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红树植物是热带、亚热带河口优势植物种,是该生态系统的重要初级生产者,是维护海岸生态平衡的重要生态系统,对维护海湾河口地区的生态平衡起着十分重要的作用。河口区域经济与工农业的发展导致大量的污染物进入河口红树林湿地。本研究针对厦门海域九龙江口红树林湿地PAHs与重金属的污染现状以及受高强度人类活动影响而成为九龙江河口红树林湿地污染源之一的城市内湖-厦门筼筜湖重金属污染,研究了城市内湖-厦门筼筜湖重金属污染与潜在生态风险,典型多环芳烃(菲、蒽和芘)在红树植物根际消减行为,典型重金属(Cu、Pb、Zn、Cd)在红树植物体内结合方式以及红树植物对重金属抗耐性机理,结论如下:
1.研究区九龙江口红树林沉积物受到不同程度多环芳烃污染。16种多环芳烃污染水平介于197.02~273.73 ng g-1 dw之间,与厦门西海域多环芳烃(247~480ng g-1 dw)含量相近,沉积物中低分子量多环芳烃与高分子量多环芳烃并存,多环芳烃污染来源呈现石油污染与高热燃烧输入并存。九龙江口红树林沉积物中多环芳烃对生物的生态毒性研究表明:红树林表层沉积物中多环芳烃单体和总量多低于毒性效应的最低浓度,对红树林生境中的生物体几乎不产生毒害效应,但一些低环PAHs单体浓度如Ace与Acy也接近效应浓度(Threshold effectconcentration)。
2.红树植物秋茄根际对PAHs的消减有促进作用。与未种植秋茄的受污染沉积物相比,种植秋茄处理根际的PAHs含量显著低于非根际。红树植物秋茄根际对低分子量多环芳烃的降解大于高分子量多环芳烃。不同多环芳烃降解速率并不相同,菲和蒽的降解大于芘,高分子量的多环芳烃比低分子量的多环芳烃在土壤中存留更多。栽培植物60 d,秋茄根际区域对菲、蒽、芘的消减率分别为53.6%,58.7%和46.2%,显著高于未种植植物处理(菲、蒽、芘的消减率分别为26.5%,27.5%和24.4%)。对PAHs的消减归功于根际微生物数量与微生物活性的提高。多环芳烃对人类健康的危害已引起共识,红树植物根际促进对多环芳烃的消减对阻止河口湿地沉积物中PAHs污染物沿食物链传递有着重要的意义。
3.九龙江河口红树林也遭受城市发展所带来的重金属污染。以对九龙江口红树林湿地污染物有直接贡献的厦门城市污染为例,研究了厦门市筼筜湖沉积物中重金属的污染状况,结果表明:城市的发展导致筼筜湖沉积物受到不同程度重金属污染,沉积物中重金属元素的污染程度顺序是:As>Ni>Pb>Cu>Cr>Zn。应用Hakanson潜在生态风险指数计算,显示筼筜湖沉积物处于属于中度污染,与沉积物质量标准相比,筼筜湖中的Pb,Zn,As,Cu与Ni仍对周边区域存在潜在威胁。尽管长期处于污染环境中,但是红树植物却表现出良好的耐受性。与地上部分(茎与叶)相比,重金属主要富集在红树植物根系。我们的研究表明运用化学提取方法与扫描电镜结合的分析技术能有效的解析重金属在红树植物中的分布。秋茄各个器官中(根、茎、叶)总的重金属含量(各个提取态的总和)表现为:Zn>Pb>Cu>Cd,含量最大的元素为根中210.21μg g-1Zn,最小的为叶中的0.84μg g-1 Cd。重金属在红树植物秋茄各个器官中的结合方式可分为细胞壁结合,蛋白质结合以及细胞内溶物结合(溶解性重金属)。在秋茄根系中,Zn,Cu,Pb和Cd在细胞内溶物(乙醇和水提取状态)中的分布分别占其总量的21%,13%,32%和20%。而Zn,Cu,Pb和Cd在蛋白质中的含量则分布占根系总含量的26%,21%,10%和10%。细胞壁中的含量占总含量分别为53%,66%,58%和70%。而在茎与叶中,Zn、Cu、Pb和Cd的分布规律与根部相似,重金属主要以与细胞壁的结合的方式为主。
4.在50 ppm Cd胁迫下秋茄幼苗叶片与根部的NPT、GSH、PCs均显著(P<0.01)高于对照。重金属离子经细胞壁和细胞膜,进入细胞质并激活PC合成酶,在胞质内以GSH为底物酶促合成PC,而PC即螯合金属离子,使重金属离子失去活性,从而保护一些酶免受损害,这也是红树植物对重金属的解毒机制之一。
5.扫描电镜-能谱结合能直观的显示金属离子在亚细胞上的分布。我们的实验结果表明:秋茄细胞壁起着沉淀重金属的作用,重金属对植物细胞的各种细胞器均能造成不可逆的损伤,从而导致植物细胞的死亡。Cd在细胞壁结合高于其他组织,Cd在根系的横向迁移中由外表皮到木质部其含量呈下降趋势。细胞壁是金属离子跨膜进入细胞质的第一道屏障,在红树植物抵抗金属离子毒害的过程中发挥着重要的作用。