全 文 ：三江平原典型湿地植物中汞的分布与库存量*
刘汝海1, 2* * 王起超1 吕宪国1 李志博1 王 艳2
( 1 中国科学院东北地理与农业生态研究所, 长春 130012; 2中国海洋大学环境科学与工程学院,青岛 266003)
摘要 分析了三江平原典型植物中的总 Hg 浓度.结果表明, 各种植物中总 Hg浓度差别较大, 苔藓> 藻
类> 苔草> 禾草> 灌木; 干湿环境是影响总 Hg浓度的重要因素; 湿地植物总 Hg 浓度高于水稻和玉米等
农作物. 较高的土壤总Hg 浓度是近地面大气中 Hg 的重要来源, 间接地影响到植物中 Hg 的浓度. 植物各
构件中总 Hg浓度具有立枯> 根> 叶> 茎的特点.在植物整个生长季总 Hg 浓度先增加后减少. 估算了三
江平原湿地植物 Hg 的库存量.小叶章湿地植物地上部分库存量为 24. 9g!m- 2; 毛果苔草湿地植物地上
部分库存量为 35. 8g!m- 2,高于加拿大实验湖泊湿地.
关键词 湿地 植物 Hg 三江平原
文章编号 1001- 9332( 2004) 02- 0287- 04 中图分类号 X173 文献标识码 A
Distribution and stock of mercury in typical wetland plant in the Sanjiang Plain. L IU Ruhai1, 2 , WANG
Qichao1, LU Xianguo1 , L I Zhibo1 , WANG Yan2 ( 1Northeast I nstitute of Geography and Agr icultural Ecolo
gy , Chinese A cademy of Sciences , Changchun 130012, China; 2College of Environment and Engineer ing, O
cean Univer sity of China, Qingdao 266003, China) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 2004, 15( 2) : 287~ 290.
Total mercury concentr ation of typical w etland plant was analyzed. There were great difference in mercury con
tent among different plants, and the order was moss > alga > carex > herb > shrub. Ther e was a trend of in
creasing total Hg concentrations from vascular plants to bryophy tes, and fr om dry to w et site. The wetland soil
was the sour ce of mercur y in the air close to the gr ound, so it influenced the content of mercur y in the plant. I n
different components of plants, mercury contents were in the order of dead stand > root > leaf > stem. Mer
cury concentration increased in initial stage and decr eased in t he end of the g rowing season. According to the
mercury content and biomass, the mercury stock of plant w er e calculated, and it w as 24 9g!m- 2 in the above
ground of plant in Calamagrostis angus tif olia wetland and 358 g!m- 2 in Car ex lasiocar pa wetland.
Key words Wetland, Plant, Mercury , Sanjiang Plain.
* 国家自然科学基金 ( 40071072)和中国科学院重要方向资助项目
( KZCX2302) .
* * 通讯联系人.
2002- 04- 01收稿, 2002- 09- 23接受.
1 引 言
植物可以从大气、大气干湿沉降、土壤、水等多
种源累积 Hg. 植物中 Hg 的浓度受 Hg, 的来源、化
学形态和植物生理的影响, 在不同植物中无机和有
机汞的浓度也可能有差异.因此,植物中 Hg 的浓度
反映了Hg 的环境暴露和植物的生境.湿地在地区
Hg 的迁移和循环中扮演重要的角色[ 3] ,是许多湖泊
和河流甲基汞的重要来源[ 3] . 湿地具有高的初级生
产力, 其季节性或常年淹水会使植物在厌氧状态下
分解, 释放的 Hg 可以被土壤保持或者转化成移动
性更强的形态 (如甲基汞) , 造成湿地中的 Hg 向河
流、湖泊迁移,对其水质造成影响,从而有可能进入
食物链[ 3, 11] , 威胁到野生动物和人类的健康. 本文
报道了三江平原典型湿地植物中 Hg 的浓度, 把浓
度与这些植物所在的生境联系起来, 估算了植
物总Hg的库存量, 为湿地的保护和利用提供理论
依据.
