港湾污水对红树林的影响.doc

港湾污水排放对红树林湿地的影响国家自然科学基金资助项目，编号39470151第一作者章金鸿，男，1970年生， 1997年毕业于中山大学，硕士，工程师. Effects of estuarine wastewater discharge on mangrove wetlands章金鸿（广州市环境保护研究所，广州 510620）Zhang Jinhong (Institute of Environmental Protection of Guangzhou, Guangzhou 510620)李玫（中国林科院热带林业研究所，广州 510520）Li Mei (Research Institute of Tropical Forestry, CAF, Guangzhou 510520)陈桂珠（中山大学环境科学研究所，广州 510275）Chen Guizhu (Institute of Environmental Science of Zhongshan University, Guangzhou 510275) 摘要 通过样方调查和采样分析的方法，研究了港湾污水的排放对红树林湿地中水体、土壤和植物3个子系统的影响。结果表明：（1）经过水体自净和红树林湿地的净化作用，随着距离排污口的加大，水体污染逐渐减轻；（2）港湾污水的排入未改变红树林湿地中土壤的质地，增高了重金属元素的含量；（3）红树林土壤对水体中的重金属元素吸附、积累能力较强，可作为重金属的沉积地；（4）港湾污水的排放对红树植物群落结构和生长没有造成不良影响；（5）重金属元素被红树植物吸收后大多积累在根部，避免了通过食物链的传递而影响人类健康。关键词： 港湾污水 红树林湿地 影响由于南部沿海城市的开发与工农业的快速发展，大量工农业废水和生活污水直接排到河口海湾，对处于海陆交界带的红树林湿地造成一定的影响。红树林湿地长期以来被认为是排放城镇生活污水和工业废水的便利场所，然而污水排放对红树林造成的影响是正面的还是负面的，一直存在广泛争议1。国内外已进行了城市污水排放对红树林植物的生长状况、生理功能及其营养元素水平影响等方面的研究25，但有关城市污水的排放对整个红树林湿地系统的影响报道极少6。本文研究了粤东海丰县小漠港的污水排放对红树林湿地中水体、土壤和植物三个子系统的影响，希望为合理保护和利用我国的红树林湿地提供一定的理论依据。1 材料与方法1.1 研究地点研究地点位于粤东的海丰县小漠港的红树林（2247N,11522E），气候温和、雨水丰沛、日照充足，属南亚热带海洋性气候，年平均温度22，无霜期360天，年均降水量2382 mm。潮汐属不正规半日潮，平均潮差约1m。将样地按距离排污口（生活污水排放区）位置的远近，划分为3块小样地（每个小样地的面积55m2）。近污染样地（距排污口水平距离为50 m）、中间样地（距排污口水平距离为550 m）、远污染样地（距排污口水平距离为1050 m）。3块样地中的红树林群落基本同龄，结构相似。对群落进行调查、采样。1.2 群落学调查以样地为基本单位，分别记录种名、胸径、树高、株数等。分别随即选取发育良好、成熟的秋茄(Kandelia candel)、桐花树(Aegiceras corniculatum)和白骨壤(Avicennia marina)各9株，伐倒后逐株测定胸径、树高，将根、茎、枝和叶于105下烘干至恒重。根据植物相关生长法7，林木的胸径（D）、树高（H）和生物量（B）之间存在相关关系：LgB=Lga+bLg(D2 H)，以该式为回归式，将标准木实测数据代入，求出参数a和b的值，并根据所求得的回归方程式统计群落的现存生物量及增量。在样地中每种红树植物选择具有代表性的3株，在树下挂网（1.5 m 1.5 m）收集凋落物，每月收集一次并汇总以求得每种植物凋落物的总量。一部分在105下烘干至恒重，以计算全部落叶的生物量，大部分在60下烘干供化学分析。1.3 样品的采集与分析于退潮后在每个小样地内取2个水样（各300ml），在规定的时间内进行各项目的分析测试。DO（溶解氧）采用碘量法，BOD采用五日生化需氧量的测定方法，COD采用碱性高锰酸盐法，总氮用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，总磷用钼锑分光光度法测定，石油烃含量测定采用荧光分光光度法8。