全 文 ：海南东寨港红树林沉积物中重金属的
分布及其生物有效性
季一诺　 赵志忠∗　 吴　 丹　 伏箫诺
（海南师范大学地理与旅游学院， 海口 ５７１１５８）
摘　 要　 对东寨港红树林湿地沉积物中 ７种典型重金属元素（Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｃｄ 和 Ｐｂ）的
有效态含量和全量进行测定，并讨论了红树林湿地沉积物中重金属元素的分布特征及其生物
有效性．结果表明： ７种重金属在东寨港红树林湿地的含量大于亚龙湾和三亚湾的红树林湿
地，但与中国南方和世界各地的典型红树林湿地相比仍处于中等偏低水平．东寨港红树林湿
地光滩、林缘、林内表层沉积物的重金属含量存在差异；在柱状沉积物中重金属伴随沉积明
显，表现出较强的同源性．经 ＥＤＴＡ萃取出的有效态金属在表层沉积物中含量依次为 Ｃｕ＞Ｃｒ＞
Ｚｎ＞Ｎｉ＞Ａｓ＞Ｐｂ＞Ｃｄ；垂直梯度重金属有效态含量占总量的比例的最大值（除 Ｎｉ外）均出现在表
层或中上层；目标重金属元素有效态和总量在空间分布上具有明显正相关性，元素总量指标
能较好地评估该元素的生物有效性．
关键词　 重金属； 生物有效性； 红树林沉积物； 东寨港
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｖｅｎ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｉｎ
Ｄｏｎｇｚｈａｉ Ｈａｒｂｏｒ， Ｈａｉｎａｎ Ｉｓｌａｎｄ， Ｃｈｉｎａ． ＪＩ Ｙｉ⁃ｎｕｏ， ＺＨＡＯ Ｚｈｉ⁃ｚｈｏｎｇ∗， ＷＵ Ｄａｎ， ＦＵ Ｘｉａｏ⁃
ｎｕｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｔｏｕｒｉｓｍ， Ｈａｉｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｉｋｏｕ ５７１１５８， Ｃｈｉｎａ） ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ， ｔｏｔａｌ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｓｅｖｅｎ ｔｙｐｉｃａｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ （Ｃｒ， Ｎｉ， Ｃｕ，
Ｚｎ， Ａｓ， Ｃｄ ａｎｄ Ｐｂ） ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｉｎ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｄｏｎｇｚｈａｉ Ｈａｒｂｏｒ， ａｎｄ ｔｈｅ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｌｌ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｓ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｅａ ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｉｎ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄｓ ｉｎ Ｙａ⁃
ｌｏｎｇ Ｂａｙ ａｎｄ Ｓａｎｙａ Ｂａｙ， ｂｕｔ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｌｅｖｅｌ ｉｎ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄｓ ｉｎ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ
ｏｔｈｅｒ ａｒｅａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ａｔ ａ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｔｏ ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｓｕｒ⁃
ｆａｃｅ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｉｆｆｅｒｅｄ ａｍｏｎｇ ｂａｒｒｅｎ ｓｈｏａｌ， ｔｈｅ ｅｄｇｅ ａｎｄ ｉｎｓｉｄｅ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔ． Ａｌｌ
ｔｈｅ ｍｅｔａｌｓ ｗｅｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ａｃｃｏｍｐａｎｙｉｎｇｌｙ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ， ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ａ
