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近年来,随着人们对红树林生态功能价值认识的加深,世界各地纷纷采取措施保护和恢复红树林湿地。我国华南沿海也正大力开展人工种植恢复红树林湿地,并已取得重要的成效。红树林恢复不但会影响河口海岸区域的水动力特征,而且会改变沉积物的物理化学性质,进而对潮间带沉积物中各种污染物质,特别是重金属的生物地球化学循环产生显著的影响。本研究选择汕头海岸两个具有代表性的人工红树林(无瓣海桑林;无瓣海桑和海桑混交林)和一个天然次生红树林(桐花树林)作为研究对象,通过对比分析研究林内和林外光滩沉积物的主要理化性质,重金属的含量和分布,重金属的形态分布,同时对比分析红树林根际沉积物和非根际沉积物中重金属的含量和形态分布,探讨红树林恢复对沉积物中重金属分布、累积及形态的影响。以期为红树林湿地的保护和恢复、为合理利用人工恢复红树林修复受污染的海洋环境提供新的理论依据。主要结果如下:
(1)红树林恢复显著改变了沉积物的理化性质。促进了表层沉积物中细颗粒(<63μm)、有机质和可溶性盐的累积;提高了沉积物的氧化还原电位(Eh);降低了pH;硫在两个人工红树林区已经出现一定的累积,但仍明显低于天然次生红树林区;人工红树林沉积物可溶性盐的累积是一个快速的过程,沉积物的酸化也是一个快速的过程。
(2)红树林恢复显著改变了重金属在潮滩表层沉积物中的分布模式,促进了Zn、Pb、Cr、Cu和Ni五种重金属在林下表层沉积物中的累积。五种重金属在三个红树林区表层沉积物中的分布总体上表现为:林内>林缘>光滩。在义丰溪口人工红树林区表层沉积物中,五种金属含量从林上光滩到林中央再到林下光滩呈现先升高后降低的变化趋势,而Mn含量则表现为先降低后升高。五种重金属在外砂河口人工林表层沉积物中的分布主要受细颗粒含量和有机质含量的控制,而在义丰溪口人工林和苏埃湾天然林表层沉积物中的分布主要受有机质含量的影响。Mn在三个红树林区林下表层沉积物中出现不同程度的耗损,表层沉积物中Mn含量与有机质含量显著负相关,与pH显著正相关。
(3)红树林恢复对沉积物中重金属的垂直分布产生显著的影响。Zn、Cu、Pb、Cr和Ni在林外光滩沉积物中没有明显的垂直变化趋势,而在林内0-30cm沉积物中,五种重金属含量随深度增加明显降低。相关分析表明,Zn、Cu、Pb、Cr和Ni五种重金属在人工红树林林内沉积物中的垂直分布主要受细颗粒含量和有机质含量的影响。
(4)红树林恢复明显降低了林内表层沉积物中重金属酸可溶解态的含量,因此一定程度上降低了重金属的生物有效性。人工林表层沉积物中重金属酸可溶解态含量的降低与沉积物中有机质含量和铁锰氧化物含量的升高以及红树植物的吸收密切相关;而天然林表层沉积物中重金属酸可溶解态含量的降低则与沉积物中有机质和硫化物含量的升高以及红树植物的吸收紧密相关。红树林恢复普遍提高了林内表层沉积物中重金属铁锰氧化物结合态的含量,这与天然林对表层沉积物中重金属形态分布所产生的影响相反。Eh的升高是人工林表层沉积物中重金属铁锰氧化物结合态含量升高的主要原因;而较低的pH(<4.0)是天然林表层沉积物中重金属铁锰氧化物结合态含量降低的主要原因。红树林恢复明显提高了林内表层沉积物中重金属有机质/硫化物结合态的含量,这与天然林对表层沉积物中重金属形态分布所产生的影响一致。有机质含量的升高是人工林表层沉积物中重金属有机质/硫化物结合态含量升高的主要原因;而有机质和硫的累积是天然林表层沉积物中重金属有机质/硫化物结合态含量升高的主要原因。
(5)红树林恢复对沉积物中非残渣态重金属的垂直分布产生显著的影响。重金属酸可溶解态含量在人工红树林林内沉积物中普遍没有明显的垂直变化趋势,而在义丰溪口人工林林外光滩沉积物中则表现为上层(0-20cm)高于下层。重金属铁锰氧化物结合态和有机质/硫化物结合态含量在人工红树林林内上层沉积物中普遍高于下层沉积物,而在林外光滩沉积物中垂直变化不明显。人工红树林林内沉积物中重金属铁锰氧化物结合态和有机质/硫化物结合态含量的垂直变化分别主要受氧化还原电位和有机质含量的影响。
(6)红树植物(无瓣海桑和桐花树)根际过程倾向于促进重金属在根际沉积物中的累积。但是,当沉积物中重金属含量比较低或外源重金属污染物输入较少时,红树植物的吸收导致根际沉积物中重金属含量降低。红树植物根际过程降低了根际沉积物中重金属酸可溶解态和铁锰氧化物结合态的含量,同时提高了有机质/硫化物结合态的含量。红树植物根际过程能诱导残渣态重金属的部分活化,导致根际沉积物中重金属残渣态含量的降低。但是,当沉积物中重金属含量比较高时,难熔重金属-有机质复合物的形成引起根际沉积物中重金属残渣态含量的升高。非必需重金属元素主要累积在红树植物根系和枝条等多年生组织中,叶片中非必需重金属元素含量比较低,红树植物是非必需重金属元素长期的汇。红树植物无瓣海桑和桐花树是潮间带沉积物重金属植物稳定的优秀候选者。