彭荔红

郑文教

陆志强

Xiamen University Institutional Repository

海洋科学/2002年/第 26卷/第 7期26红树林污染生态学研究进展STUDIES ON MANGROVE POLLUTION ECOLOGY———A REVIEW陆志强1郑文教1彭荔红2(1厦门大学生命科学学院 361005)(2厦门大学环境科学研究中心 361005)红树林生长在热带 、亚热带陆海交汇的海湾河口区 。随着工农业 、沿岸城市开发及港口驳岸海运的发展 , 大量的环境污染物汇集于河口海湾区 , 冲击了红树林生态系统 。红树林作为河口海区生态系统初级生产者支撑着广博的陆域和海域生命系统 , 为海区和陆缘生物提供食物来源 ,也为鸟类 、昆虫 、鱼虾贝类 、藻菌等提供栖息繁衍场所 , 并构成复杂的食物链和食物网关系 。因此有关红树林污染生态学问题已成为目前红树林研究中新的重要领域之一 [1 ] 。国内外学者对红树林生态系中多种环境污染物的环境行为和生态效应展开了研究 , 其中重金属 、石油 、人工合成有机物如有机氯农药等污染物已经引起了广泛的关注 [16 ] 。本文结合作者的相关工作 , 综合当前国内外本领域的研究进展资料 , 对红树林污染生态学的研究现状作一介绍 。1 红树林生态系统重金属污染的研究表 2　各种污染的危害和治理对策污染形式 　危害 性 治理对策过度养殖 密度高 、水体缺氧 控制总量 、调整布局过剩饵料腐烂 水体发臭 、病害蔓延 摸索摄食习性、研制悬浮饵料水生动物排泄物 水体混浊 、透明度低 转场调换水域、人工清淤生活垃圾直排 水质富营养化 、藻类繁衍 禁止直排 、集中清运外界污水 、油污 水产品品质下降 、有异味 禁止直排 、使用电动船第一作者:陆志强 ,出生于 1976年 ,硕士研究生。E-mail:luluah@263.net收稿日期:2001-03-14;修回日期:2001-11-26协作 ,积极预防 。例如 ,禁止使用含磷洗衣粉 ;禁止小作坊废水直排;在养殖水域附近航行的小船可采取非机动或电动船等等措施 。网箱养殖水污染治理的对策各地的做法都不尽相同 , 概括起来列于表 2。4 结语网箱养殖水污染治理是个系统工程 , 牵涉到环境保护 、养殖人员生活管理 、饵料研制开发 、藻类抑制 、水质净化等诸多方面 。其目的都是一个 , 即尽可能减少污染源的产生 。但有一点是无论如何也不可避免要产生的污染 , 即水生动物的排泄物 。且在污染源总量中占比例在 50%以上 , 也是导致藻类衍生 、水体混浊的主要原因 。要清除这些淤积的排泄物 , 光靠自然作用 , 如浪潮洪水冲刷是解决不了问题的 。在国外也是靠频繁转场 , 调换水体进行人工清淤 , 这无疑对发展网箱养殖业是个很大的制约因素 。近来 , 我国有的地方正在开发研制大型深水网箱 ,其目的是想避开浅海区域 , 这当然也是个好的办法 , 但仍不能解决近海水域和河道 、湖泊等淡水水域的养殖问题 。治理网箱水污染的关键还是如何能在沉降物未到达水底前就可主动被消除 。近来 , “清淤网箱” 的问世 , 给水产部门和养殖户带来了福音 , 它或许就是迄今为止主动清淤 、治理养殖水污染的最有效的设计方案 , 已引起有关部门的高度重视 。(本文编辑:张培新)SCIENCE SCOPE科学视野Marine Sciences/Vol.26, No.7/2002 27有关红树林生态系统重金属污染的研究主要包括:红树植物对重金属的耐性和吸收 , 红树林沉积物中重金属的富集与释放 , 红树有机碎屑对重金属的吸附动态以及红树植物对重金属污染的净化作用等 [ 1] 。Waslsh 等 1979 年对大红树(Rhizophora mangle)幼苗的土培研究认为大红树幼苗对重金属并不特别敏感 , 土壤中重金属 Pb 、Cd和Hg的浓度分别高达 250 , 500和 100μg/g时 , 未见明显受害症状 , 仅当Hg浓度达到 500μg/g时 , 才对大红树幼苗生存产生影响 。Thomas等1984年砂培红茄冬(R .macronata)和白海榄雌(Avicennia alba)幼苗 ,在 Pb和 Zn浓度达 500μg/g的实验条件下 , 对幼苗的生长影响不大 。