ｓｔｒｏｎｇ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｏｕｒｃｅ． Ｔｈｅ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｓｅｖｅｎ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ
ｗｅｒｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｂｙ ＥＤＴＡ， ｗｈｉｃｈ ｈａｄ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ Ｃｕ＞Ｃｒ＞Ｚｎ＞Ｎｉ＞Ａｓ＞Ｐｂ＞Ｃｄ． Ａｌｌ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｒａｔｉｏｓ
ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｔｏ ｔｏｔａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｐｐｅａｒｅｄ ｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｒ ｍｉｄｄｌｅ ｔｏ ｕｐｐｅｒ ｌａｙｅｒｓ， ｅｘｃｅｐｔ Ｎｉ．
Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｖａｉｌａｂｌｅ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔａｒｇｅｔ ｍｅｔａｌｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ； ｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ； ｍａｎｇｒｏｖｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ； Ｄｏｎｇｚｈａｉ Ｈａｒｂｏｒ．
本文由国家自然科学基金项目（４１２６１０６２）和海南省重点科技计划
项目（ ＺＤＸＭ２０１３００２１）资助 Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ
Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （４１２６１０６２）， ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｈａｉｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｃｈｉｎａ
（ＺＤＸＭ２０１３００２１）．
２０１５⁃０６⁃０８ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ， ２０１５⁃１１⁃１６ Ａｃｃｅｐｔｅｄ．
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ． Ｅ⁃ｍａｉｌ： １７０８２９０２１＠ ｑｑ．ｃｏｍ
　 　 重金属在环境中难降解、易富集、容易形成毒性
更大的有机金属化合物，对环境健康危害较大，排入
水体中的重金属大部分通过各种物理化学作用迅速
转移到沉积物中，表现出强累积效应［１－２］ ．沉积物中
的重金属对水生生物有致病、致畸、致死等并能够通
过生物富集作用对生态系统和人体健康构成威胁．
许多研究表明，虽然沉积物重金属总量分析可以评
价研究区域的污染状况，但重金属总量并不都能被
生物吸收或对生物产生毒性效应，仅有部分可对环
境造成潜在危害，因而有必要区别各元素的总量和
有效部分含量［３－５］ ．重金属的生物有效性（ ｂｉｏａｖａｉ⁃
ｌａｂｉｌｉｔｙ）指重金属能被生物吸收或对生物产生毒性
应 用 生 态 学 报　 ２０１６年 ２月　 第 ２７卷　 第 ２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｊａｅ．ｎｅｔ
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｆｅｂ． ２０１６， ２７（２）： ５９３－６００　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ＤＯＩ： １０．１３２８７ ／ ｊ．１００１－９３３２．２０１６０２．０１１
性状［６］ ．
海南岛北部潮间带分布着我国面积最大的红树
林湿地，生态系统结构多样，对该地区生态平衡和气
候变化有着不可替代的作用．近年来，随着当地经济
快速发展，生活污水和工业废水大量排放，使红树林
湿地面临着严重的重金属污染［７］ ．目前对该地区红
树林湿地的研究大部分集中于河口海湾区重金属的
