三江平原典型植物hg濃度及其儲(chǔ)量估算

三江平原典型植物hg濃度及其儲(chǔ)量估算

1濕地中hg的濃度植物可以從大氣、氣候干燥、土壤、水等來源積累hg。植物中的hg濃度受hg的來源、化學(xué)形態(tài)和植物生理的影響，不同植物中的有機(jī)鉻濃度也不同。因此，hg濃度反映了hg環(huán)境的暴露情況和植物的棲息地。濕地在區(qū)域hg的轉(zhuǎn)移和循環(huán)中起著重要作用。這是許多湖泊和河流堿性物質(zhì)的主要來源。濕地具有較高的初始生產(chǎn)力，因此，在季節(jié)和多年的洪水后，植物會(huì)在厭氧狀態(tài)下分解。釋放的hg可以通過土壤或移動(dòng)到具有強(qiáng)烈移動(dòng)性的類型（例如，a組銀行稅），導(dǎo)致濕地hg流入河流和湖泊，這會(huì)影響水質(zhì)，并進(jìn)入食物鏈，危害野生動(dòng)物和人類健康。本研究通過了三江平原濕地植物中hg的濃度，將hg濃度與這些植物的棲息地相結(jié)合，估計(jì)植物總量hg，為濕地保護(hù)和利用提供理論依據(jù)。2材料和方法2.1植物hg的季節(jié)動(dòng)態(tài)三江平原位于黑龍江省東北部,面積5.13×104km2,分布著大面積濕地,其中沼澤濕地面積為1.13×104km2,河流、湖泊面積0.43×104km2,是我國面積最大、分布連片的淡水濕地分布區(qū).2001年5月底在三江平原上布置采樣點(diǎn)37個(gè),采集植物樣品70多個(gè),隨機(jī)采集了小葉章(Calamagrostisangustifolia)、毛果苔草(Carexlasiocarpa)、烏拉苔草(Carexmeyeriana)、沼苔草(Carexlimosa)、漂筏苔草(Carexpaseudocuraica)、小貍藻(Utriculariaintermedia)、泥炭蘚(Sphagnum)、叢樺(Betulafruticosa)、沼柳(Salixbrachypoda)等植物樣品.小葉章和灌木分出莖葉.2001年5、8、9和10月在三江站實(shí)驗(yàn)場沼澤地,采集了小葉章和毛果苔草等植物不同生長期的樣品以及附近的農(nóng)作物,于室內(nèi)分出根、莖、葉、立枯,以研究Hg在各構(gòu)件中分布和植物中Hg的濃度的季節(jié)動(dòng)態(tài).對(duì)草本植物以植株為單位混采,在一個(gè)采樣點(diǎn)周圍,隨機(jī)采集多個(gè)植物,混為一個(gè)樣品.叢樺、沼柳分布地區(qū)地勢高,無水淹沒;小葉章分布地區(qū)地勢較高,較短的季節(jié)性積水;毛果苔草、沼苔草、漂筏苔草分布地區(qū)地勢較低,一般有永久性的積水;烏拉苔草沼澤是兩者的過渡形式,季節(jié)性積水;小貍藻水中生長,泥炭蘚分布在濕潤多水的地方.樣品采集后,在陰涼處晾干,以防止Hg的釋放.2.2樣品測定樣品用V2O5-H2SO4-HNO3法消解,用F732-V智能型冷原子吸收測汞儀測定.用同樣的方法測定標(biāo)準(zhǔn)和空白.3結(jié)果與討論3.1影響總hg濃度的因素三江平原濕地植物中總Hg濃度差別較大(表1),毛果苔草為51.2ng·g-1,烏拉苔草為23.1ng·g-1,沼苔草為82.5ng·g-1,漂筏苔草為46.5ng·g-1,說明不同的濕地植物對(duì)Hg的吸收能力不同.把濕地植物加以分類可以得出:總Hg濃度苔蘚>水草>苔草>禾草>灌木,具有從干到濕的環(huán)境增高的特點(diǎn).其中苔蘚具有很強(qiáng)的富集Hg的能力.水生植物能夠成功地累積Hg,吸附Hg的能力要比陸地植物強(qiáng),因此淹水狀況的不同是導(dǎo)致植物體內(nèi)Hg濃度差異的重要原因.三江平原濕地植物總Hg濃度高于北方草原植物(23ng·g-1),也高于加拿大實(shí)驗(yàn)湖泊地區(qū)附近的濕地植物(莎草和大型水生植物為10.2±6.8ng·g-1).植物和草根層土壤的Hg濃度相關(guān)性較小(r=0.32,P>0.1),表明濕地土壤中總Hg濃度不是影響植物總Hg濃度的直接因素.結(jié)果表明,在沒有嚴(yán)重污染地區(qū)植物從土壤吸收的Hg可以忽略,因此植物中的Hg主要來自大氣.德國易北河濱岸濕地的研究表明,在降雨后,由于土壤濕度增加,使土壤Hg的釋放增加了3倍.因此常年淹水或過濕的濕地環(huán)境將有利于Hg的釋放,使?jié)竦厣峡誋g濃度較高,間接地引起植物較高的Hg濃度.三江平原毛果苔草濕地10cm高度大氣Hg濃度為82.5±14.8(n=5)ng·m-3,高于小葉章濕地的35.9±2.2(n=2)ng·m-3.由于濕地土壤和水中Hg濃度較高,釋放的Hg使近地面大氣Hg濃度升高,并被葉面吸附.三江平原農(nóng)田作物中總Hg濃度比濕地植物低得多,水稻葉、莖和根的Hg濃度分別為20、5.7和51.9ng·g-1,玉米葉、莖和根的Hg濃度分別為14.3、5.7、43.7ng·g-1,大豆葉和莖的總Hg濃度分別為7.1和8.5ng·g-1.