 湿地生态系统和陆地、海洋生态系统有着共性，同时由于其位置的特殊性而 导致其也有自身的一些特性。湿地植物是湿地生态系统中的重要一环，掌握着环 境中无机物转换成有机物的功能，其在无机环境中吸收的元素众多，最主要来源 包括：大气、水和土壤。在所吸收的元素中，包含氮磷钾等营养元素及一些重金 属元素，而重金属元素又分为必需( c u 、z n 等) 和非必需( a s 、c d 、r i g 等) ， 这些元素有的在环境及生物体内不断的迁移转化和循环变化，有的性质比较稳定 而不断的累积，通过放大作用对生物和人体产生毒性。 河口潮滩湿地受河流、潮流等多重因素的影响，使其在组成及动力等各方面 有着复杂的特性。同时在河口潮滩上生长了个体数量惊人的生物，是大自然形成 的天然的宝库，不仅具有巨大的经济效益和社会效应，而且还带来一定的生态效 益，此外，它还具有大气调节、水体净化等生态服务功能。但是，如果人类 华东师范大学硕士论文 绪论 对其利用方式不当，最终可能丧失它的某些功能，以致威胁人类的生存和健康。 随着现代工农业的快速发展，许多城市采取直接排污的方式排放各种废水，大量 污水长期排放，使一些难分解的污染物在沉积物中不断地累积。沉积物被认为是 重金属元素的主要蓄积库，除了沉积物外，环境中的重金属通过直接途径和非直 接途径进入生物体，随生物个体死亡、分解及体内重金属自我调节行为而被排入 环境或者蓄积体内。重金属最终可能通过食物链进入人体，由于生物放大作用， 将对人体造成长期或致命的伤害。 九十年代以来，随着长江流域经济的快速发展和浦东的高强度开发，上海滨 岸的环境呈急剧恶化趋势，正面临前所未有的压力。滨岸潮滩沉积物是重金属的 重要归宿场所之一( w i l l i a m s ，1 9 9 4 ；陶静，1 9 9 5 ) ，长江口因其环境自净能力 较强一直被认为天然的排污场所，但是目前大量的城市工业废水和生活污水均采 用直接排放的方式，在未经任何处理的条件下排向长江，导致河口水体和潮滩环 境污染日渐严重。( 戴维明，1 9 9 0 ) 。 因此，对潮滩生物重金属研究不仅对环境监测具有重要的作用，而且对人类 健康具有重要意义。 1 2 河口地区重金属的生物地球化学循环研究进展 重金属是一类典型的累积性污染物，广泛存在于河口滨岸潮滩生态环境中， 一旦被动物摄食，可通过食物链逐级传递和富集，并可在某些条件下转化为毒性 更大的金属一有机化合物，危害人体健康( 陈振楼，2 0 0 0 ) 。生物对重金属的吸 收利用受很多因素的影响，其中物理、化学、生物等作用最为明显( w h o e r n s t 等) ，包括土壤中重金属的含量、土壤p h 值、阳离子交换能力、土壤成分及各因 子之间的相互作用，其中土壤中重金属的含量、土壤p h 值对重金属的吸收影响 最大( m y u n gc h a ej u n g ，l a i nt h o m t o n ) 。有学者研究认为当高温和低盐度时， 植物对重金属的吸收是低温和高盐度的两倍( a f r i t i o i f , l k a u t s k y ，m o r e g e r ) 。 k r o b i c h a u d ，m m i s r a ，r w s m i t h ，i a h s c h n e i d e r 等人研究水生大型植物根系 对重金属的吸收作用，表明多种水生植物对铜、铅、铀和汞的离子都有较强的吸 收作用，尤其是对h 矛+ 的累积最为显著。a s a m e c k a - c y m e r m a n a , a j k e m p e r s b 经过对波兰西部人工湖重金属元素( b a 、c d 、c o 、c r 、c u 、m n 、n i 、p b ) 和常 规营养元素的研究发现：植物重金属元素的垂向分布和部分分布受水中污染物的 浓度的影响很大，两者呈现出很好的正相关关系。重金属在植物体内的累积与 c a 和m g 有很大的相关性。 目前，国内有关河口地区汞的研究相对较少，k k a n n a n ，j r s m i t hr g ， 2 华东师范大学硕士论文绪论 r e l e ee ta 1 等认为鱼体内甲基汞的含量和总汞有着直接的相关关系，平均为8 3 ，并且不同鱼的种类的甲基汞含量的比例有所不同，其影响因子还包括水体、 沉积物等汞的含量。