含量和生态风险评价等方面，有关生物有效性研究
却鲜有报道．
本文用 ＥＤＴＡ的铵盐溶液作为提取剂对海南岛
北部东寨港红树林湿地沉积物中的重金属含量及生
物有效性进行研究，为红树林湿地重金属的污染治
理提供科学依据．
１　 研究区域与研究方法
１􀆰 １　 研究区概况
海南岛红树林现存面积为 ４７７２ ｈｍ２，其中东北
部的东寨港为 ２５００ ｈｍ２，占现有面积的 ５２．４％，拥有
３５种红树、半红树植物［８］ ．１９８０ 年，东寨港成为中国
第一个红树林自然保护区，１９９２ 年成为列入国际重
要湿地名录的 ７ 块中国湿地之一［９］ ．保护区位于海
南省东北部的海口与文昌交界处，是一呈漏斗状深
入内陆的半封闭港湾式泻湖；属热带海洋性季风气
候，年均气温 ２３． ８ ℃，海水表层年平均温度 ２４． ５
℃，年平均降雨量 １６７６ ｍｍ；不规则全日潮，平均潮
差约 １ ｍ；沉积物以淤泥质沉积物、粉砂质沉积物为
主，沉积物厚度在 ０． １ ～ １． ５ ｍ，有机质含量丰
富［１０－１１］ ．主要红树植物有桐花树（Ａｅｇｉｃｅｒａｓ ｃｏｒｎｉｃｕｌａ⁃
ｔｕｍ）、木榄（Ｂｒｕｇｕｉｅｒａ ｇｙｍｎｏｒｒｈｉｚａ）、海桑（Ｓｏｎｎｅｒａｔｉａ
ｃａｓｅｏｌａｒｉｓ）、秋茄 （Ｋａｎｄｅｌｉａ ｃａｎｄｅｌ）等，林分郁闭度
高，很难在林中穿行．岸边分布有大量的水产养殖
池，养殖废水大多直接排入红树林湿地内．
１􀆰 ２　 样品采集
于 ２０１４年 ８月，沿入海口反方向选取 ６ 个样点
并用 ＧＰＳ 进行定位（图 １），每个样点分别取红树密
林内 １０～１５ ｍ、红树林缘和林外 １０ ｍ低潮位光滩人
为干扰较小区域，用 ＰＶＣ管（直径 ７５ ｍｍ，长 ５０ ｃｍ，
用前以 １４％ ＨＮＯ３浸泡）采取柱状沉积物（分别距地
表 ０～５、１０ ～ １５、２０ ～ ３０、３０ ～ ４０ ｃｍ），每个柱状沉积
物在 ５ ｍ×５ ｍ的范围取 ３ 个重复，混合均匀后密封
于双层聚乙烯塑料袋中带回实验室，剔除杂物，室温
风干至恒量，置干燥处保存待测．
１􀆰 ３　 测定方法
生物有效性是评价重金属毒性的直接方法，根
图 １　 研究区位置及采样点分布
Ｆｉｇ．１　 Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅａ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ
ｓｉｔｅｓ．
据各结合态生物利用性的大小归类，可把各种化学
形态分为有效态、潜在有效态和不可利用态［１２］ ．其
中有效态包括可交换态和碳酸盐结合态，这两种形
态的重金属对水环境条件的变化最敏感，容易发生
淋滤和被生物吸收．潜在有效态包括铁锰氧化物结
合态和有机结合态，在特定环境中能转化成有效态．
不可利用态一般是指残渣态即矿物晶格结合态．
本试验采取以 ＥＤＴＡ的铵盐溶液作为提取剂的
单一提取法来研究重金属元素的生物有效性．ＥＤＴＡ
作为螯合剂不仅耗时短、数据重复性好，而且能同大
多数金属离子形成稳定的水溶性螯合物，所以常用
作萃取剂来萃取沉积物中可被植物直接吸收和利用
部分的重金属元素．
沉积物重金属元素的总含量采用 ＥＴＨＯＳＯＮＥ
微波消解化学系统，经混酸（ＨＮＯ３⁃ＨＣｌ⁃Ｈ２Ｏ２⁃ＨＦ）
微波辅助消解，得到提取液，待测．
采用单一提取法提取沉积物样品有效态重金
属，提取液组成为： ０． ５ ｍｏｌ · Ｌ－１ ＮＨ４ Ａｃ ＋ ０􀆰 ５
ｍｏｌ·Ｌ－１ ＨＡＣ ＋ ０．０２ ｍｏｌ·Ｌ－１ Ｎａ２ＥＤＴＡ；称取 １􀆰 ０
ｇ干燥样品，加入 １０ ｍＬ 提取液，震荡 １ ｈ，以 ３５００
ｒ·ｍｉｎ－１的转速离心 ２５ ｍｉｎ，过滤，取滤液 ３ ｍＬ，超
纯水定容至 １０ ｍＬ，待测．
使用电感耦合等离子体质谱仪（ＩＣＰ⁃ＭＳ）（Ａｇｉ⁃
ｌｅｎｔ ７７００ｘ型）绘制标准曲线，标准曲线的线性相关
系数均在 ０．９９９５ 以上．然后再测定标准物质，标准
物质中各元素含量的测定值与标准值吻合．最后测
４９５ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
定重金属元素总量和有效态含量．
ｐＨ 值和粒度分布分别用奥立龙 ｐＨ 计
（ＨＱ３０ｄ）和激光粒度仪（Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ２０００）进行测
定．沉积物中总有机碳（ＴＯＣ）含量在中国科学院植
物研究所采用重铬酸钾氧化⁃外加热法进行测定．
１􀆰 ４　 数据处理
采用 ＳＰＳＳ ２１．０软件对数据进行统计分析．采用
单因素方差分析（ｏｎｅ⁃ｗａｙ ＡＮＯＶＡ）、最小显著差数
法（ＬＳＤ）和 Ｄｕｎｃａｎ 法分析红树林不同位置沉积物
重金属含量间显著性差异（α ＝ ０．０５）；选择 Ｐｅａｒｓｏｎ
相关系数分析湿地沉积物重金属含量和部分理化指
标、重金属有效态含量和总量之间的相关性．并利用
Ｅｘｃｅｌ ２０１０和 Ｏｒｉｇｉｎ ８．０软件作图．
２　 结果与讨论
２􀆰 １　 重金属在红树林湿地沉积物中的含量
研究区红树林湿地沉积物样品的质地略有差
