港湾污水对红树林的影响

港湾污水排放对红树林湿地的影响Effectsofestuarinewastewaterdischargeonmangrovewetlands章金鸿（广州市环境保护研究所，广州510620）ZhangJinhong(InstituteofEnvironmentalProtectionofGuangzhou,Guangzhou510620)李玫（中国林科院热带林业研究所，广州510520）LiMei(ResearchInstituteofTropicalForestry,CAF,Guangzhou510520)陈桂珠（中山大学环境科学研究所，广州510275）ChenGuizhu(InstituteofEnvironmentalScienceofZhongshanUniversity,Guangzhou510275)摘要通过样方调查和采样分析的方法，研究了港湾污水的排放对红树林湿地中水体、土壤和植物3个子系统的影响。结果表明：（1）经过水体自净和红树林湿地的净化作用，随着距离排污口的加大，水体污染逐渐减轻；（2）港湾污水的排入未改变红树林湿地中土壤的质地，增高了重金属元素的含量；（3）红树林土壤对水体中的重金属元素吸附、积累能力较强，可作为重金属的沉积地；（4）港湾污水的排放对红树植物群落结构和生长没有造成不良影响；（5）重金属元素被红树植物吸收后大多积累在根部，避免了通过食物链的传递而影响人类健康。关键词：港湾污水红树林湿地影响由于南部沿海城市的开发与工农业的快速发展，大量工农业废水和生活污水直接排到河口海湾，对处于海陆交界带的红树林湿地造成一定的影响。红树林湿地长期以来被认为是排放城镇生活污水和工业废水的便利场所，然而污水排放对红树林造成的影响是正面的还是负面的，一直存在广泛争议[1]。国内外已进行了城市污水排放对红树林植物的生长状况、生理功能及其营养元素水平影响等方面的研究[2~5]，但有关城市污水的排放对整个红树林湿地系统的影响报道极少[6]。本文研究了粤东海丰县小漠港的污水排放对红树林湿地中水体、土壤和植物三个子系统的影响，希望为合理保护和利用我国的红树林湿地提供一定的理论依据。1材料与方法1.1研究地点研究地点位于粤东的海丰县小漠港的红树林（22°47′N,115°22′E），气候温和、雨水丰沛、日照充足，属南亚热带海洋性气候，年平均温度22℃，无霜期360天，年均降水量2382mm。潮汐属不正规半日潮，平均潮差约1m。将样地按距离排污口（生活污水排放区）位置的远近，划分为3块小样地（每个小样地的面积5×5m2）。近污染样地（距排污口水平距离为50m）、中间样地（距排污口水平距离为550m）、远污染样地（距排污口水平距离为1050m）。3块样地中的红树林群落基本同龄，结构相似。对群落进行调查、采样。1.2群落学调查以样地为基本单位，分别记录种名、胸径、树高、株数等。分别随即选取发育良好、成熟的秋茄(Kandeliacandel)、桐花树(Aegicerascorniculatum)和白骨壤(Avicenniamarina)各9株，伐倒后逐株测定胸径、树高，将根、茎、枝和叶于105℃下烘干至恒重。根据植物相关生长法[7]，林木的胸径（D）、树高（H）和生物量（B）之间存在相关关系：LgB=Lga+bLg(D2国家自然科学基金资助项目，编号39470151第一作者章金鸿，男，1970年生，1997年毕业于中山大学，硕士，工程师.H)，以该式为回归式，将标准木实测数据代入，求出参数a和b的值，并根据所求得的回归方程式统计群落的现存生物量及增量。在样地中每种红树植物选择具有代表性的3株，在树下挂网（1.5m×1.5m）收集凋落物，每月收集一次并汇总以求得每种植物凋落物的总量。一部分在105℃下烘干至恒重，以计算全部落叶的生物量，大部分在60℃下烘干供化学分析。1.3样品的采集与分析于退潮后在每个小样地内取2个水样（各300ml），在规定的时间内进行各项目的分析测试。DO（溶解氧）采用碘量法，BOD采用五日生化需氧量的测定方法，COD采用碱性高锰酸盐法，总氮用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，总磷用钼锑分光光度法测定，石油烃含量测定采用荧光分光光度法[8]。在每个小样方的四周和中央各取一份即土壤（0~20cm），混合均匀后，自然风干，研磨后过20目筛备用，分析总N、总P和重金属元素含量时再全部样品过100目筛。颗粒组成分析用甲种比重计法；总N、总P的含量采用HClO4-H2SO4消化法消化，同一待测液可供N、P测定，消化后定容至50ml，摇匀备用。吸一定待测液用蒸馏法定N，钼锑抗比色法测P。重金属含量用浓HNO3在电热板上消化样品至样液淡黄色，沉淀白或灰白色，加消化至样液无色澄清，定容到10ml，用ICP光谱仪测定[9]。采集新鲜植物样和凋落叶，按植物种、器官的不同分组于烘干磨碎过60目筛，贮存备用。植物样的总N、总P和重金属元素含量的消化与测定与土壤样品同。2结果与分析2.1港湾污水对红树林湿地中水体的影响对近污染红树林湿地（距排污口水平距离为50m）、中间红树林湿地（距排污口水平距离为550m）、远污染红树林湿地（距排污口水平距离为1050m）退潮后水体污染物质含量的测定结果见表1。表1红树林湿地中水体污染状况Tab.1Waterpollutioninmangrovewetlands位置LocationpHDOBOD5CODMnTNTPCuPbZnCdNi近污染湿地Nearpollutionwetland7.77±0.016.11±0.044.79±0.125.10±0.0313.37±0.270.19±0.030.4740.379.9500.0280.31中间湿地Middlewetland7.84*±0.026.16±0.042.86*±0.134.09*±0.0213.29±0.180.10*±0.010.2100.273.6390.0190.15远污染湿地Farpollutionwetland7.91*±0.056.26*±0.011.93*±0.183.26*±0.0611.53*±0.170.09*±0.010.1740.242.2640.0160.15注：Means±SD(n=3),*P﹤0.01，（以近污染湿地为对照），除pH外单位均为mg/LDO、BOD和COD值的大小可以用来指示红树林湿地水体受有机污染的程度，DO量越低，BOD、COD值越高，则水体有机污染越严重。