銅輸入對秋茄(Kandelia obovata)根際鎘遷移轉(zhuǎn)化影響及機(jī)制研究.pdf

1、紅樹林是位于熱帶、亞熱帶潮間帶的高生產(chǎn)力生態(tài)系統(tǒng)，是陸源重金屬污染物入海的緩沖帶。紅樹林增加了水體溶解性有機(jī)物(Dissolved organic matters，DOM)和沉積物有機(jī)質(zhì)的含量，對紅樹林濕地重金屬源-匯效應(yīng)產(chǎn)生深刻的影響。解析重金屬在紅樹林濕地中遷移轉(zhuǎn)化途徑、關(guān)鍵限制性因子，以及紅樹植物對重金屬的抗性，對于闡明重金屬區(qū)域遷移和毒性有著重要的生態(tài)學(xué)意義。本研究針對紅樹林廣泛分布的重金屬污染物Cu和Cd，選擇常見的紅樹植物秋

2、茄（Kandeliaobovata）為研究對象，以重金屬遷移的關(guān)鍵區(qū)域——根際區(qū)域為切入點，以施加Cu(0、30、60mg.kg-1)和Cd（0、0.5、1.0、2.0mg.kg-1）作為污染重金屬，設(shè)計了根箱實驗，研究Cu輸入對Cd污染沉積物中Cu與Cd形態(tài)變化、遷移及其關(guān)鍵影響因子，論文的主要研究結(jié)論如下:
　　(1)應(yīng)用歐共體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局連續(xù)提取法(BCR)研究了重金屬形態(tài)分布。Cu施加提高了沉積物中可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)的C

3、d含量，提高了Cd的生物可利用性。根際和非根際沉積物中Cu主要以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)存在。根際與非根際沉積物中Cd的形態(tài)分布特征為:可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)＞鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)＞有機(jī)物及硫化物結(jié)合態(tài)＞殘渣態(tài)。
　　(2)重金屬的輸入改變了秋茄根際沉積物中DOM的特征，DOM與根際金屬的絡(luò)合對金屬形態(tài)分布、遷移有顯著的影響。Cu的添加提高了類腐殖質(zhì)的含量，適量的Cu(30mg.kg-1)的添加促使根際環(huán)境中形成更多的類蛋白的物質(zhì)。在高Cu（

4、60mg.kg-1）處理條件下，根際沉積物中表征DOM的腐殖化程度與總Cu、總Cd及Cd的各種形態(tài)顯著相關(guān)，類腐殖質(zhì)組分與總Cu、有機(jī)物硫化物結(jié)合態(tài)的Cu、總Cd、總Cd及Cd的各種形態(tài)顯著相關(guān)(P＜0.05)。應(yīng)用三維熒光光譜-平行因子分析法有效解析了污染沉積物中DOM的光譜特征。研究發(fā)現(xiàn)秋茄沉積物樣品的DOM中含有4個熒光組分，其中組分C1、C4是類腐殖質(zhì)，組分C3含有大量的植物有機(jī)質(zhì)光降解產(chǎn)物，組分C2是類蛋白質(zhì)。根際沉積物中各組

5、分的熒光強(qiáng)度均大于非根際，其熒光強(qiáng)度的順序都為C2＞C3＞C1＞C4。％C1與％C2、％C3、％C4均顯著相關(guān)，％C2則與％C3、％C4均顯著相關(guān)（P＜0.01）。對DOM熒光指數(shù)(FI)、生物源指數(shù)(BIX)、腐殖化指數(shù)(HIX)的分析結(jié)果表明，秋茄沉積物中微生物活動是有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的主要驅(qū)動力。根際沉積物中腐殖質(zhì)主要是新近自生源組分，非根際沉積物中的腐殖質(zhì)主要來自于細(xì)菌。Cd的添加減少新近產(chǎn)生的腐殖質(zhì)組分，低Cu（30mg.kg-1）添

6、加可以緩解Cd對微生物活動的毒害。BIX與DOC濃度顯著負(fù)相關(guān)性（P＜0.05）。
　　(3)Cu施加減少葉中Cd的累積，而Cd促進(jìn)了Cu從根向葉的遷移，秋茄不同器官中的Cd含量依次為根＞葉＞莖。秋茄根中Cd的累積量隨著Cd處理濃度的升高而顯著增加(P＜0.05)。Cu的添加顯著減小根表鐵膜提取液中Fe的濃度;高Cu(60mg.kg-1)添加顯著促進(jìn)了根表鐵膜對Cd的固定;Cu和Cd的施加對鐵膜提取液中重金屬的含量的變化表現(xiàn)出顯著

7、的交互作用（P＜0.05）。Cu和Cd的施加對Cu、Cd在秋茄體內(nèi)的富集和遷移均有顯著性影響，Cu和Cd的施加在秋茄對Cu、Cd的富集和遷移能力上表現(xiàn)出了顯著的交互作用。
　　(4)秋茄根部的內(nèi)皮層和外皮層限制了Cu和Cd在植物體內(nèi)的運輸。秋茄根的表皮、外皮層和內(nèi)皮層都表現(xiàn)出了對Cu和Cd的累積作用，內(nèi)皮層對Cu和Cd的累積能力更強(qiáng)。應(yīng)用掃描電鏡-能譜分析發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，施加高濃度的Cu和Cd（濃度分別為60mg.kg-1和4

8、mg.kg-1）的秋茄根外皮層中Cu、Cd、氯(Cl)的含量分別上升了20.5％、3.9％和9.2％，而氧(O)的含量則下降了17.9％;內(nèi)皮層中Cu、Cd、Cl的含量分別上升了29.2％、6.0％和17.5％，而O的含量下降了38.7％。應(yīng)用顯微鏡觀測發(fā)現(xiàn)，秋茄的外皮層細(xì)胞較大，并且具有次生凱氏帶結(jié)構(gòu)，可以阻滯Cu和Cd的徑向遷移;內(nèi)皮層通過加厚的凱氏帶阻礙Cu和Cd從皮層細(xì)胞向木質(zhì)部的運輸。
　　綜上所述，不同元素在秋茄沉積物