在每个小样方的四周和中央各取一份即土壤（020cm），混合均匀后，自然风干，研磨后过20目筛备用，分析总N、总P和重金属元素含量时再全部样品过100目筛。颗粒组成分析用甲种比重计法；总N、总P的含量采用HClO4-H2SO4消化法消化，同一待测液可供N、P测定，消化后定容至50ml，摇匀备用。吸一定待测液用蒸馏法定N，钼锑抗比色法测P。重金属含量用浓HNO3在电热板上消化样品至样液淡黄色，沉淀白或灰白色，加消化至样液无色澄清，定容到10ml，用ICP光谱仪测定9。采集新鲜植物样和凋落叶，按植物种、器官的不同分组于烘干磨碎过60目筛，贮存备用。植物样的总N、总P和重金属元素含量的消化与测定与土壤样品同。2 结果与分析2.1 港湾污水对红树林湿地中水体的影响对近污染红树林湿地（距排污口水平距离为50 m）、中间红树林湿地（距排污口水平距离为550 m）、远污染红树林湿地（距排污口水平距离为1050 m）退潮后水体污染物质含量的测定结果见表1。表1 红树林湿地中水体污染状况 Tab. 1 Water pollution in mangrove wetlands 位置LocationpHDOBOD5CODMnTNTPCuPbZnCdNi近污染湿地Near pollution wetland7.770.016.110.044.790.125.100.0313.370.270.190.030.4740.379.9500.0280.31中间湿地Middle wetland7.84*0.026.160.042.86*0.134.09*0.0213.290.180.10*0.010.2100.273.6390.0190.15远污染湿地Far pollution wetland7.91*0.056.26*0.011.93*0.183.26*0.0611.53*0.170.09*0.010.1740.242.2640.0160.15注：MeansSD (n=3), * P0.01，（以近污染湿地为对照），除pH外单位均为mg/LDO、BOD和COD值的大小可以用来指示红树林湿地水体受有机污染的程度，DO量越低，BOD、COD值越高，则水体有机污染越严重。与深圳所测得的城市污水的有机负荷相比，该港湾污水的有机污染要轻得多2，该港湾是由渔船的抛弃物和生活污水构成。随着离排污口的距离加大，pH和DO值逐渐升高，BOD5和CODMn值逐渐降低，表明水体有机污染有逐渐减轻趋势。与近污染湿地相比，水体TP含量的显著降低发生在中间湿地和远污染湿地，而TN含量的显著降低发生在远污染湿地，表明水体中P的降解要比N快。离排污口越远湿地水体的有机污染越轻，一方面是由于水体的自净作用，另一方面也是由于红树林湿地具有较高的降低废水中有机物的能力10。由表1可见，水体中重金属元素含量的大小依次为近污染湿地中间湿地远污染湿地。水体流经红树林湿地时流速降低11，大量重金属元素通过络合吸附12和沉淀吸附13，14被固定在沉积物中，从而使水体中重金属含量降低。中间湿地水体中Zn、Cu 、Ni、Cd和Pb分别比近污染湿地的降低了63.4%，55.7%，51.6%，32.2%和27.1%；而远污染湿地分别仅比中间湿地的降低了37.8%，17.2%，15.8%，11.1% 和0%，这表明随着距离排污口的加大，红树林湿地对水体中重金属污染物质的吸收积累能力有逐渐降低趋势，这是由于红树林湿地中土壤吸收和积累重金属元素存在一定的环境容量，同时沉积在红树林湿地土壤中的重金属也可能通过各种途径释放出来重新进入水体。2.2 对红树林湿地中土壤的影响表2 红树林湿地中土壤的颗粒组成Tab. 2 Percent compositions of particle in mangrove soils粒径Particle diameter近污染湿地Near pollution wetland中间湿地Middle wetland远污染湿地Far pollution wetland1.00.50.40.91.30.50.111.411.715.80.100.0514.415.930.30.050.0124.622.322.20.010.00516.814.912.40.0050.00122.223.023.00.00110.211.30.2 注：MeansSD (n=3)土壤的颗粒组成是一个重要的生态因素，它直接影响植物根系的生长，同时也影响土壤的其它物理、化学特性和土壤的生物特性等。