白洋淀底泥-沉水植物-水系統(tǒng)下氮磷和重金屬分布及鎘遷移研究.pdf

1、白洋淀是華北地區(qū)最大的淡水濕地，也是我國(guó)東部地區(qū)典型的淺水型湖泊，被譽(yù)為“華北之腎”。當(dāng)今白洋淀水體富營(yíng)養(yǎng)化和重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，基于沉水植物具有較強(qiáng)的凈化水體的能力，作為水體生態(tài)系統(tǒng)中水和底質(zhì)兩大營(yíng)養(yǎng)庫(kù)之間的有機(jī)接合部，沉水植物生長(zhǎng)代謝對(duì)水體生態(tài)環(huán)境的改善起至關(guān)重要的作用。
　　本文首先采用野外調(diào)研的方法，將白洋淀區(qū)按照其主要功能劃分為納污區(qū)（府河影響帶和唐河影響帶）、生活水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)（水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)和生活旅游區(qū)）和淀邊緣區(qū)，于4

2、月份（冬春季生長(zhǎng)型）和9月份（夏秋季生長(zhǎng)型）采集白洋淀當(dāng)季優(yōu)勢(shì)沉水植物以及相應(yīng)水和底泥樣品，研究了不同功能淀區(qū)水體氮磷和重金屬的分布特征及污染狀況;其次通過(guò)分室生物模擬試驗(yàn)，進(jìn)一步研究了不同氮磷營(yíng)養(yǎng)條件下，沉水植物對(duì)鎘的遷移特征，最終為沉水植物應(yīng)用于凈化白洋淀富營(yíng)養(yǎng)化和重金屬污染水體提供依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)地表水中TN和TP濃度分別為0.77～13.65mg/L和0.05～1.21mg/L，為Ⅲ～劣Ⅴ類(lèi)水。地表水重

3、金屬平均濃度由大到小依次為:As＞Se＞Pb＞Hg，Cd未檢出，水中重金屬濃度除Hg濃度接近Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)外，均達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)》Ⅰ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。其中重金屬和TN，TP濃度均為納污區(qū)最高，淀邊緣區(qū)最低，生活水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)和淀邊緣區(qū)濃度差異不顯著（P＞0.05）。
　　(2)底泥TN和TP含量分別為316±186g/kg和0.72±0.20g/kg。底泥營(yíng)養(yǎng)鹽綜合污染指數(shù)為219～5.26，處于嚴(yán)重污染水平，

4、且氮污染(TN標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)為3.42～9.09)高于磷(TP標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)為0.93～1.44)。底泥Cd、Pb、As、Hg、Se的平均含量分別為059mg/kg、6040mg/kg、11.34mg/kg、0.08mg/kg、0.91mg/kg，除As外均超出河北土壤背景值，分別為河北土壤背景值的6.32、2.81、0.84、2.16和6.96倍。底泥氮磷和重金屬含量均表現(xiàn)為生活水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)最高，地累積指數(shù)評(píng)價(jià)表明重金屬為輕度到偏重度污染狀態(tài)，潛在

5、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)處于中度-很強(qiáng)生態(tài)危害級(jí)別(RI為223～805);納污區(qū)和淀邊緣區(qū)差異不顯著（P＞0.05），地累積指數(shù)評(píng)價(jià)表明重金屬為輕度到偏中度污染，潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為中等生態(tài)危害級(jí)別(RI為167～275)。重金屬污染中Cd、Hg貢獻(xiàn)最大。
　　(3)菹草、金魚(yú)藻和篦齒眼子菜體內(nèi)的氮磷含量在不同區(qū)域差異不顯著，穗花狐尾藻在生活水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)顯著高于淀邊緣區(qū)。沉水植物對(duì)氮磷的吸收均表現(xiàn)為金魚(yú)藻高于篦齒眼子菜。對(duì)五種重金屬的吸收均表現(xiàn)為As＞

6、Pb＞Se＞Cd＞Hg，其中金魚(yú)藻對(duì)Hg、Cd、Se的吸收能力均較強(qiáng)，菹草和穗狀狐尾藻對(duì)Pb的吸收能力效果較好，而穗狀狐尾藻對(duì)As的吸收能力最高。
　　(4)相關(guān)性分析顯示，水、底泥中TN和TP以及沉水植物TN和TP存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，白洋淀氮磷具有一定的同源性。沉水植物體內(nèi)氮磷含量分別與水中TN和TP濃度存在顯著正相關(guān)而與底泥TN和TP含量無(wú)顯著相關(guān)(p＞0.05)。沉水植物體內(nèi)五種重金屬(除Hg-Cd、Hg-Se)之間

7、存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系;沉水植物重金屬含量和地表水TN濃度之間存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，體內(nèi)Cd、Pb、Se含量和地表水TP存在顯著正相關(guān)關(guān)系。
　　(5)室內(nèi)分室模擬試驗(yàn)結(jié)果表明:將狐尾藻根系置于15mg/kg Cd含量底泥中處理下（對(duì)照），狐尾藻不同部位Cd含量表現(xiàn)為根＞葉片＞莖，其中根系中Cd主要分布在細(xì)胞壁(66％)，其次是細(xì)胞器和細(xì)胞液（分別為22％和12％），由根系向地上部的遷移系數(shù)(TF)為973％，遷移到地上

8、部的鎘均主要分布在細(xì)胞壁;底泥不同濃度氮磷處理之間不同部位Cd含量差異不顯著(p＞005)，但是低、高濃度氮磷處理均能促進(jìn)Cd由根系向地上部遷移，TF分別比對(duì)照增加4543％和35.05％，增加的部分主要集中在莖的細(xì)胞器（Cd比例分別比對(duì)照增加21％和17％）和葉片的細(xì)胞壁（Cd比例分別比對(duì)照增加21％和36％）。水中低、中、高濃度氮磷處理均能促進(jìn)Cd由根系向地上部（尤其是葉片）的遷移，TF分別比對(duì)照增加3.22倍、1.23倍和2.72

9、倍，增加的部分主要集中在莖的細(xì)胞器(Cd百分比分別比對(duì)照增加16％、6％和13％)和葉片細(xì)胞壁(Cd比例分別增加了27％、5％和24％)組分，不同氮磷處理間，低濃度處理葉片Cd含量顯著高于中濃度處理。水中添加氮磷對(duì)狐尾藻Cd向上遷移的促進(jìn)能力要高于底泥氮磷處理。
　　綜上，白洋淀已呈現(xiàn)地表水富營(yíng)養(yǎng)化和底泥重金屬污染的特征。狐尾藻不同部位Cd含量表現(xiàn)為根＞葉片＞莖，水和底泥中添加不同濃度氮磷均能促進(jìn)Cd由根部向地上部的遷移，且促進(jìn)了