通过水生植物吸收重金属的特性对水体或水底沉积物进行生 态修复，不同的植物对重金属的吸收具有选择性，如m y r i o p h y l l u ms p i c a t u m 相比 其他植物来说，对铅、锌、铜的吸收具有独特的偏好( o k e s k i n k a n ，m z l g o k s u a y u c e e r ，m b a s i b u y u k ，c f f o r s t e r ) 。河口潮间带植物不仅可以吸收沉积物中 的重金属元素( a l b c r t se ta 1 ，1 9 9 0 ) ，而且可以通过叶片盐腺将重金属排出体外， 蔗草无论在重金属的累积能力还是在重金属的释放能力上均远高于芦苇( b u r k e e t a l ，2 0 0 0 ) 。o r s o n 等研究发现在美国d e l a w a r e 上河口淡水沼泽中，死亡的植物 枯叶可以通过吸附方式累积大量重金属，经埋藏、降解后进入沉积物。水生植 物不同器官对重金属的吸收显示出不同的特性，经研究表明一般根 根茎 叶 花 茎 种子( t s a w i d i s ，m k c h c t t r i ，g a z a c h a r i a d i s ) 。朱鸣鹤、丁永生等以辽 宁盘锦双台子河口潮滩湿地生态系统一种常见土著植物翅碱蓬( s u a e d a h e t e r o p t e r a ) 作为研究对象，分析了c u 、z n 、p b 和c d 在该植物体内的累积分布、 迁移规律并对其重金属的耐性进行了初步的探讨。结果表明，其对c u 、z n 、p b 和c d 四种重金属在不同潮滩均有比较明显的累积效应，累积量均表现为z n p b c u c d ，而累积吸收系数分别达到4 7 、4 6 、3 1 和4 9 ，生物富集吸收系数分别 为0 9 7 、1 7 3 、0 4 1 和2 2 3 ；研究结果还表明，由于该植物对上述四种重金属有一 定的选择吸收耐性，其累积在植物的不同部位存在明显的差异，其中c u 表现为 根 茎 叶，z n 表现为叶 根 茎，p b 表现为根 叶 茎，c d 表现为根 茎 叶，而迁移效率表现为z n c u c d p b 。 沉水植物能够用来转移重金属，m y r i o p h y l l u m s p i c a t u m 沉水植物对p b 、z n 和 c u 吸收特征的研究表明ms p i c a t u m 具有吸收p b 、z n 和c u 的能力。生物对重金属 的吸收速度很快，并在2 0 分钟内达到平衡。进一步的数据结合l a n g m u i r 模型研究。 对p b 、z n 和c u 最大吸收量分别为：p b ( i i ) 4 6 4 9 m g g 、z n ( i i ) 1 5 5 9m g c g 、 c u ( i i ) 1 0 3 7m g c g 。同时经还研究其吸收的动力学。最终结果表明沉水植物 m y r i o p h y l l u ms p i c a t u r n 能成功地用来对重金属的转移( 0 k e s k i n k a n , m z lg o k s u , a y u c e e r , m b a s i b u y u k ，c e f o r e s t e r ) 。对废水淤泥及植物的重金属分析非常有必 要，尤其对它们的相关性分析并作出一定的风险评价。然而，大部分人都认为对 所有重金属元素作出精确的环境影响评价是不可能的。弓晓峰、黄志中等研究了 鄱阳潮湿地土壤中c u , z n , p b 和c d 形态与植物富集的关系。结果表明：鄱阳湖土 壤中c u 、p b 和z n 主要以有机态和残渣态为主，水溶态和离子交换态等生物有效 性态含量很少；而c d 贝l j 主要以水溶态和离子交换态等生物有效性态为主，因此 c d 的生态危害较大。相关分析和偏相关分析均显示：植物中重金属含量与其生存 3 华东师范大学硕士论文 绪论 环境中重金属水溶态或离子交换态含量直接相关，这与理论上植物只能吸收重金 属水溶态相符。植物对重金属的富集能力表现出z n c u c d p b 的趋势。用重 金属水溶态或离子交换态进行植物富集研究，更具有可比性和科学性。