异，以淤泥或黏土质为主，呈黑色或浅棕色．从表 １
可以看出，７ 种目标金属的含量波动明显，Ｃｒ、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｃｄ和 Ｐｂ 的含量分别是（８５．１１±３０．８９）、
（３３．４１ ± １７． ７２）、（２１． １８ ± ７． ０４）、（４７． ９５ ± ２２． ８２）、
（９􀆰 ２８ ± ３． ０８）、 （ ０． ８２ ± ０． ６０） 和 （ ２１． ５３ ± ７􀆰 １４）
ｍｇ·ｋｇ－１ ．表 １还列出了海南岛及世界各地典型红
树林湿地沉积物中重金属含量的平均值．除 Ｚｎ 含量
略小于三亚湾外，海南东寨港重金属元素的平均含
量均大于亚龙湾和三亚湾的红树林湿地．可能是因
为东寨港周边水产养殖发达，含重金属的化肥、农药
等能够直接随潮水进入湿地，同时养殖饵料、排泄物
等也导致沉积物中有机质含量升高，对重金属吸附
作用增大．Ｃｒ元素的平均含量远大于中国南方及世
界其他地区的红树林湿地，这是因为海南岛东北地
区 Ｃｒ、Ｖ 等微量元素的背景值含量明显较高的缘
故［１３］；Ｃｄ元素含量与世界各地的红树林湿地基本
持平；而 Ｃｕ、Ｚｎ 和 Ｐｂ 元素含量处于世界红树林湿
地的中等偏下水平；关于 Ｎｉ 和 Ａｓ 元素含量信息较
少，参考意义不大．
　 　 总体而言，东寨港红树林湿地 ７ 种目标重金属
的含量，与中国南方和世界各地的典型红树林湿地
相比仍处于中等偏低水平，这跟海南建设国际旅游
岛，限制对生态环境严重影响的传统工业发展有关．
２􀆰 ２　 重金属在红树林湿地沉积物中的水平分布
从图 ２ 可以看出，光滩、林缘、林内沉积物中重
金属含量存在一定差异．光滩沉积物中 Ａｓ 和 Ｃｄ 含
量显著大于林缘和林内，后二者之间无显著差异；
Ｐｂ在林缘沉积物的含量显著高于林内，但光滩沉积
物中的含量与林缘、林内均无显著差异． Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ
和 Ｚｎ在 ３个位置均无显著差异．
　 　 光滩、林缘和林内表层沉积物中总有机碳
（ＴＯＣ） 平均含量分别为 ２３． ５１、 ２７． １８ 和 ２７􀆰 ３１
ｇ·ｋｇ－１，林内、林缘 ＴＯＣ 含量高于光滩．研究表明，
由于环境中的重金属易与有机碳通过表面吸附、阳
离子交换和螯合反应，形成金属有机络合物而从水
体中移出，导致区域沉积物中重金属元素与 ＴＯＣ 之
间具有显著的相关性［２４］ ．但本研究中仅有 Ｚｎ 元素
符合这一规律．样地岸边的养殖池往往通过人工沟
渠将养殖废水排入红树林外光滩或水域，可能是导
表 １　 东寨港红树林湿地和其他典型红树林湿地沉积物重金属含量
Ｔａｂｌｅ １ 　 Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｄｏｎｇｚｈａｉ Ｈａｒｂｏｒ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄｓ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
地点
Ｓｉｔｅ
Ｃｒ Ｎｉ Ｃｕ Ｚｎ Ａｓ Ｃｄ Ｐｂ 参考文献
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
东寨港， 海南 Ｄｏｎｇｚｈａｉ Ｈａｒｂｏｒ， Ｈａｉｎａｎ ７５．８２ ３１．０６ １９．６２ ４４．８４ ８．６７ ０．６２ ２０．７６ 本研究 Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ
三亚湾， 海南 Ｓａｎｙａ Ｂａｙ， Ｈａｉｎａｎ １２ － ９ ５３ ７ ０．１３ １８ ［１４］
亚龙湾， 海南 Ｙａｌｏｎｇ Ｂａｙ， Ｈａｉｎａｎ ３１ － ５ ２６ ５ ０．１２ １５ ［１４］
泉州湾，福建 Ｑｕａｎｚｈｏｕ Ｂａｙ， Ｆｕｊｉａｎ ６８．１ ２８．１ ４２．５ １８４ － ０．６９ ７３．７ ［１５］
钦州港，广西 Ｑｉｎｚｈｏｕ Ｐｏｒｔ， Ｇｕａｎｇｘｉ ５４．８２ － ４０．９１ １０４．０１ ３４．９８ ０．２５ １１１．６２ ［１６］
深圳， 广东 Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ７．９７ ２５ ３８．３ １１．４ － ０．１３６ ２８．７ ［１７］
Ｋｏｔｔｕｌｉ， Ｉｎｄｉａ ０．２６ ０．３８ ６９．３９ ３８４．６２ － ０．０３ ６．９１ ［１８］
Ｃｉｅｎａｇａ Ｇｒａｎｄｅ， Ｃｏｌｏｍｂｉａ １３．２ － ２３．３ ９１ － － １２．６ ［１９］
Ｐｕｎｔａ Ｍａｌａ Ｂａｙ， Ｐａｎａｍａ ２３．３ ２７．３ ５６．３ １０５ － ＜１０ ７８．２ ［２０］
Ｎｅｗｉｎｇｔｏｎ， Ａｕｓｔｒａｌｉａ － － ７１．３ ２２９．９ － － １２１．９ ［２１］
Ｇｕａｎａｂａｒａ Ｂａｙ， Ｂｒａｚｉｌ ４２．４ － ９８．６ ４８３ １．２８ １．３２ １６０．８ ［２２］
