1、紅樹林重金屬污染的研究進(jìn)展 摘要：紅樹林濕地，因其固有的一些特性，能夠凈化來自潮汐、河水、地表徑流所攜帶的重金屬污染物。近年來紅樹林濕地重金屬污染問題已引起了國內(nèi)外學(xué)者們的極大關(guān)注,并對此進(jìn)行了大量的研究。本文重點(diǎn)對紅樹林沉積物中的重金屬的分布，遷移與釋放以及其對紅金屬污染的凈化機(jī)制進(jìn)行了綜述；此外還對不同的重金屬污染進(jìn)行評價(jià)方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了歸納介紹。最后,對今后紅樹林的研究趨勢提出了一些看法。 關(guān)鍵詞：紅樹林沉積物；重金屬；分布；凈化機(jī)制；污染評價(jià)隨著人口膨脹、城市化和工業(yè)化的急速發(fā)展，再加上飛速發(fā)展的海洋船泊運(yùn)輸業(yè)、農(nóng)業(yè)和漁業(yè)等人為活動(dòng)的影響，大量的污染物被排放到江河湖海中，這樣就會(huì)給

2、環(huán)境帶來沉重的生態(tài)恢復(fù)的壓力1。尤其是重金屬污染物，因不能被生物降解、殘留時(shí)間長，而且通過食物鏈富集等特性，受到我們越來越多的關(guān)注。如何處理受重金屬污染的水體和土壤日益受到環(huán)境和生態(tài)學(xué)家們的重視。傳統(tǒng)的重金屬處理方法,如物理、化學(xué)方法，都存在價(jià)格昂貴、易造成二次污染等缺陷。由于植物除重金屬具有成本低、易操作、無副作用等特點(diǎn)，得到迅猛發(fā)展，而其中最為重要的便是濕地中生長的紅樹林植物群落了。紅樹林濕地是分布于熱帶、亞熱帶海灣、河口潮間帶重要的植被類型，對維護(hù)海灣河口地區(qū)的生態(tài)平衡起這重要的作用。現(xiàn)在將紅樹林濕地作為廢物，污水處理廠已引起關(guān)注2。1 在紅樹林沉積物中重金屬分布特征的研究1.1 在紅樹

3、林沉積物中重金屬分布和遷移 近些年來，隨著環(huán)境污染的加劇和各國對紅樹林濕地保護(hù)的重視，有關(guān)紅樹林濕地沉積物中重金屬污染物的富集及其與沉積物理化性狀關(guān)系的研究得到了較多的開展. 從近年來國內(nèi)外一些紅樹林濕地沉積物中幾種主要重金屬含量的測定結(jié)果，可以看出，紅樹林沉積物重金屬含量大體上表現(xiàn)為：Mn Zn Cu、Pb Ni Cd3。 植物吸收重金屬取決于環(huán)境中重金屬的種類、數(shù)量以及植物的種類和特性。在紅樹林群落里，不同的物種對不同重金屬離子的吸收也不相同。植物對不同的重金屬吸收能力不同。紅樹林對Cu、Pb、Zn、Cd的吸收累積能力有顯著差異：Cu、Pb、Zn含量在葉中為：白骨壤葉秋茄葉桐花樹葉，Cd含

4、量為白骨壤葉桐花樹葉秋茄葉1。不同的植物對重金屬吸收的能力不同。Del Rio等人4曾對99種濕地植物對重金屬Pb、Cu、Zn、Cd、Sb、As的吸收情況進(jìn)行了比較，結(jié)果表明：A.azurea，B.vulgaris，C.fuscaturm，C.arvensis，C.dactylon等植物對重金屬有較高的吸收性能。植物的不同部位的吸收重金屬能力也不同。一般植物地下部分重金屬的含量比地上部分高很多倍。鄭文教等研究表明，紅樹林細(xì)根是吸收重金屬的主要器官，元素含量顯著高于其他部位，地上部莖、枝、葉、花各元素中，Cu僅為細(xì)根中含量的26%-48%（莖皮最低），Pb僅為細(xì)根的12-22%，Zn為18-22