由表2可见，近污染湿地、中间湿地和远污染湿地中的土壤均属粉土壤（中国制），表明港湾污水的流入并未使红树林湿地中土壤的质地发生改变，只是不同粒径的百分含量有所变化。缪绅裕曾有研究认为污水中某些成分可能会影响土壤颗粒的结合状态，但改变不了土壤质地15，本文结果与之相似。表3 红树林湿地中土壤pH值和各元素含量Tab. 3 pH and contents of different elements in mangrove soils位置LocationpHTNTPCuPbZnCd近污染湿地Near pollution wetland4.140.020.0180.0050.0220.00716.5658.279.92.24中间湿地Middle wetland4.610.010.0170.0060.0210.00612.8444.872.861.94远污染湿地Far pollution wetland4.780.020.0170.0050.0210.00311.1642.466.241.90 注：MeansSD (n=3)，TN和TP单位为%，Cu、Pb、Zn和Cd为g/g由表3可见，红树林湿地土壤pH值随着水体污染程度的加重而呈降低趋势。污水处理降低土壤pH值的原因是由于污水中多种交换性离子和有机还原性物质的共同作用，也可能是由于受污染程度不同，被微生物分解的掉落物多寡不同而导致。港湾污水的流入没有导致红树林湿地土壤中的TN 和TP含量显著上升，可能原因是该港湾污水中的TN 和TP浓度较低而且排放量不大。污染较重的近污染湿地土壤中的Cu、Pb、Zn、Cd含量分别比远污染湿地高出48%、37%、21%和18%。 2.3对红树植物的影响2.3.1 对红树林群落结构与生长的影响红树林植物群落的结构没有随着水体污染程度的不同而改变，3处湿地的植物群落中优势种、伴生种和偶见种均依次为白骨壤、桐花树、秋茄。随着污染程度的减弱，白骨壤的树均高有增大趋势，表现为近污染湿地、中间湿地、远污染湿地的白骨壤均高依次为0.54m，0.65 m和0.76 m；而白骨壤的树密度降低，即在近污染湿地、中间湿地、远污染湿地依次为3.16株/m2，1.56株/m2和1.52株/m2；经测量和数据比较，港湾污水的流入使群落总生物量增大，使林下单位面积呼吸根数增多，但与对照（远污染湿地）比均无显著差异。可以认为，港湾污水的流入没有对红树林植物群落的生长状况和生物量增长产生不利影响。2.3.2 对白骨壤体内N、P含量影响表4 白骨壤体内的N、P元素及各重金属元素含量Tab. 4 Contents of N, P and heavy metals in A. Marina器官Organ位置LocationTNTPCuPbZnCd根Roots近污染湿地Near pollution wetland0.4790.0150.0730.00710.20(0.604)10.0(0.172)39.96(0.500)0.44(0.196)中间湿地Middle wetland0.4750.0140.0710.0098.90(0.693)9.2(0.205)33.64(0.462)0.40(0.206)远污染湿地Far pollution wetland0.286*0.0260.0710.0076.86(0.615)7.4(0.174)32.86(0.496)0.40(0.210)茎Stem近污染湿地Near pollution wetland0.0890.1650.1470.0729.90(0.598)3.4(0.058)24.96(0.312)0.24(0.107)中间湿地Middle wetland0.8780.1370.1470.0676.60(0.514)3.2(0.071)22.64(0.311)0.20(0.103)远污染湿地Far pollution wetland0.8690.1570.1400.0765.78(0.518)1.6(0.038)19.18(0.289)0.10(0.053)叶Leaves近污染湿地Near pollution wetland1.5880.0950.1790.0597.54(0.455)4.4(0.076)35.30(0.442)0.28(0.125)中间湿地Middle wetland1.5750.1250.1790.0646.12(0.477)4.2(0.093)30.12(0.413)0.24(0.107)远污染湿地Far pollution wetland1.5200.1130.1720.0914.14(0.371)3.6(0.085)20.28(0.306)0.22(0.116) 注：MeansSD (n=3)，* P0.01，TN和TP单位为%，Cu、Pb、Zn和Cd为g/g由于该红树林植物群落的优势种为白骨壤，因此只测定了白骨壤体内的N、P含量。