Ｍａｚａｔｌａｎ Ｈａｒｂｏｒ， Ｍｅｘｉｃｏ － － ３６ ２６３．５ － ３．２ ５１．５ ［２３］
研究区元素背景值
Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔｓ
２２２．２ ３７．７５ ４２．５ ７９．３ ３．７ ０．０５ ２６．１７ ［１３］
５９５２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 季一诺等： 海南东寨港红树林沉积物中重金属的分布及其生物有效性　 　 　 　 　 　
图 ２　 重金属在红树林湿地不同位置表层沉积物中的含量
Ｆｉｇ．２　 Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄ．
Ⅰ： 光滩 Ｂａｒｒｅｌ ｓｈｏａｌ； Ⅱ：林缘 Ｆｏｒｅｓｔ ｅｄｇｅ； Ⅲ：林内 Ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｅｓｔ． 不同字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｔｔｅｒｓ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｔ
０．０５ ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
致污染物在低潮位（光滩和林缘）沉积物中大量沉
积的直接原因之一．
重金属在沉积物中的累积是多种因素综合作用
的结果，很难将其归因于单一因素．一般认为，除
ＴＯＣ含量外，红树林湿地重金属含量与沉积物 ｐＨ
值及机械组成关系密切．
从表 ２ 可以看出，表层沉积物中大部分重金属
含量与 ｐＨ 值间均无显著相关关系，仅 Ｚｎ 含量与
ｐＨ存在显著负相关，这种相关性可能与 Ｚｎ 元素的
基本理化性状有关．而除 Ｃｒ 外，其余重金属元素与
细微颗粒（＜５０ μｍ）均无显著相关关系，这可能是因
为虽然大多数重金属污染物累积于细微颗粒中，但
污染加重时，大颗粒沉积物也将累积大量重金属，从
而使两种粒径间重金属含量差异不显著［２５］ ．
　 　 此外，表层沉积物中 Ａｓ 和 Ｃｄ 的含量均与其他
元素包括 ｐＨ 及细微颗粒（ ＜５０ μｍ）无显著相关关
系，表明它们与其余重金属的来源不同，可能是研究
区周边水产养殖发达，其中饵料和排泄物对 Ａｓ 和
Ｃｄ在沉积物表层的富集贡献较大．
２􀆰 ３　 重金属在红树林湿地沉积物中的垂直分布
东寨港红树林区域沉积物的沉积速率为 ４􀆰 １
ｍｍ· ａ－１ ［２６］ ．本研究３５ ｃｍ的柱状沉积物相对应沉
表 ２　 红树林湿地表层沉积物中重金属含量与 ｐＨ、细微颗粒的相关系数
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄ ｗｉｔｈ ｐＨ ａｎｄ ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ
Ｃｒ Ｎｉ Ｃｕ Ｚｎ Ａｓ Ｃｄ Ｐｂ ｐＨ
Ｎｉ ０．３７０
Ｃｕ ０．８１７∗∗ ０．４３３
Ｚｎ ０．４８１ ０．４９７∗ ０．５６９∗
Ａｓ ０．４６９ ０．１３１ ０．２８０ －０．０２８
Ｃｄ ０．４４５ ０．４２６ ０．２５１ ０．１６６ ０．３９８
Ｐｂ ０．５２９∗ ０．１７９ ０．４８１ ０．２９０ ０．３８９ ０．２４９
ｐＨ －０．０６６ －０．４６０ －０．２８４ －０．４９０∗ ０．３６７ ０．１５９ ０．３２２
＜５０ μｍ细微颗粒
＜５０ μｍ ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ
０．５１４∗ ０．０６５ ０．３０５ ０．１７９ ０．２１７ ０．４２８ ０．１８７ －０．３６４
∗ Ｐ＜０．０５； ∗∗Ｐ＜０．０１． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
６９５ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
积时间约为 ８５年，柱状沉积物中重金属含量差异不
仅揭示沉积记录的年代特征，也体现了重金属在沉
积物不同层次的迁移．以光滩和林内为例，７ 种目标
金属在东寨港红树林湿地保护站码头左侧（１９􀆰 ９４８°
Ｎ，１１０．５７５° Ｅ）林内和林外光滩沉积物中的垂直空
间分布如图 ３所示．可以看出，与表层沉积物的分布
类似，各剖面上目标金属（Ｎｉ除外）在光滩中的含量
均大于林内沉积物．
根据重金属含量与沉积物深度关系，可将 ７ 种
金属分为两类，其中 Ｃｒ、Ｃｕ 和 Ｚｎ 含量随着沉积物
深度的增加而增大，而 Ｎｉ、Ａｓ、Ｃｄ 和 Ｐｂ 含量则随着
沉积物深度的增加而减小．原因可能是前 ３ 种元素
由于当地背景值较高，而外来输入的泥沙含量较低
（起稀释作用），因此主要受当地源影响，而后 ４ 种
元素主要受外来输入影响（起富集作用），因此元素
在沉积物垂直剖面表现出明显不同的分布规律，富
集于底层或表层．
