不同类型沿海防护林对重金属的削减效应及秋茄对汞的抗性研究

【摘要】为减轻海岸带重金属污染,保护和合理利用沿海防护林,充分发挥其生态效益和经济效益,本文以我国福建沿海防护林的主要造林树种木麻黄(Casuarinaequisetifolia)和红树植物为研究对象,通过测定福建不同地域不同林龄木麻黄和福建九龙江口红树植物不同部位Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg6种重金属的含量,分析了木麻黄群落和红树植物群落对海岸带重金属的吸收与削减作用。根据野外研究结果,采用水培法研究了不同浓度Hg胁迫对秋茄(Kandeliaobovata)幼苗生理生态和叶肉细胞超微结构的影响；利用化学试剂逐步提取法分析了Hg胁迫下秋茄幼苗细胞内Hg的化学形态以及秋茄幼苗各部位的Hg含量,以求探讨秋茄对Hg的耐性机制。主要研究结果如下：1.东山、惠安、平潭三地域木麻黄林地土壤重金属Cr、Cu、Zn、Pb、Hg含量均低于福建省土壤和福建海岸带土壤的重金属含量背景值,未发生重金属污染。三地木麻黄体重金属平均含量高出植物的正常值范围,木麻黄根中的重金属含量最高,且根对重金属的富集系数也最高。除惠安木麻黄小枝对Cr的富集系数略小于1外,三个地域的木麻黄对Cr、Cu、Zn、Cd的富集系数均大于1。三地木麻黄根中Zn、Cd元素含量均显著正相关。东山木麻黄小枝和根对Cu和Zn的富集系数、惠安木麻黄对Cr、Zn的富集系数以及平潭小枝对Cr和Pb、根对Zn的富集系数均与林龄显著正相关。2.三地木麻黄林现存生物量中,Cr、Cu、Zn、Cd、Pb和Hg的现存储量分别为3.06～3.46kg·hm-2、1.14～1.57kg·hm-2、11.67～12.57kg·hm-2、0.05～0.09kg·hm-2、0.45～1.84kg·hm-2和0～0.0002kg·hm-2,且主要存在于根和树干中。木麻黄林积累了大量的重金属,能够削减海岸带的重金属污染。3.重金属在红树植物体不同器官中的含量存在一定差异。根部是秋茄和桐花树重金属的主要贮存部位。秋茄体内Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg的含量范围分别为3.81～12.18μg·g-1、2.70～7.42μg·g-1、10.14～22.08μg·g-1、0.02～0.26μg·g-1、1.53～2.53μg·g-1和0.66～2.96μg·g-1。Zn、Cr、Cu、Pb、Hg、Cd在桐花树不同器官的含量范围分别为9.57～21.36μg·g-1、323～%.33μg·g-1、1.66～4.07μg·g-1、1.41～3.71μg·g-1、0.998～1.46μg·g-1、0.07-0.23μg·g-1。秋茄群落中,6种重金属元素的总积累量为5.83kg·hm-2,排序为Zn(2.82kg·hm-2)>Cr(1.47kg·hm-2)>Cu(0.76kg·hm-2)>Hg(0.40kg·hm-2)>Pb(0.36kg·hm-2)>Cd(0.03kg·hm-2)。除Hg在秋茄茎中的存储量最高外,其余重金属元素均在根中积累最多,其次为茎。桐花树群落中重金属主要储存于根中,茎叶中仅占很少一部分；6种重金属元素的总积累量为6.74kg·hm-2,Zn(3.07kg·hm-2)>Cr(1.20kg·hm-2)>Cu(0.58kg·hm-2)>Pb(0.53kg·hm-2)>Hg(0.21kg·hm-2)>Cd(0.03kg·hm-2)。重金属元素被红树吸收,从而对土壤环境起到净化作用。4.随着胁迫时间的增加和胁迫浓度的升高,汞对秋茄的光合作用抑制越来越显著,且光合作用的限制因素可能是非气孔因素。胁迫第三天和第五天秋茄幼苗最大光化学效率、叶绿素含量、可溶性糖含量、丙二醛和脯氨酸含量均随着Hg浓度的增加先升高后降低。高浓度的Hg对秋茄叶细胞的叶绿体和线粒体具有不可逆转的破坏作用,并且随Hg浓度的增加,破坏作用越来越明显。5.秋茄幼苗叶片中Hg以去离子水、残渣态、乙醇和氯化钠4种提取态为主。其中去离子水提取态Hg的平均含量最高,水溶态的有机配位体在Hg的亚细胞分布中可能起关键作用。而根中的Hg主要为活性较高的盐酸提取态,残渣态次之,两者之和平均占总量的79.4%,其它4种提取态Hg含量相对较低。根中活性较强的Hg有利于向其他部位转移以尽可能减少其在根中的积累,而活性较低的Hg的存在是秋茄根部富集汞的原因之一,以减少Hg对其它部位的伤害,它们相互作用是秋茄对Hg的耐性表现。随着Hg胁迫浓度的增大,各处理组秋茄各部位的Hg含量也显著增加。对照组、Hg胁迫浓度为0.2ppm、1ppm时,秋茄各部位含量大小为根>叶>茎,10ppm、50ppm时根>茎>叶。表明秋茄叶片可以从环境中吸收一定的Hg,根是秋茄幼苗富集Hg的主要部位。
【作者】靳明华；
【导师】丁振华；
【作者基本信息】厦门大学，植物学，2014，硕士
【关键词】重金属；沿海防护林；削减效应；秋茄；化学形态；

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