2 材料与方法
2 1 样地的选择和样品的采集
三江平原位于黑龙江省东北部, 面积 5. 13∀ 104 km2 , 分
布着大面积湿地, 其中沼泽湿地面积为 1. 13 ∀ 104 km2, 河
流、湖泊面积 0. 43 ∀ 104 km2 , 是我国面积最大、分布连片的
淡水湿地分布区. 2001 年 5 月底在三江平原上布置采样点
37 个[ 6] ,采集植物样品 70 多个,随机采集了小叶章( Calam
agrostis angustif olia)、毛果苔草( Car ex lasiocar pa)、乌拉苔草
( Car ex meyer iana)、沼苔草( Carex limosa)、漂筏苔草( Car ex
paseudocuraica)、小狸藻 ( Utr icular ia intermedia )、泥炭藓
( Sphagnum)、丛桦( Betula f r uticosa)、沼柳( Salix brachypo
da)等植物样品. 小叶章和灌木分出茎叶. 2001 年 5、8、9 和
10 月在三江站实验场沼泽地,采集了小叶章和毛果苔草等
植物不同生长期的样品以及附近的农作物, 于室内分出根、
茎、叶、立枯,以研究 Hg 在各构件中分布和植物中 Hg 的浓
应 用 生 态 学 报 2004 年 2 月 第 15 卷 第 2 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Feb. 2004, 15( 2)#287~ 290
度的季节动态.对草本植物以植株为单位混采,在一个采样
点周围,随机采集多个植物, 混为一个样品. 丛桦、沼柳分布
地区地势高,无水淹没; 小叶章分布地区地势较高,较短的季
节性积水;毛果苔草、沼苔草、漂筏苔草分布地区地势较低,
一般有永久性的积水; 乌拉苔草沼泽是两者的过渡形式, 季
节性积水;小狸藻水中生长, 泥炭藓分布在湿润多水的地方.
样品采集后,在阴凉处晾干, 以防止 Hg的释放.
22 样品的测定
样品用 V 2O5H2SO 4HNO3 法消解, 用 F732V 智能型
冷原子吸收测汞仪测定.用同样的方法测定标准和空白.
3 结果与讨论
31 湿地植物中总 Hg 浓度
三江平原湿地植物中总 Hg 浓度差别较大(表
1) ,毛果苔草为 51. 2 ng!g- 1, 乌拉苔草为 23. 1 ng!
g - 1,沼苔草为 82. 5 ng!g- 1, 漂筏苔草为 46. 5 ng!
g - 1,说明不同的湿地植物对 Hg 的吸收能力不同.
把湿地植物加以分类可以得出: 总 Hg 浓度苔藓>
水草> 苔草> 禾草> 灌木, 具有从干到湿的环境增
高的特点. 其中苔藓具有很强的富集 Hg 的能力. 水
生植物能够成功地累积 Hg, 吸附Hg 的能力要比陆
地植物强[ 16] ,因此淹水状况的不同是导致植物体内
Hg 浓度差异的重要原因. 三江平原湿地植物总 Hg
浓度高于北方草原植物( 23 ng!g- 1) [ 2] ,也高于加拿
大实验湖泊地区附近的湿地植物(莎草和大型水生
植物为 10. 2 ∃ 6. 8 ng!g- 1) [ 8] .