　 　 有机质进入沉积环境后，就会被微生物利用降
解，有机质的微生物降解使沉积物呈现出还原环境，
导致氧化态重金属被还原溶解并发生迁移．本研究
中 ＴＯＣ含量与沉积物深度呈现明显的负相关，即沉
积物埋藏越深，ＴＯＣ含量越低．值得一提的是柱状沉
积物中 Ｐｂ元素含量与 ＴＯＣ 成极显著正相关关系，
相关系数为 ０．９９７（Ｐ＜０．０１），这可能意味着 Ｐｂ 元素
与 ＴＯＣ存在某种吸附关系，表现出共同沉积现象．
２􀆰 ４　 重金属在红树林湿地沉积物中的生物有效性
对沉积物中重金属元素总量进行分析，是确定
沉积环境污染程度最常用也行之有效的方法，但难
以准确评价沉积物中重金属污染风险．不同赋存状
态的重金属具有不同的化学活性和生物可利用性，
因此为了理解沉积物中重金属的迁移、毒性和潜在
生态危害，对沉积物中重金属有效态含量的确定显
得尤为重要．其中重金属生物有效性系数是重金属
有效态含量占重金属总量的比例，能较总量和有效
态含量更清楚地指示重金属污染对沉积环境的冲
击［２７］ ．以光滩和林内为例，东寨港红树林湿地不同
区域沉积物表层中有效态重金属的含量列于表 ３，
可以看出，在湿地表层沉积物中，不同重金属有效态
的含量存在较大差异，而同一重金属在不同区域沉
积物中的有效态含量也不尽相同．
其中，在林内和光滩表层沉积物中，有效态 Ｃｒ
的含量无明显差异，生物有效性系数也比较接近；
Ｎｉ、Ａｓ、Ｃｄ和 Ｐｂ的林内沉积物中有效态含量明显低
于光滩，与此类似，这 ４种元素的生物有效性系数在
不同区域沉积物中的分布均是光滩＞林内．这可能与
林内有机质含量较高、沉积物 ｐＨ 值较低及红树植
物吸收等有关，导致林内重金属有效态含量偏低．而
林内表层沉积中只有 Ｃｕ 和 Ｚｎ 元素的有效态含量
大于林外光滩，而且这两种元素的生物有效性系数
也表现出同样的变化规律．此外，不同元素生物有效
图 ３　 红树林湿地不同位置柱状沉积物中重金属含量分布
Ｆｉｇ．３　 Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ．
７９５２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 季一诺等： 海南东寨港红树林沉积物中重金属的分布及其生物有效性　 　 　 　 　 　
表 ３　 重金属有效态在红树林湿地不同位置表层沉积物中的分布
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄｓ
采样区域
Ｓａｍｐｌｉｎｇ ａｒｅａ
有效态重金属
Ａｖａｉｌａｂｌｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ
Ｃｒ Ｎｉ Ｃｕ Ｚｎ Ａｓ Ｃｄ Ｐｂ
林内 平均 Ｍｅａｎ （ｍｇ·ｋｇ－１） １９．８４ ５．７５ ７．０４ １１．４５ １．１７ ０．０６ ２．７１
Ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｅｓｔ 标准差 ＳＤ （ｍｇ·ｋｇ－１） １．７５ １．０５ １．６０ ２．７７ ０．１８ ０．０３ ０．７０
变异系数 ＣＶ （％） ８．８ １８．３ ２２．８ ２４．１ １５．５ ４５．０ ２５．９
最大值 Ｍａｘ （ｍｇ·ｋｇ－１） ２２．４０ ７．１１ ８．９４ １４．７６ １．４７ ０．１０ ３．００
最小值 Ｍｉｎ （ｍｇ·ｋｇ－１） １７．２０ ４．２１ ６．３７ ８．２１ ０．９０ ０．０２ １．９８
占总量百分比 Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ２９．０ １５．１ ４２．６ ２８．６ １３．６ ７．９ １２．３
光滩 平均 Ｍｅａｎ （ｍｇ·ｋｇ－１） １９．２７ ６．４５ ６．６１ ９．８０ １．７０ ０．１３ ３．７３
Ｂａｒｒｅｎ ｓｈｏａｌ 标准差 ＳＤ （ｍｇ·ｋｇ－１） ３．５１ １．２３ １．１４ ２．４２ ０．３３ ０．１１ １．１１
变异系数 ＣＶ （％） １８．２ １９．１ １７．２ ２４．７ １９．３ ８５．２ ２９．６
最大值 Ｍａｘｉｍｕｍ （ｍｇ·ｋｇ－１） ２６．３６ ７．７２ ８．３７ １４．８９ ２．０２ ０．３７ ５．００
最小值 Ｍｉｎｉｍｕｍ （ｍｇ·ｋｇ－１） １５．９４ ４．０６ ４．９１ ７．５２ １．０３ ０．０５ １．７１
占总量百分比 Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ２６．８ １９．５ ３８．１ ２６．１ １６．４ １２．８ １４．７
性系数差异明显，但在不同的采样位置具有相同的
变化趋势，均为 Ｃｕ＞Ｃｒ＞Ｚｎ＞Ｎｉ＞Ａｓ＞Ｐｂ＞Ｃｄ．
林内表层沉积物 ７ 种重金属中， Ｃｕ 的有效态
含量占总量的比例（２６．０％ ～５７．６％）最高，即生物有
效性最强．研究表明，有效态 Ｃｕ 极易在水生生物体
内累积产生毒性作用，并通过食物链富集危害人类
健康［２８］；Ｃｒ 和 Ｚｎ 所占比例次高，分别是 ２４．２％ ～