陈荣华等 1988年和 1989年对白骨壤(A .marina)、秋茄(Kandeliacandel)和桐花树(Aegiceras cornicu-latum)幼苗砂培研究表明 , 水中 Hg浓度达 1×10-6时未见受害症状 ,但此 3种红树幼苗根对培养液中 Hg有较高的吸收富集能力 , 其中秋茄和桐花树根对 Hg 的累积分别是原培养液 Hg 浓度的 16 ～ 174倍和16 ～ 100倍 。郑逢中等 1992年和1994年砂培秋茄幼苗 , 在 25×10-6的 Cd液中培养 4周 , 幼苗生长未明显受影响 。该研究也表明秋茄幼苗对 Cd有较强的富集能力 , 尤其是根 , 根中的 Cd含量比培养液高几十倍至上百倍 。由此可见 , 红树植物对重金属污染物有较高的耐性 , 同时 , 在实验室条件下红树幼苗对重金属有较高的的吸收和富集能力 。上述研究成果都是基于对Hg 、Cd 、Pb 、Zn等少数元素的单因子栽培实验 , 且大多仅以形态指标评价重金属的毒性[4 ]。Das等 1999年[10 ]研究印度 Orissa的 Bhitarkanika 红树林的重金属污染 , 发现重金属毒性引起一部分红树植物减数分裂和有丝分裂染色体结构变化和异常 , 如延迟 、早分裂 、染色体缺失 、断裂等。进一步研究表明 , 该地区的桐花树 、秋茄 、 白骨壤 、 海漆(Excoecaria agallocha)等 9种红树植物的根部和幼苗分生组织的细胞中 DNA含量明显减少 。此外 ,有丝 分 裂 指 数 从 5.3%下 降 到2.6%。染色体组长度 、数量以及 4C核内 DNA含量总体上都有减少 ,表明 DNA复制过程中 ,重金属引起了基因突变 。红树林沉积物为重金属提供了一个“贮存库”。红树植物对潮水的缓冲作用使小粒径的有机质沉积 , 又由于硫酸盐分解细菌的作用 ,使其富含 S2-。因此 ,直接吸附 、与有机质络合或形成难溶的硫化物都可固定重金属 [9 ] 。红树林沉积物释放重金属的主要途径是有机络合及金属-有机复合体的移出 ,金属的甲基化以及植物的吸收 [4 ] 。Clark等 1998年[9 ]研究了白骨壤红树林沉积物中氧化还原反应分层现象(redox stratification)对重金属富集和化学物种形成的影响 。在pH>7 、Eh<-150 mV的还原作用层面 , 金属呈硫化物的结合态;在pH<7 , Eh>+100 mV的氧化作用层面 , 金属呈可交换态或氧化物结合态 。多数情况下 , 两种氧化还原作用的层面都可以辨认出 , 层面的深度随着地下水面(water table)位置的季节变化而变化 。这为描述红树林沉积物中重金属的环境行为提供了一个地球化学模型 。红树林沉积物通过各种方式贮存大量重金属污染物 , 在实验室条件下砂培也表明红树幼苗对重金属有较强的吸收富集能力 。但在自然生境下 , 郑文教和林鹏等[5 ,13 ,21 ]研究发现红树林对土壤沉积物中的重金属污染物吸收能力是低的 , 植物体对土壤重金属的累积系数除 Cd较大外 , 大都在 0.1以下 。同时 , 红树植物所吸收的重金属主要累积分布在动物不易直接啃食和利用的根 、质地较为坚硬的树干和多年生枝 , 而这些部位累积总量占群落植物体总量的 80%～ 85%。Tam等 1993年对深圳福田红树林沉积物的研究表明 , 其中可提取的重金属还不到总量的 1%。这表明 , 在自然生境条件下 , 红树林可为异养生物提供大量洁净的食物 , 并且避免了通过食物链的不断富集而引起对人类健康的危害 。但红树林地的有机残留碎屑对重金属有较强的吸附作用[6 ,20 ] , 这对以红树残留物碎屑为食的林区生物是很不利的 。2 红树林生态系统石油污染的研究红树林生态系统石油污染主要来自海底石油、天然气的勘探和开发生产 , 往来穿梭的船舶排放的含油污水尤其是大型油船的油溢事故 。由于事故发生难以预料 , 带有偶然性和突发性且泄漏量很大 , 因此对位于潮间带的红树林损害比较严重 ,并且不易恢复 [3 ]。这方面的研究主要集中在国外 。早在 80年代初期 , Getter等调查油污染对红树林群落的影响 , 主要包括叶子脱落 、变形 , 阻碍生长 , 种子畸变和死亡等[3 ]。