由表4可见，白骨壤各器官含N量顺序为叶茎根，随着水体污染程度加重各器官的N含量相应增高。远污染湿地中白骨壤根部N含量显著低于近污染湿地，而茎和叶中含量（与近污染湿地比）无显著差异。这说明污水中的N除了积累在湿地土壤中，还有一些被红树植物所吸收利用，而且根部吸收富集能力较茎和叶的强。白骨壤各器官含P量顺序为叶茎根，由于港湾污水中所含P量偏低，随着水体污染程度加重白骨壤P含量增高不明显。2.3.3 对白骨壤体内重金属含量的影响由表4可知，白骨壤体内各器官Cu含量的大小为根茎叶，Pb、Zn、Cd含量的大小均为根叶茎。根据在白骨壤各器官中各重金属含量的比值，可大致推算出各重金属从根部运送到地上部分的迁移率为CuZnCdPb。Cu、Zn为植物生长的必需元素，溶解性大，容易向上移动；而由于根系中鏊合物的作用以及土壤的吸附，Pb、Cd被植物吸收后大部分积累固定在根部，难于向地上部移动。近污染湿地白骨壤各器官重金属含量均比远污染湿地的高。植物体内重金属含量随土壤中重金属含量增大而增大，但不同的器官富集能力是不同的。由表4可知，白骨壤中各器官对Pb、Zn、Cd的富集系数都为根叶茎，Cu的富集系数都为根茎叶。表明重金属元素被白骨壤吸收后大多积累在根部，减少了通过食物链向周围环境的扩散。白骨壤各器官对重金属元素的富集系数大小均为CuZnCdPb，说明白骨壤对植物生长的必需元素Cu和Zn的富集能力大于对Cd和Pb的。白骨壤对各重金属元素的富集系数均在1以下水平，表明其对土壤中的重金属污染物的吸收富集能力较低5，有利于红树林作为河口区重要初级生产者，为异养生物提供清洁的食物源16。3 结果本研究表明，港湾污水的流入对红树林湿地的植物、水体和土壤3个子系统均产生了一定的影响。随着距离排污口的加大，由于红树林湿地具有较高的降低水体有机物含量的能力加上水体自净作用，红树林湿地的水体有机污染和重金属污染逐渐减轻。污水的流入没有引起红树林群落的结构改变，但使群落总生物量和优势种白骨壤的密度增大，表明港湾污水的排放对红树林的群落结构和植物生长没有产生不利影响。污水的流入还使白骨壤体内的N、P含量增高，表明红树植物能吸收污水中的营养物质而为自身所利用。目前大多数红树林湿地处于营养贫乏的状态，污水排放引起的营养富集不仅不会对红树林本身产生负面影响，反而在一定的范围内对红树林植物的生长及红树林生态系统的生产力具有促进作用。港湾污水的流入没有使湿地中的土壤质地发生改变，但使其pH值降低；由于污水中的N、P负荷较小，土壤中的TN 和TP含量没有太大变化。随着水体污染程度加重，各器官的重金属元素含量也相应升高，各器官的重金属含量和富集系数不同，根部的富集能力最强。污水的流入使土壤中重金属元素含量增高，从侧面说明红树林湿地的特殊环境有利于重金属元素的沉积与固定；有研究认为红树植物对重金属具有较高的耐性，对土壤中的重金属元素的吸收、富集能力不高5，本文研究与之相一致。同时，红树林植物吸收的重金属主要积累在动物不易利用的根部，避免了有毒物质通过食物链的传递、富集而最终影响人类健康。红树林植物能忍耐极端的环境压力，而红树林湿地土壤为重金属提供了“贮存库”，它通过各种方式贮存大量重金属污染物。红树林湿地中土壤对污水中重金属元素有较强的吸附固定能力，可作为污染物和重金属的沉积地17。从本文研究结果看，港湾污水的排放并没有对红树林湿地整个系统产生明显的不利影响，究其原因，一是生活污水中的污染物负荷不大，而且与工业废水比毒性也非常小；二是，红树林湿地中土壤和植物对来自水体的有机物和重金属污染物具有较高的吸收和积累作用。与其它类型的湿地一样，红树林湿地具有潜在的净化污水能力，长期以来红树林湿地被认为是排放污水的便利场所。不同的红树林由于其物理、化学及生物学特性差异极大，因不同污水排放对红树林的影响各有差异，所以在评估红树林湿地是否适于作为二级或三级污水处理的场所时，尚需作进一步的深入研究18。4 参考文献1 Breaux A, Farber S, Day J. 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