黄永杰、 刘登义通过野外采样和系统分析方法，研究了芜湖市四褐山工业区附近水域中 c u 、p b 、c d 、z n 和m n 等5 种重金属的含量及其在8 种水生植物体内的积累特性。 结果表明，工业区水体污染严重，重金属含量严重超标，分别为标准值的9 、1 0 1 、 4 0 0 、3 和4 3 8 倍；8 种水生植物的重金属积累量均较大，其中以水鳖根、茎叶的 c u 、p b 、c d 、z n 含量最高，分别为水体中重金属浓度的9 1 2 和2 5 9 倍、3 3 4 1 和5 倍、o 8 和o 3 倍、2 6 9 和9 1 倍，明显高于其它7 种水生植物；8 种水生植物不同器 官对c u 、p b 、z n 的富集系数均 1 ，富集能力较强。其中，香蒲对p b 、c d 的吸收 能力表现为茎叶 根。结果表明，在c u 、p b 和z n 等重金属复合污染水域的植物 治理中，浮萍、香蒲、水鳖、中华慈姑、芦苇、空心莲子草等植物有着较大的发 展潜力和应用前景。黄亮、李伟等用i c p a e s 测定了长江中游若干湖泊的水生植 物中重金属的含量，发现水生植物对重金属( z n 、c r 、p b 、c d 、c o 、n i 和c 1 1 ) 有 很强的吸收积累能力，而一些重金属元素，比如c d 含量增加的同时也会减少必 需元素f 如z m 的含量。此外，水生植物会控制重金属在植物体内的分布，使得更 多的重金属积累在根部。根据重金属污染指数( m p l ) 判断，位于城市附近的湖泊 重金属的水平较高，位于农村附近的湖泊的金重属含量水平较低。 重金属进入土壤后能迅速地被土壤吸附固定，包括物理吸附和化学吸附。影 响土壤吸附重金属的因素比较复杂，土壤组分中的活性硅、铁、铝、锰，粘粒种 类和含量以及胶体组分等，土壤环境中的p h 、温度、氧化还原电位状况、离子 强度、重金属的浓度等条件都会影响吸附作用。当土壤施肥后，立刻就会影响上 述要素，从而影响土壤对重金属的吸附和解吸。氮肥施入土壤后，首先改变了土 壤的p h ，土壤溶液电导值增大，离子强度增强。由于土壤发生专性吸附时，重 金属进入吸附点位土壤释放 i + ，所以，如果施氮肥使土壤变酸，就会增大土壤中 重金属的溶解度，土壤吸附重金属的量将减少。然而，从根际环境看，当植物吸 收n h 4 + 和n 0 3 ，根系分泌不同的离子，吸收n h 4 + _ n 时引起旷的分泌，造成 根际周围酸化，而吸收n 0 3 - n ，植物分泌o h - ，造成根际碱化( w a l l a c ea1 9 8 9 ， e r k s s o n1 9 9 0 ) ；磷肥对土壤吸附重金属作用存在不同观点，一部分认为施入p 肥 后，对重金属的解吸量减少，增大土壤对重金属的吸附强度，可使重金属的次吸 附量增加( 吕家珑1 9 9 7 ，罗厚庭1 9 9 2 ，r jx i e 和afm a c k e u z i e l 9 9 0 ) ，其原因在 于重金属进入土壤后，会与土壤粘粒矿物的边缘、氧化铝、锰等以及氢氧化铁、 铝发生专性吸附，它们可分别占据相应的吸附点，当土壤吸附磷酸根后，增加了 表面净电荷，使重金属离子不断以静电吸附方式吸附在土壤颗粒周围。然而，一 4 华东师范大学硕士论文绪论 部分又认为p j l j 的施入，可活化土壤重金属( z h ub 1 9 9 3 ，熊礼明1 9 9 2 ) 。有机质 对重金属表现出强烈的吸附固定能力，土壤施入有机肥后，其腐殖质中的官能团 可释放出旷而带负电，吸附重金属同时，参与土壤离子的交换反应。y u j u n y i n ( 1 9 9 6 ) 等人研究表明增加有机质可提高土壤对h 9 2 + 的吸附。重金属在土壤中的 活性决定于在土壤溶液中的溶解( l i n d s a y l 9 7 9 ) 、土壤不同组分之间重金属的分 配，即重金属的形态是重金属对植物有效性的基础。重金属在土壤中存在的形态 比较复杂，一般划分为水溶交换态、碳酸盐结合态、有机质结合态、铁锰氧化结 合态和残留态5 种。其稳定性逐渐增强，植物有效性逐渐降低。其中水溶交换态 植物可利用，因而毒性最强。当土壤施入n 、p 肥和有机肥后将改变重金属存在 的形态，改变活性( 李波，青长乐等) 。 综上所述，随着社会的发展及人们对生活水平要求的提高，重金属污染研究 变得越来越重要，这不仅关系着人类生活环境的质量，而且直接关系到人类的健 康。