茅尾海红树林湿地植物对重金属的累积特征

耿俊杰，黄亮亮，吴志强，2，朱召军，常 涛，武文丽，熊 力

(1.桂林理工大学a.广西矿冶与环境科学实验中心;b.环境科学与工程学院，广西桂林 541006;2.广西大学，南宁 530004)

红树林是分布于热带、亚热带河口潮间带的重要植被类型。研究表明，红树林对多种污染物都有一定的抗性和耐受力，且红树林植物和林下土壤都有吸收各种污染物的能力，从而对水体有一定的净化作用[1]。长期以来，由于沿海经济的日益发展，河口海岸的污染日益加重，大量有关红树林湿地的研究相继展开[2-7]。红树植物体内重金属含量较低，Pb、Zn 的含量均低于根际沉积物[8]，而且在对泉州湾洛阳河口红树林区的调查中发现，桐花树和秋茄两种红树植物各部位中元素平均含量顺序大体一致:Fe ＞Mn ＞Cr ＞Zn ＞Cu＞Pb ＞Co[9]。除海莲外，白骨壤、真红树、角果木、桐花树红树植物在不同区域富集系数差异性显著[10]。此外，还发现红树种苗的萌芽生长对Hg具有较高的抗性，且相同条件下拒盐红树植物秋茄对Hg 的耐性比泌盐的桐花树高[11]。

本文选取茅尾海红树林保护区域红树林湿地的桐花树、秋茄和老鼠簕为研究对象，选取植物不同部位(根、茎、叶)，分析其中重金属Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、Hg、As 的含量，探讨不同红树林湿地植物各部位对重金属吸附能力的差异，比较不同植物各部位对重金属元素的累积差异。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

研究区域位于广西钦州市茅尾海红树林自治区级自然保护区(108°28′33″—108°55′53″E、21°33′15″—21°54′40″N)，选取桐花树、秋茄和老鼠簕3 种植物为研究对象，采集植物并将每株植株分成根、茎、叶等不同部位。采样点如图1所示(每个采样点采集植物样品和沉积物样品)。

图1 茅尾海红树林采样点分布图Fig.1 Distribution of sampling sites in the mangrove of Maowei Gulf

植物样品先用自来水清洗干净，再用去离子水冲洗，风干研磨后装袋密封备用。沉积物自然风干研磨过100目(0.147mm)尼龙筛制样。采用MARS5分别对植物样品(120 ℃/5 min—150 ℃/3 min—180 ℃/20 min)和沉积物样品(120 ℃/5 min—150 ℃/5 min—185 ℃/30 min)进行微波消解。经消解之后的样品对Cu、Pb、Zn、Cr、Ni 重金属元素采用ICP -OES (PE -Optima 7000DV)进行测定，Cd 采用石墨炉原子吸收分光光度法(原子吸收光谱仪PE-AA700)进行测定，As、Hg 采用原子荧光形态分析仪(SA -20)测定，同时用平行样、国家标准物质GBW10015 (GSB - 6)和GBW07318 分别控制植物和沉积物样品的精确性和准确性。Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、Hg、As 的回收率分别为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% (沉积物)。

1.2 数据处理

植物对重金属元素的吸收累积能力不仅与土壤中重金属含量有关，也与土壤中重金属的形态与植物对元素的需求有关[12]。植物对重金属元素的吸收累积能力可以用富集系数(其值为植物体内某元素的含量/该元素在土壤中含量)表示[12-13]。

2 结果与分析

2.1 红树林湿地中沉积物和植物中重金属元素含量

茅尾海红树林表层沉积物中重金属含量表现为:Zn ＞Cr ＞Cu ＞Pb ＞As ＞Ni ＞Cd ＞Hg。Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、Hg、As 的平均含量分别为: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 的变异系数最大，Cd 次之，Cr 最小。