他们还提出评价油溢对红树群落影响的生物学指标是:死亡率 、气孔数量 、根和种子的死亡率 、叶畸变 、附着植物丰度等 。位于巴拿马加勒比海岸的 Bahla Las MimasSCIENCE SCOPE科学视野海洋科学/2002年/第 26卷/第 7期28红树林在过去的 30 a中先后两次遭受严重的油溢伤害 。Duke等 1997年[11 ]首次运用航空摄影技术评估了两次污染给该地区红树林带来的致死和亚致死损伤 , 研究表明:共有占 18%的受污红树植物死亡而被砍伐 , 存活下来的红树植物中近 30%林冠异常稀疏 。油溢对红树林的影响因石油和红树植物种类的不同有较大差异 。Proffitt等 1998年 [17 ]先后用两种不同类型的石油处理大红树的种苗和幼苗 , 证明两次石油污染对红树植物没有累积效应或协作效应 。Suprayogi等 1999年[19 ]在野外条件下 , 分别用两种类型石油的 5个浓度级处理红海榄(Rhizophora stylosa)、 角 果 木(Ceriops tagal)、红茄冬和白骨壤 4种红树植物 , 研究结果表明:石油处理增加了红海榄和红茄冬对大部分营养元素的富集 , 对白骨壤作用相反 , 而对角果木则两种作用都有 。随着石油处理浓度的增加 , 红树植物叶片中烃的富集也增加 , 而白骨壤叶片中累积的烃类是其它 3种红树植物的 2 ～ 6倍 。石油在红树林沉积物中富集 ,引起沉积物 pH值 、溶解氧含量 、氧化还原电位以及间隙水盐度下降 ,形成一个缺氧的强还原性环境 。这对重金属的固定与沉积是否有影响 , 会不会引起复合污染 , 还未见有报道 。Munoz等通过分析石油生物标志物(biomarker)研究了红树林沉积物中石油的长期演化 。生物标志物广泛用于生物地球化学领域 ,是指沉积物中的有机质以及原油 、油页岩 、煤中那些源于活生物体 ,并具有明显分子结构特征的有机化合物 。它们在演化过程中表现出一定的化学稳定性 , 基本保存了原始生物化学组分的碳骨架 , 以此判别有机成矿沉积物的物质来源和分析其沉积环境[2 ]。如今应用于环境科学领域 , 可认为是环境标志物 , 用来监测石油在红树林沉积物中的风化和降解 。一般认为 , 对于受石油污染的红树林湿地 , 可采用生物修复技术 。Ramsay 等 2000年 [18 ]的研究表明 , 油污的红树林沉积物中烃分解细菌数目明显增加 。Burns等的实验表明 , 在红树植物受石油污染后的 1 a中 , 石油分散剂 (dispersant)的使用比生物修复更有效地降低了红树植物的死亡率[7 ,8 ] , 它能把漂浮水面的石油分散成雾滴小微粒从而散布在海水中。1 a以后 ,继续观察存活下来的红树植物的生长 , 发现生物修复作用又比石油分散剂的使用效果更好一些 [12 ]。澳大利亚官方已经把 Burns等的研究成果作为制定石油污染管理政策的依据 。3 红树植物对有机氯农药的累积和吸收研究有机氯农药 (OCP)主要指六六六 、DDT等含氯的有机化合物 。OCP各国已禁止使用 , 但土壤中残留量仍相当大 , 还将在长时间内发生作用 , 在红树林有关 OCP的报道尚少 。林鹏等报道了九龙江口浮宫镇红树林区水体 OCP浓度的季节性变化 , 3次高峰期分别为 2 ～ 5月份 、7月和 11月份。OCP中α-六六六 +γ-六六六浓度与 7年前九龙江河口测定数据仍处同一水平 [1 ] 。从红树植物吸收累积 OCP的分布看 , 秋茄幼苗根 、原胚轴累积的OCP含量是幼苗叶及小树的近 30倍 , 说明秋茄吸收 OCP大量累积于根及原胚轴部分 , 而向茎叶输送不多 。这与红树植物对重金属的净化作用有异曲同工之妙 ———为海湾河口生态系统的各级消费者提供大量洁净的食物 。黄建斌等用不同浓度 DDT溶液砂培秋茄幼苗 , 表明:10μg/L的 DDT培养液对秋茄胚轴萌发和展叶有一定促进作用 ;100μg/L以上的 DDT培养液则有抑制现象 ,电解质外渗率随 DDT浓度提高而加大 , 对秋茄胚的脱氢酶活力在一定浓度(1 000μg/L)以内有刺激作用 , 对叶蒸腾速率的抑制随浓度增高而下降 , 达 1 000μg/L时与对照基本相近或略高[ 1] 。有关有机农药污染物对红树植物的影响及其机理也尚需进一步研究 。