与深圳所测得的城市污水的有机负荷相比，该港湾污水的有机污染要轻得多[2]，该港湾是由渔船的抛弃物和生活污水构成。随着离排污口的距离加大，pH和DO值逐渐升高，BOD5和CODMn值逐渐降低，表明水体有机污染有逐渐减轻趋势。与近污染湿地相比，水体TP含量的显著降低发生在中间湿地和远污染湿地，而TN含量的显著降低发生在远污染湿地，表明水体中P的降解要比N快。离排污口越远湿地水体的有机污染越轻，一方面是由于水体的自净作用，另一方面也是由于红树林湿地具有较高的降低废水中有机物的能力[10]。由表1可见，水体中重金属元素含量的大小依次为近污染湿地＞中间湿地＞远污染湿地。水体流经红树林湿地时流速降低[11]，大量重金属元素通过络合吸附[12]和沉淀吸附[13，14]被固定在沉积物中，从而使水体中重金属含量降低。中间湿地水体中Zn、Cu、Ni、Cd和Pb分别比近污染湿地的降低了63.4%，55.7%，51.6%，32.2%和27.1%；而远污染湿地分别仅比中间湿地的降低了37.8%，17.2%，15.8%，11.1%和0%，这表明随着距离排污口的加大，红树林湿地对水体中重金属污染物质的吸收积累能力有逐渐降低趋势，这是由于红树林湿地中土壤吸收和积累重金属元素存在一定的环境容量，同时沉积在红树林湿地土壤中的重金属也可能通过各种途径释放出来重新进入水体。2.2对红树林湿地中土壤的影响表2红树林湿地中土壤的颗粒组成Tab.2Percentcompositionsofparticleinmangrovesoils粒径Particlediameter近污染湿地Nearpollutionwetland中间湿地Middlewetland远污染湿地Farpollutionwetland1.0~0.50.40.91.30.5~0.111.411.715.80.10~0.0514.415.930.30.05~0.0124.622.322.20.01~0.00516.814.912.40.005~0.00122.223.023.00.00110.211.30.2注：Means±SD(n=3)土壤的颗粒组成是一个重要的生态因素，它直接影响植物根系的生长，同时也影响土壤的其它物理、化学特性和土壤的生物特性等。由表2可见，近污染湿地、中间湿地和远污染湿地中的土壤均属粉土壤（中国制），表明港湾污水的流入并未使红树林湿地中土壤的质地发生改变，只是不同粒径的百分含量有所变化。缪绅裕曾有研究认为污水中某些成分可能会影响土壤颗粒的结合状态，但改变不了土壤质地[15]，本文结果与之相似。表3红树林湿地中土壤pH值和各元素含量Tab.3pHandcontentsofdifferentelementsinmangrovesoils位置LocationpHTNTPCuPbZnCd近污染湿地Nearpollutionwetland4.14±0.020.018±0.0050.022±0.00716.5658.279.92.24中间湿地Middlewetland4.61±0.010.017±0.0060.021±0.00612.8444.872.861.94远污染湿地Farpollutionwetland4.78±0.020.017±0.0050.021±0.00311.1642.466.241.90注：Means±SD(n=3)，TN和TP单位为%，Cu、Pb、Zn和Cd为μg/g由表3可见，红树林湿地土壤pH值随着水体污染程度的加重而呈降低趋势。污水处理降低土壤pH值的原因是由于污水中多种交换性离子和有机还原性物质的共同作用，也可能是由于受污染程度不同，被微生物分解的掉落物多寡不同而导致。港湾污水的流入没有导致红树林湿地土壤中的TN和TP含量显著上升，可能原因是该港湾污水中的TN和TP浓度较低而且排放量不大。污染较重的近污染湿地土壤中的Cu、Pb、Zn、Cd含量分别比远污染湿地高出48%、37%、21%和18%。2.3对红树植物的影响2.3.1对红树林群落结构与生长的影响红树林植物群落的结构没有随着水体污染程度的不同而改变，3处湿地的植物群落中优势种、伴生种和偶见种均依次为白骨壤、桐花树、秋茄。随着污染程度的减弱，白骨壤的树均高有增大趋势，表现为近污染湿地、中间湿地、远污染湿地的白骨壤均高依次为0.54m，0.65m和0.76m；而白骨壤的树密度降低，即在近污染湿地、中间湿地、远污染湿地依次为3.16株/m2，1.56株/m2和1.52株/m2；经测量和数据比较，港湾污水的流入使群落总生物量增大，使林下单位面积呼吸根数增多，但与对照（远污染湿地）比均无显著差异。可以认为，港湾污水的流入没有对红树林植物群落的生长状况和生物量增长产生不利影响。2.3.2对白骨壤体内N、P含量影响表4白骨壤体内的N、P元素及各重金属元素含量Tab.4ContentsofN,PandheavymetalsinA.Marina器官Organ位置LocationTNTPCuPbZnCd根Roots近污染湿地Nearpollutionwetland0.479±0.0150.073±0.00710.20(0.604)10.0(0.172)39.96(0.500)0.44(0.196)中间湿地Middlewetland0.475±0.0140.071±0.0098.90(0.693)9.2(0.205)33.64(0.462)0.40(0.206)远污染湿地Farpollutionwetland0.286*±0.0260