海南岛北部红树林湿地沉积物重金属分布及其生物有效性研究

摘要

红树林生态系统是介于海洋和陆地环境之间独特的沿海过渡生态系统。随着全球气候变暖，人类对海岸线的侵蚀以及各类工业活动的持续开展，含重金属的污染物质不断涌向河口海湾区，再加上红树林沉积物本身具有较高的保留潮汐、淡水河流和雨水径流中重金属容量的能力，重金属已经成为威胁潮间带红树林湿地生态系统健康的首要污染源。
　　本文选取海南岛三处典型红树林湿地，利用实地考察、资料回顾和实验室分析等手段，对研究区湿地沉积物重金属含量、有效态含量的空间分布进行总结，辅以理化性质的相关分析，并基于其重金属有效态含量对当地湿地沉积物环境质量进行评价，同时结合部分红树植物不同组织对重金属的迁移和富集能力的测定，探讨红树林湿地生态系统中重金属元素的生物有效性。最后得到以下结论：
　　（1）在研究区沉积物中，各重金属含量不同。研究区沉积物中重金属的含量，与中国南方和世界各地的典型红树林湿地相比仍处于中等偏低水平，一方面是因为这跟海南建设国际旅游岛，限制对生态环境严重影响的传统工业发展；另外研究区内红树林湿地沉积物来源以海岸侵蚀为主，其来源单一。通过重金属安全水平ERL和ERM值来评估湿地沉积物中重金属的潜在生态风险，结果表明，仅有新盈港沉积物中的Cd元素可能会对当地红树林生态系统的健康构成潜在风险。
　　（2）东寨港湿地表层沉积物中重金属元素分布比较均匀，离散度较小，八门湾湿地和新盈港湿地不同采样点重金属含量分布差异较大，离散度比较高。部分重金属元素在红树林湿地光滩、林缘、林内沉积物中重金属含量存在差异。对红树密林内柱状沉积物中重金属元素在不同深度的含量进行分析根据重金属含量变化趋势，可将7中重金属划分为两类：Cr、Cu和Zn元素：其含量均随沉积物深度的增加而显著升高，尤以新盈港湿地升高趋势最为显著。Ni、As、Cd和Pb元素：在东寨港红树林湿地呈现出随着沉积物深度的增加而减小的趋势，而在其余两处湿地，15cm深度含量最高，并向表层和深层递减。
　　（3）对沉积物中重金属元素和部分理化性质进行相关性分析，结果表明：多数重金属间存在的显著正相关关系，说明它们的物源相近，并存在伴随沉积现象。个别重金属元素与pH和细微颗粒显著相关，目标重金属含量均与沉积物有机碳（TOC）含量不存在明显相关性。
　　（4）表层沉积物中Cu元素的有效态含量占总量的比例最高，生物有效性最强。而在垂直梯度上，7种重金属(除Ni外)有效态含量占总量的比例的最大值均出现在表层或中上层，生物有效性系数也呈现出随沉积物深度增加而减小趋势，体现了沉积环境对重金属迁移存在栅栏作用。
　　（5）有效态Cr和有效态Cd含量与沉积物粗颗粒存在某种吸附作用，呈现伴随分布趋势；随着pH值的升高，沉积物重金属与有机质通过络合作用形成的结合物稳定性逐渐增大，降低了重金属的移动性和生物有效性。
　　（6）分别采用内梅罗综合污染指数法和潜在生态风险指数法两种评价方法，基于有效态重金属含量对研究区内红树林沉积物环境质量进行评价，结果表明，研究区红树林湿地沉积物中有效态重金属含量基本上处于尚清洁或低潜在生态风险状态，三处红树林湿地有效态重金属污染水平依次为：东寨港红树林湿地＞八门湾红树林湿地＞新盈港红树林湿地。
　　（7）红树植物不同组织（叶、茎和根）内金属元素的浓度也有所差异，重金属大部分累积于根系，而在叶和茎中的富集程度较低。与其它地区相比较，本研究中红树组织中的重金属含量相对较低。总的来看，秋茄对7种重金属的富集能力最强，且趋向于累积Cr、As、Cd和Pb，桐花树的富集能力次之，主要集中于植物生存的必需元素，如Cu和Zn等，而角果木对各元素的富集能力最弱。
　　（8）Cu和Zn在红树植物组织中的生物转运系数（TF）较高，Cd元素以难溶形态存在于植物根系，难以向其他组织迁移，生物转运系数最低。三种红树植物中，角果木茎叶转运系数相对最大，对重金属的迁移能力最强，桐花树次之，秋茄最弱。

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第一章 绪 论

1.1 研究现状

1.2 研究思路及技术路线

1.3研究主要内容及意义

第二章 材料与方法

2.1 研究区概况

2.2 样品采集

2.3 样品测试与分析

2.4数据分析

第三章 重金属在红树林湿地沉积物中的含量与分布

3.1湿地沉积物基本理化性状

3.2 重金属在红树林湿地沉积物中的分布特征

3.3红树林湿地沉积物中重金属含量与理化性状的关系

3.4 小结

第四章 有效态重金属在红树林湿地沉积物中的含量与影响因素

4.1 有效态重金属在红树林湿地沉积物中的含量

4.2 有效态重金属在红树林湿地沉积物含量的影响因素

4.3 基于有效态重金属含量的红树林沉积物环境质量评价

4.4 小结

第五章 红树植物对重金属元素的吸收和累积

5.1重金属元素在红树植物中的含量

5.2红树植物对重金属的富集和转运

5.3红树根系重金属含量和沉积物中有效态重金属含量的相关性分析

5.4 小结

第六章 结论与不足

6.1主要结论

6.2不足

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

答辩决议书