5、%，Mn葉中含量較高，僅比細(xì)根低10.3%，其余部位為細(xì)根的7-20%；地下各部分的重金屬含量順序?yàn)椋杭?xì)根中根大根5,6。而且繆紳裕對植物各器官中Ni 、Cu 含量進(jìn)行測定（詳見見表1）也表明：植株Ni 含量基本為根 葉 莖 原胚軸;Cu 含量,C0 組和C1 組為根 莖葉 原胚軸,C5 和C10組為根、莖 原胚軸 葉. 隨著污水處理濃度的增大,各器官的重金屬含量均增大,其中以葉中的Ni 和原胚軸中的Cu 增加最為顯著。與背景值比較,C0 組累積系數(shù)變大，各污水處理組均變小。 同一處理組中植株對Cu的累積系數(shù)平均大于Ni ,但隨著污水處理濃度的上升,二者差異越來越小。累積系數(shù)平均值大小排列有一

6、定差異，Ni 為根 葉 原胚軸、莖，而Cu 為根 莖 原胚軸和葉。不同處理組植株的不同器官對Ni 、Cu 的富集作用差異較大. 各器官的累積系數(shù)隨污水處理濃度的上升而下降7。表1 植物體各器官中Ni、Cu 含量1.2 重金屬元素在沉積物中存在形態(tài)土壤和沉積物中的重金屬不是簡單地以某一離子或基團(tuán)存在，而是以各種不同的結(jié)合形態(tài)存在的，不同形態(tài)的金屬具有不同的化學(xué)活性和生物有效性，單純地測定重金屬污染物的總濃度不足以說明水體沉積物復(fù)雜的地球化學(xué)過程和確切表征其污染特性和對生物的危害性。重金屬在沉積物中的存在方式主要有4 種，即吸附、與鐵錳的水合氧化物共沉淀、被有機(jī)分子絡(luò)合、結(jié)合于礦物晶格中，據(jù)此可以

7、將沉積物重金屬的形態(tài)劃分為：可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)8。劉景春9的研究表明：東寨港紅樹林沉積物中Cr 以硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)存在；Cu 以硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)為主；Zn 主要以硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)和可交換離子態(tài)存在；Cd 以殘?jiān)鼞B(tài)為主；Pb 基本上以殘?jiān)鼞B(tài)和硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)存在。其通過對中國主要紅樹林地區(qū)沉積物研究得出這樣的結(jié)論：Cr、Cu、As、Pb 形態(tài)中有機(jī)質(zhì)- 硫化物結(jié)合態(tài)含量相對較高，這可能是由于紅樹林沉積物中高有機(jī)質(zhì)含量和高硫含量所致。重金屬污染物在沉積物中具有不同的存在形態(tài)就涉及到不同的研究方法。對于重金屬污染物在土壤或沉積物顆粒物上結(jié)合形

8、態(tài)的的分布可直接用 X 射線衍射法（XRD）、傅立葉變換紅外光譜法（FTIR）和質(zhì)子誘導(dǎo) X 射線發(fā)射分析法（PIXE）等方法測定10。沉積物中重金屬元素總是在不斷地發(fā)生時(shí)空的遷移和價(jià)態(tài)、形態(tài)的轉(zhuǎn)化，這一過程極其復(fù)雜多樣；歸納為四個(gè)主要物理化學(xué)作用，即：溶解-沉淀作用、離子交換與吸附作用、絡(luò)合-離解作用、氧化還原作用11。這些作用過程受到沉積物的酸堿度(pH)、氧化還原電位（Eh）、溫度、鹽度、有機(jī)質(zhì)含量、植物根系及微生物生活能力等多種環(huán)境、生物因素的綜合制約，進(jìn)而影響著重金屬在沉積物中存在的形態(tài)和分布3。2 紅樹植物抗重金屬污染的機(jī)制 紅樹林濕地系統(tǒng)具有獨(dú)特而復(fù)雜的凈化機(jī)理，能夠利用植物-土

9、壤的共同作用，通過過濾、吸附、離子交換、植物吸收來實(shí)現(xiàn)對重金屬離子的凈化作用。2.1 吸收到體內(nèi)的重金屬重新排出體外 這種降解重金屬毒害的方式是生物界最為常見的植物應(yīng)對環(huán)境的毒害時(shí)，自我的排斥現(xiàn)象。在重金屬脅迫紅樹植物時(shí)，由于紅樹群落里的喬木或者灌木通過自我的凈化途徑，將吸收到體內(nèi)的重金屬排到體外環(huán)境中去。Nies 和Siler研究不同耐性植物的金屬離子吸收與代謝關(guān)系時(shí), 認(rèn)為耐性植物的原生質(zhì)膜有主動(dòng)排出金屬離子的作用12。另外, 紅樹植物還可以把有害的物質(zhì)包括重金屬離子轉(zhuǎn)移到老葉中, 通過老葉脫落達(dá)到有害成分的排除。2.2 根部富集 一般情況下, 植物吸收到體內(nèi)的重金屬主要積累在根部, 地上