目前国内外对河口地区重金属生物地球化学循环研究不断地深入，对重金属 循环的过程、影响因子研究较多。 1 3 本研究的整体构架 本文主要研究长江潮滩同一地点不同水生植物和不同地点同种水生植物微 量重金属元素及常量营养元素分布特征及它们之间的相关关系。同一地点不同生 物的分析包括：不同水生植物分布范围及特征、不同水生植物各重金属元素及常 规营养元素( n 、p 、k ) 浓度的差异，差异与土壤背景值的关系、及导致差异的 影响因子分析( p h 、e h 、土壤背景值、土壤有机质等) ，分析不同植物体各重金 属元素之间的相关关系；不同地点同种水生植物的分析：不同器官的分析( 各重 金属元素及常规营养元素在植物根、茎、叶中分布差异) 、不同个体各重金属元 素及常规营养元素的差异，结合沉积物及水的分析，研究不同器官在植物转移重 金属元素时所起的作用及重金属元素在潮滩水生植物体内的循环过程。通过对水 生植物生境( 包括水和沉积物) 的研究，寻找影响水生植物对重金属吸收的主要 影响因子，根据不同种的植物吸收特征，探索出对重金属转移有明显优势的物种； 并对其作出一定的环境影响评价。技术路线见下图( 图1 1 ) ： 华东师范大学硕士论文 图1 1 研究技术路线图 6 华东师范大学硕士论文 绪论 1 4 论文的特色 城市的进步，工业的发展对河口生态环境的影响不断加深，河口滩地不断地 成为汇废纳污的集中地，因此对河口滩地持久性污染物质的研究显得尤为重要。 之前有很多学者对潮滩沉积物、水、生物的重金属分布规律进行研究，但偏重的 方向各有不同，本文创新之处在于将植物细分为根茎叶处理，研究常规营养元素 和重金属元素的循环转移过程，着重分析潮滩水生植物体中的各重金属元素与常 规营养元素( n 、p 、k 、c a 、m g ) 同种植物和不同种植物之间的分布特征及它 们之间存在的相关关系；并通过对影响生物吸收重金属元素的因子分析，提出生 物对某种重金属元素的指示效应，对河口滩涂环境监测起重要的作用。 7 华东师范大学硕士论文 研究区概况 第二章研究区概况 2 1 长江河口潮滩的自然概况 长江河口潮滩地处长江三角洲的东缘，濒临东海。上海市滨岸带岸线全长 4 6 4 4 k m ，其中岛屿岸线长2 9 3 6 k m ，占全部岸线长度的6 3 2 ，大陆岸线长 1 7 0 8 k m ，占全长的3 6 8 。上海滨岸带主要包括沿崇明岛、长兴岛和横沙岛的 滨岸，沿长江口南岸和杭州湾北岸分布，长江口南岸有宝山区、浦东新区和南 汇区，杭州湾北岸有奉贤区和金山区，这些地区普遍发育了宽阔的淤泥质潮滩， 理论基准面上的滩地面积约有9 0 4 k m 2 。长江每年丰富的泥沙输送为上海带来了 土地资源。据调查，长江每年约4 7 亿吨的泥沙输送中，约一半左右的巨量泥沙 在长江口和杭州湾北岸沉淀淤积，从而为上海市新生土地资源提供了源源不断的 物质基础。滩地作为一种动态不稳定的土地资源，存在着冲淤变化，不同时期不 仅量算面积有所不同，而且对滩地资源的利用有重要影响。上海市的滩地资源， 按冲淤变化分，可以分为淤涨型、稳定型和不稳定型三类，其中以边滩淤涨型为 主。由于潮滩地貌特征和水动力条件的差异，潮滩沉积物具有明显沉积分带现象， 粒度从高潮滩向低潮滩逐渐增大。高潮滩沉积物最细，以黑色一青灰色粉砂质粘 土和粘土质粉砂为主；中潮滩主要为青灰色的粉砂和砂质粉砂；低潮滩沉积物颗 粒最粗，多为砂质粉砂与粉砂质砂，局部为细砂。 上海位于北亚热带南缘，是南北气团交汇地带，受冷暖气团交替控制和海洋 湿润空气调节，气候湿润，四季分明，雨热同季，降水充沛。上海市海岸带和滩 地地区气温适中，年平均气温1 5 1 5 8 1 2 ，有明显的海洋性特征，受亚热带季风 影响，降水的季节性变化特点明显。海岸带大部分地区平均年降水量在9 0 0 1 2 0 0 m m 左右，长江口两岸最多可达1 4 0 0 m m 以上，但是枯水年的年降水量大部 分地区仅有6 0 0 7 0 0 m m 。降水的分布由陆向海减少，岛屿降水明显偏少。上海 地区受季风影响，长江口南岸全年以偏东南风最多，平均风速西北风大于东南风。 杭州湾北岸以西北偏北和东南风最多，平均风速以东南风最大。 上海滨岸带由于位于长江的入海口，它的形成和演变明