３３􀆰 ９％和 １９．７％～３６．６％）．有报道指出，在北部湾文
蛤（Ｍｅｒｅｔｒｉｘ ｍｅｒｅｔｒｉｘ）体内，有效态 Ｃｒ 和 Ｚｎ 分别与
其鳃、内脏中有较好相关性，表明其对底栖生物存在
影响［２９］；Ｎｉ、Ａｓ 和 Ｐｂ 有效态所占总量比例的均值
介于 １０％ ～ ２０％，其中 Ｎｉ 和 Ｐｂ 易于与铁锰氧化物
结合，具有一定的潜在生物有效性；有效态 Ｃｄ 占总
量的比例（３．４％～１０．６％），在目标重金属中最低，但
红树植物秋茄根系能够分泌低分子量有机酸（如草
酸、柠檬酸、苹果酸等），在根际区域通过络合方式
结合铁锰氧化物，释放 Ｍｎ与 Ｆｅ，导致铁锰氧化物结
合态重金属总量减少，可交换态的重金属总量增加，
可能引起 Ｃｄ潜在风险［３０］ ．
目标重金属有效态含量占重金属总量的比例在
湿地沉积物垂直梯度分布见表４，可以看出，７种重
表 ４　 生物有效性系数在红树林湿地沉积物中不同深度的
分布
Ｔａｂｌｅ ４　 Ｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｄｉｆ⁃
ｆｅｒｅｎｔ ｄｅｐｔｈｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ （％）
深度
Ｄｅｐｔｈ
（ｃｍ）
Ｃｒ Ｎｉ Ｃｕ Ｚｎ Ａｓ Ｃｄ Ｐｂ
５ ２８．８ １５．０ ４２．２ ２７．３ １６．９ ７．７ １２．２
１５ ２４．７ １７．７ ３５．５ ２２．８ １３．９ １５．１ １５．５
２５ ２１．８ １９．７ ３２．１ ２１．８ １３．９ １３．５ １３．６
３５ ２０．３ ２２．６ ２７．７ ２１．７ １３．７ １３．８ １３．５
表 ５　 红树林湿地沉积物中重金属总量与有效态含量间相
关系数
Ｔａｂｌｅ ５　 Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｏｔａｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ａｎｄ ａｖａｉ⁃
ｌａｂｌｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ
Ｃｒ Ｎｉ Ｃｕ Ｚｎ Ａｓ Ｃｄ Ｐｂ
０．４３７∗∗ ０．２０４ ０．０６４ ０．７１１∗∗ ０．４４３∗∗ ０．６１２∗∗ ０．４７５∗∗
金属（除 Ｎｉ外）有效态占总量的比例的最大值均出
现在表层或中上层．其中 Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ 和 Ａｓ 的生物有
效性系数随着沉积物深度的增加而减小，而 Ｃｄ 和
Ｐｂ的生物有效性系数具有表层最小、中上层较高和
底层稍低的特点．可能是随着沉积深度的增加，重金
属含量接近于环境背景值，不可利用态的比例偏大
的缘故，也体现了沉积环境对重金属迁移存在栅栏
作用．
位于红树林沉积物垂直梯度重金属有效态含量
与沉积物总量的相关分析表明（表 ５），Ｃｒ、Ｚｎ、Ｐｂ、
Ｃｄ 和 Ａｓ 的有效态与总量存在显著正相关关系（Ｐ
＜０．０１）．表明这几种元素有效态和总量在空间分布
上具有相似性，因此可以认为，东寨港红树林湿地沉
积物中部分重金属元素总量能够在一定程度上反映
出该元素的生物有效性．
３　 结　 　 论
７种目标重金属在东寨港红树林湿地的含量大
于海南岛亚龙湾和三亚湾的红树林湿地，但与中国
南方和世界各地的典型红树林湿地相比仍处于中等
偏低水平．东寨港红树林湿地光滩、林缘、林内表层
沉积物中，重金属含量存在一定差异；但研究区湿地
表层沉积物中只有部分重金属元素分布与 ＴＯＣ 含
量、ｐＨ值及细微颗粒（＜５０ μｍ）相关关系显著；目标
８９５ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
重金属在柱状沉积物中伴随沉积现象明显，表现出
较强的同源性．经 ＥＤＴＡ 萃取后有效态金属元素含
量在表层沉积物中依次为 Ｃｕ＞Ｃｒ＞Ｚｎ＞Ｎｉ＞Ａｓ＞Ｐｂ＞
Ｃｄ；垂直梯度重金属有效态含量占总量的比例的最
大值（除 Ｎｉ 外）均出现在表层或中上层，生物有效
态元素含量占总量的 ７％～４２％，显示出重金属元素
生物有效性程度较高；目标元素（Ｎｉ、Ｃｕ 除外）有效
态和总量在空间分布上具有显著的正相关性，表明
重金属元素的总量在一定程度上能反映该元素的生
物有效性程度．
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ｄｕｒｉｎｇ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏ⁃Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
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文拔）． Ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ Ｈａｉｎａｎ Ｉｓｌａｎｄ ｍａｎ⁃