10、部位含量極低，這在一定程度上提高了植物的抗性。紅樹植物所生長環(huán)境的特殊性, 其根際環(huán)境特別是根際pH 變化、Eh 狀況, 根系分泌物, 根際微生物效應(yīng), 金屬有機(jī)成分的改變等可能影響了紅樹植物根系對重金屬的吸收和運(yùn)輸13。2.3 抗氧化系統(tǒng)的增強(qiáng)重金屬脅迫與其他形式的氧化脅迫相似, 能導(dǎo)致大量的活性氧自由基產(chǎn)生, 自由基能損傷主要的生物大分子蛋白質(zhì)和核酸, 引起膜脂過氧化。植物體內(nèi)擁有完善的抗氧化機(jī)制的調(diào)控，為植物的正常生長提供有力的保障。植物受到重金屬的脅迫，能量代謝不足，植物就會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧，植物內(nèi)部的抗氧化機(jī)制發(fā)揮作用，其超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶(CAT) 、過氧化物酶(

11、POD) 、谷胱甘肽還原酶(GR)和抗氧化劑類物質(zhì)(抗壞血酸(ASA) 、谷胱甘肽(GSH) 和生育酚(VitE) 等)產(chǎn)生，清除氧自由基。在鎘對紅樹植物根系的毒害機(jī)理的研究中，發(fā)現(xiàn)Cd2+ 濃度為0.25 10mg/L均能誘導(dǎo)桐花樹幼苗根系CAT 、POD 活性升高14。抗氧化保護(hù)酶清除氧自由基的能力提高, 其抗氧化保護(hù)作用隨脅迫濃度的加大而增強(qiáng)（詳見表2）。表2 Cd2+ 脅迫對桐花樹幼苗根系CAT 與POD 活性的影響 不同Cd 濃度下,桐花樹葉POD 和SOD活性的變化的試驗(yàn)中，結(jié)果表明Cd 對兩種酶有一定的破壞作用,其中POD 對Cd 金屬的敏感性大于SOD15。圖1 Cd 對桐花樹

12、葉片過氧化物酶(POD) 和超氧化物歧化酶(SOD) 活性的影響3. 紅樹林沉積物中的重金屬污染評價(jià)紅樹林表層積物中重金屬含量比相應(yīng)水相中的重金屬含量高很多倍, 并易產(chǎn)生二次污染, 有效地評價(jià)紅樹林沉積物中重金屬的危害情況, 有利于對紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的管理與治理。近些年來，有關(guān)紅樹林沉積物中重金屬污染評價(jià)和指示的研究已有較多開展。中國科學(xué)院南海海洋研究所對深圳的大亞灣的水質(zhì)進(jìn)行檢測，結(jié)果表明, 大亞灣海域的重金屬污染主要為汞和砷(其潛在生態(tài)危害系數(shù)值較高)。紅樹林表層沉積物重金屬污染評價(jià)的主要研究方法是采用地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法。前者可反映沉積物重金屬富集程度，并廣泛用于研究沉積物中重

13、金屬污染情況。后者可應(yīng)用沉積學(xué)原理評價(jià)重金屬污染及生態(tài)危害的方法。通過地質(zhì)累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法2種評價(jià)方法對海南島北部紅樹林濕地沉積物中重金屬的污染狀況及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行了評價(jià)16。4. 展望紅樹植物重金屬耐性機(jī)理尚無系統(tǒng)性認(rèn)識,仍需進(jìn)一步研究；而且我們對重金屬在植物體內(nèi)的運(yùn)輸、代謝途徑缺乏進(jìn)一步的探討，更重要的是我們對植物抗重金屬脅迫的具有機(jī)理了解的還比較淺顯。最后就是現(xiàn)在紅樹林濕地污水處理技術(shù)的應(yīng)用還需要進(jìn)一步的推廣，今后一方面要注重凈化效率，篩選出重金屬凈化效果最好的紅樹植物及搭配方式，同時(shí)也要嚴(yán)防二次污染；另一方面要兼顧經(jīng)濟(jì)效益，與生產(chǎn)實(shí)踐和人民生活聯(lián)系起來。參 考 文 獻(xiàn)

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