4 红树林污染生态学研究展望红树林污染生态经过多年的发展已经积累了大量有价值的基础资料和研究经验 , 为更好地保护和利用珍贵的红树林资源提供了重要的科学依据 。但还有很多方面的研究亟待深入 。红树林沉积物是一个非常复杂的有机复合体 , 其表面的理化性质由于受周期性潮水的影响具有多变性 [4 ]。目前有关红树林沉积物中环境污染物行为的认识大多间接来源于近岸带沉积物的研究成果 。弄清环境污染物在沉积物表面沉积动力学问题 , 对我们更好地了解红树林沉积物很有帮助 。红树植物对污染物耐性的研究除了通过短期的人工培养和形态观察以外 , 更重要的是污染物自然生境条件下对红树林的长期环境行为和生物效应 。同时 , 进一步研究污染物对红树植物生理生态 、生物化学 、遗传特性的影响 , 例如:对光合作用 、呼吸作用 、色素含量及组成的影响 , 对酶活力的影响 ,SCIENCE SCOPE科学视野Marine Sciences/Vol.26, No.7/2002 29对染色体结构和 DNA复制的影响等 。我们还可以展开环境污染物在红树林湿地的环境 、动物 、植物以及微生物间的多层次系统研究 , 探索污染物在红树林湿地生境水体 、沉积物 、有机碎屑和动物之间的分布 、迁移转化规律及其生物 、生态和环境效应等 。此外 , 我们还缺乏有关污染指示物种和群落生物标志物的信息 [16] , 可借助生物地球化学的研究方法更准确地了解某一段时间内环境污染物的动态 , 为红树林生态系统环境污染的监测和防治提供更可靠的依据 。这应该是今后重要的研究方向 。目前国内外红树林污染生态学的研究多集中于重金属污染物 ,而有机污染物如多环芳烃 (PAH),鉴于一些技术条件上的限制 , 至今很少有报道 , 只是法国人Munoz等研究红树林沉积物中石油长期演化时 ,把 PAH作为环境标志物监测石油降解的程度 [14 ,15 ] 。PAH也是一类很重要的环境污染物 , 具有明显的毒性 、致癌性和致畸诱变作用 。石油中含有 PAH , 但它的主要人为源是矿物燃料的不完全燃烧和废弃物的不妥当处理 。PAH在红树林生态系统的迁移 、转化和生态效应是一个全新尚待深入研究的课题 。国内已经有学者正在从事这方面的研究工作 。参考文献1 林 鹏。中国红树林生态系。北京:科学出版社 , 1997。 297～ 3162 王将克主编。生物地球化学。广州:广东科技出版社 , 1999。 95～ 973 李永祺、 丁美丽 。海洋污染生物学。北京:海洋出版社 , 1991。 269～ 2994 王文卿、林 鹏。红树林生态系统重金属污染的研究,海洋科学 ,1999 , 3:45～ 485 郑文教、郑逢中、连玉武。福建九龙江口秋茄林铜铅锌锰元素的累积及动态 ,植物学报 , 1996, 38(3):227～ 2336 郑逢中、洪丽玉、郑文教。红树植物落叶碎屑对水中重金属吸附的初步研究 ,厦门大学学报(自然科学版),1998 , 37(1):137～ 1417 Burns K.A.et al..Weathering ofhydrocarbons in mangrove sediments:testing the effects of using dispersants totreat oil spills , Organic Geochemistry ,1999 , 30(10):273～ 12868 Burns K.A.et al..Gladstone Aus-tralia field studies:Weathering anddegradation of hydrocarbons in oiledmangrove and sal t marsh sediments withand without the application of an ex-perimental 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159:293～ 301(本文编辑:张培新)SCIENCE SCOPE科学视野

红树林污染生态学研究进展

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