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仲琪）， ｅｔ ａｌ． Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄ
ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ｉｎ Ｄｏｎｇｚｈａｉｇａｎｇ． Ｓｉｃｈｕａｎ
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婕）， ｅｔ ａｌ． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｎ⁃
ｇｒｏｖｅ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｈａｉｎａｎ ｉｓｌａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ
ｐａｓｔ ５０ ｙｅａｒｓ： Ａ ｃａｓｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｄｏｎｇｚｈａｉ Ｈａｒｂｏｒ， Ｓａｎｙａ
Ｒｉｖｅｒ ａｎｄ Ｑｉｎｇｍｅｉ Ｈａｒｂｏｒ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｎａｔｕｒｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
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青）， ｅｔ ａｌ． Ｆｒａｃｔａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ
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ｍｅｎｔ ｃｏｒｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ｅｓｔｕａｒｉｎｅ ｗｅｔｌａｎｄｓ ｏｆ Ｈａｉｎａｎ Ｉｓ⁃
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金秀）， ｅｔ ａｌ． Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ， ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ ｓｔｏｃｋ ｏｆ ｈｅａｖｙ
ｍｅｔａｌｓ ｉｎ Ｋａｎｄｅｌｉａ ｃａｎｄｅｌ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｓｉｔｕａｔｅｄ ｉｎ
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ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ａｎ ｕｒｂａｎ ｗｅｔｌａｎｄ ｉｎ
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（ Ｃｏｌｏｍｂｉａ ）： Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｃｅ
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ｎｅｓｅ）
作者简介　 季一诺，男，１９９１年生，硕士研究生． 主要从事热
带海岛地表过程与环境评价研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｊｉｙｉｎｕｏ１９９１＠ １６３．
ｃｏｍ
责任编辑　 肖　 红
季一诺， 赵志忠， 吴丹， 等． 海南东寨港红树林沉积物中重金属的分布及其生物有效性． 应用生态学报， ２０１６， ２７（２）： ５９３－
６００
Ｊｉ Ｙ⁃Ｎ， Ｚｈａｏ Ｚ⁃Ｚ， Ｗｕ Ｄ， ｅｔ ａｌ． Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｖｅｎ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｍａｎｇｒｏｖｅ ｗｅｔｌａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｄｏｎｇｚｈａｉ Ｈａｒ⁃
ｂｏｒ， Ｈａｉｎａｎ Ｉｓｌａｎｄ， Ｃｈｉｎａ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， ２０１６， ２７（２）： ５９３－６００ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
００６ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