葉總Hg濃度大小順序?yàn)闈竦刂参?gt;水稻>玉米>大豆,這可能與作物類型以及生境有關(guān).與濕地水體、土壤相比,水田土壤中Hg濃度低得多.因此,土壤Hg釋放量不同,將引起地表大氣Hg濃度的差異.作物中的總Hg濃度與濕地植物一樣根>葉>莖.3.2植物器官中的總hg濃度3.3植物hg濃度和生物量的季節(jié)動(dòng)態(tài)在一個(gè)生長季中,植物總Hg濃度仍然有較大的差異(圖3).在生長季初期,Hg的濃度較高,并在8月份達(dá)到最大值,隨后則開始下降.這種趨勢與樹木中Hg的濃度隨時(shí)間延長而增長的趨勢不同,可能是由于喬木和草本植物不同的生理特征引起的.研究表明,在背景區(qū)植株幼苗能夠高效率地吸收大氣中各種形態(tài)的Hg,而從土壤吸收的Hg則很少.在上面的分析中,植物各器官總Hg濃度具有立枯>葉>莖的特點(diǎn),而植物生長時(shí)各器官占整個(gè)生物量的比例不同,將引起植物中總Hg濃度的變化.楊永興等研究了三江平原地區(qū)小葉章和毛果苔草濕地生態(tài)系統(tǒng)生物量的季節(jié)動(dòng)態(tài),發(fā)現(xiàn)毛果苔草隨生長季節(jié)的延長,葉生物量占地上生物量的比例先增后減.小葉章濕地地上生物量分布以莖為主,葉生物量隨生長季節(jié)延長表現(xiàn)出遞減趨勢.3.4影響濕地hg釋放的因素依據(jù)總Hg濃度和最大生物量可以估算三江平原小葉章、毛果苔草濕地植物Hg庫存量(表2).毛果苔草濕地植物地上部分Hg庫存量為35.8μg·m-2,地下部分為160.9μg·m-2;小葉章濕地植物地上部分Hg庫存量為24.9μg·m-2,地下部分為355.7μg·m-2,地上部分比Moore等研究的加拿大湖泊地區(qū)(31μg·m-2)高,該地是一個(gè)泥炭沼澤,植物以樹木和灌叢為主,兩地植物群落類型的差異是主要影響因素.植物地上部分Hg庫存量為整個(gè)生長季中累積的Hg,而大氣Hg是植物中Hg的重要來源.大氣Hg沉降速率增加主要和工業(yè)活動(dòng)有關(guān).現(xiàn)在大氣Hg沉降速率一般從相對(duì)沒有污染地區(qū)的<3μg·m-2·年-1到美國和斯堪的納維亞的部分地區(qū)的>10μg·m-2·年-1.由于采樣點(diǎn)都遠(yuǎn)離污染源,植物地上部分Hg庫存量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了該地Hg的大氣干濕沉降.因此,濕地土壤、水體的Hg釋放可能是該地植物Hg的主要來源.一般未受污染土壤和沉積物中的甲基汞占總Hg的比例小于2%,而植物體中甲基汞的比例可以在水生藻類植物中達(dá)到100%.植物累積的Hg會(huì)隨時(shí)間和濕地環(huán)境的變化而遷移或累積.Heyes等研究植物在淹水條件下的分解表明,在0～2.5年內(nèi)約有40%的有機(jī)物質(zhì)被分解,植物殘?bào)w中的總Hg濃度升高,特別是甲基汞含量或濃度都有很大增加.因此這些累積的甲基汞將是濕地水中甲基汞的重要來源.濕地植物對(duì)維持濕地Hg的匯的功能有重要作用.在沒有人類干擾下,濕地植物累積的Hg一部分以泥炭形式累積,一部分在土壤-大氣-植物系統(tǒng)中循環(huán),很少的一部分將隨大氣及水體遷移,在人類的干擾下(濕地排水、開墾)會(huì)造成這種系統(tǒng)的破壞,使Hg在較短的時(shí)間內(nèi)遷移和釋放,喪失了濕地作為Hg的匯的功能.Veiga等認(rèn)為,亞馬遜地區(qū)魚和人升高的Hg濃度與毀林活動(dòng)造成的濕地破壞有關(guān).4濕地植物hg濃度hg含量、分布及分布特點(diǎn)依據(jù)于濕地植物hg的分4.1三江平原典型植物的總Hg濃度較高,各種植物總Hg濃度差別較大:苔蘚>藻類>苔草>禾草>灌木.4.2植物Hg濃度具有由微管束植物到苔蘚植物、由干到濕增加的特點(diǎn).干濕環(huán)境是影響總Hg濃度的重要因素.濕地植物總Hg濃度要高于水稻和玉米等農(nóng)作物.4.3土壤總Hg濃度是近地面大氣中Hg的重要來源,間接地影響植物中Hg的濃度.4.4植物各構(gòu)件中總Hg濃度具有立枯>根>葉>莖的特點(diǎn).4.5三江平原小葉章濕地地上植物Hg庫存量為24.9μg·m-2,毛果苔草濕地地上植物Hg庫存量為35.8μg·m-2.濕地植物對(duì)維護(hù)濕地Hg的匯的功能具有重要作用.在三江平原濕地中,小葉章、沼苔草、漂筏苔草和毛果苔草植物地上部分各器官總Hg濃度都有立枯>根>葉>莖的特點(diǎn)(圖).這是由于葉的表面氣孔比莖多,具有更強(qiáng)的吸收大氣Hg的能力.葉子干枯后,營養(yǎng)成分轉(zhuǎn)移到莖、果實(shí)或者根部,質(zhì)量減少