茅尾海红树林湿地同一种植物对不同金属离子的吸附能力不同，同种元素在不同植物的相同部位含量亦不同(表1)。该红树林湿地植物体内重金属含量表现为:①桐花树，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。重金属元素在不同植物的不同部位分布特征表现为:①桐花树，Cu、Zn、Cr、As 表现为根＞茎＞叶，Ni、Pb、Cd 表现为根＞叶＞茎，Hg表现为叶＞根＞茎;②秋茄，Ni、Pb、Cd 表现为根＞叶＞茎，Zn、Cr、As 表现为根＞叶＞茎，Cu 表现为茎＞根＞叶，Hg 表现为叶＞根＞茎;③老鼠簕，Cd 表现为根＞茎＞叶，Cu、Ni、Pb、As、Cr表现为根＞叶＞茎，Zn、Hg 表现为叶＞根＞茎。

重金属Zn、Pb、Cd、Hg 和As 在植物的含量表现为老鼠簕＞桐花树＞秋茄，Cu 表现为老鼠簕＞秋茄＞桐花树，Cr 表现为秋茄＞老鼠簕＞桐花树，Ni 表现为桐花树＞老鼠簕＞秋茄。

2.2 红树植物及各部位对重金属的累积能力

茅尾海红树林湿地3 种红树植物对8 种重金属的富集系数各不相同，富集顺序表现为:桐花树，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 结果与讨论

(1)茅尾海红树林表层沉积物中重金属含量表现为Zn ＞Cr ＞Cu ＞Pb ＞As ＞Ni ＞Cd ＞Hg。Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、Hg、As 的平均含量分别为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。红树林湿地植物体内重金属含量表现为:桐花树，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。

红树植物体所吸收的Cr、Ni、Pb 和As 主要分布于根、茎，其原因是红树林沉积物中的Cr、Ni、Pb 和As 无生物活性，而Cu 和Zn 在红树植物体内根、茎、叶中含量相差不大，且含量都较高[14]。Che 分析认为，Zn、Cu 在红树植物根部累积量较高，是因为这两种元素都是植物必需微量营养元素，根部较高的累积量，反映了植物的生理需求，而红树植物对非必需元素(如Cd)的较高富集则可能应归因于植物特性[15]。

红树植物的根部作为重金属元素Cr、Ni、Pb、Cd 和As 的主要累积和存储部位，叶中重金属元素的含量低于非红树植物，说明红树植物必然具有一套特殊的机制来减弱和中和重金属元素造成的毒害[16]，限制了重金属向上的传输，减少了重金属元素通过食物链向环境的扩散，而低浓度的植物叶片为红树林生态系统的各级消费者提供洁净的食物。正是由于这种低传输机制，使得红树植物大量地应用于人工湿地中[17]。

表1 茅尾海红树林湿地植物不同部位和表层沉积物重金属元素含量Table 1 Content of heavy metals in different tissues and surface sediments in the mangrove of Maowei Gulf

表2 不同植物部位重金属富集系数Table 2 Accumulation index of different tissues of different plants

(2)茅尾海红树林湿地3 种红树植物对8 种重金属的富集顺序分别为:桐花树，Cd ＞As ＞Zn＞Cr ＞Hg、Ni ＞Pb ＞Cu;秋茄为Cd ＞Cr、As ＞Zn＞Hg ＞Cu ＞Pb ＞Ni;老鼠簕为Cd ＞Cr ＞Zn ＞As ＞Hg ＞Cu ＞Pb、Ni。

红树植物对重金属元素的累积能力大小与红树植物的种类及植株的不同部位相关[18]。红树植物对重金属的吸收虽然在量上存在差异，但在植物体内的分布却很相似。本文研究发现，Hg 元素在红树植物部位内均表现为叶＞根＞茎，与红树植物对Hg 有较高的耐性有关[19]。3 种红树植物(桐花树、秋茄和老鼠簕)的不同部位对同一种重金属元素的累积能力不同，但对Cd 均具有较高的富集系数，与郑逢中等[20]在对福建九龙江口红树林的研究有一定的吻合，与胡恭任等[9]和李翠等[12]的研究出现一点差异，除了可能与不同地区植株自身的吸附能力和需求量有关外，还与其生长环境和季节[18]有关。

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