表 1 湿地植物的总 Hg浓度*
Table 1 Total Hg concentration in different wetland plants ( ng!g- 1)
植物
Plant
样品数
Sample
number
范围
Range
平均值
Mean
标准差
Standard
erro r
小叶章 Calamagrostis angustif olia* * 18 13. 4~ 46. 1 31. 8 9. 8
毛果苔草 Carrel lasiocarpa 15 15. 2~ 90. 1 51. 2 21. 3
乌拉苔草 Carex meyeriana 6 14. 1~ 29. 3 23. 1 6. 1
沼苔草 Carex limosa 1 82. 5
漂筏苔草 Carex paseudocuraica 3 38. 4~ 52. 7 46. 5 7. 3
小狸藻 Ut ri cularia interm edia 9 24. 1~ 123. 3 48. 3 30. 9
泥炭藓 Sphagnum 5 43. 7~ 142. 1 94. 9 43. 5
丛桦 Betula f ruticosa* * * 1 25. 1
沼柳 Salix b rachypoda* * * 2 24. 3
* 植物地上部分总和 To tal above ground of plant. * * 茎和叶加权 Stem and
leaf av erage. * * * 茎Stem
植物和草根层土壤的 Hg 浓度相关性较小( r =
0. 32, P> 0. 1) ,表明湿地土壤中总 Hg 浓度不是影
响植物总 Hg 浓度的直接因素[ 6] . 结果表明,在没有
严重污染地区植物从土壤吸收的 Hg 可以忽略[ 7] ,
因此植物中的 Hg 主要来自大气. 德国易北河滨岸
湿地的研究[ 14]表明, 在降雨后, 由于土壤湿度增加,
使土壤 Hg 的释放增加了 3 倍. 因此常年淹水或过
湿的湿地环境将有利于 Hg 的释放, 使湿地上空 Hg
浓度较高,间接地引起植物较高的Hg 浓度. 三江平
原毛果苔草湿地 10 cm 高度大气Hg 浓度为 82. 5 ∃
14. 8( n= 5) ng!m- 3,高于小叶章湿地的35. 9 ∃ 2. 2
( n= 2) ng!m- 3.由于湿地土壤和水中 Hg 浓度较
高,释放的 Hg 使近地面大气Hg 浓度升高,并被叶
面吸附.
三江平原农田作物中总Hg 浓度比湿地植物低
得多,水稻叶、茎和根的 Hg 浓度分别为 20、5. 7和
51. 9 ng!g- 1, 玉米叶、茎和根的 Hg 浓度分别为
14. 3、5. 7、43. 7 ng!g- 1,大豆叶和茎的总Hg 浓度分
别为 7. 1和 8. 5 ng!g- 1. 叶总 Hg 浓度大小顺序为
湿地植物> 水稻> 玉米> 大豆, 这可能与作物类型
以及生境有关.与湿地水体、土壤相比, 水田土壤中
Hg 浓度低得多.因此,土壤 Hg 释放量不同, 将引起
地表大气Hg 浓度的差异.作物中的总Hg 浓度与湿
地植物一样根> 叶> 茎.
32 植物各器官中总 Hg 浓度
在三江平原湿地中, 小叶章、沼苔草、漂筏苔草
和毛果苔草植物地上部分各器官总 Hg 浓度都有立
枯> 根> 叶> 茎的特点(图1) . 这是由于叶的表面气
图 1 植物各构件中汞的浓度
Fig. 1 H g content in the components of plants.% .小叶章 Calamagrosti s angustif olia , & . 沼苔草 Car ex limosa, ∋ .
毛果苔草 Carrel lasiocarp a, (.漂筏苔草 Carex p aseudocuraica .下同
The sam e below .
图 2 小叶章茎与叶总汞浓度的关系
Fig. 2 Relation of C . angustif olia stem and leaf Hg content .
288 应 用 生 态 学 报 15卷
孔比茎多, 具有更强的吸收大气 Hg 的能力.叶子干
枯后,营养成分转移到茎、果实或者根部,质量减少,
Hg 可能被浓缩.植物的茎与叶 Hg 浓度具有较强的
相关性,如 5月底采集的三江平原小叶章样品中, 叶
总Hg 平均浓度为 53. 1 ng!g- 1, 茎的平均浓度为
10. 5 ng!g- 1. 小叶章的茎和叶总Hg 浓度显著相关
( r
2
= 0. 76, P< 0. 001) (图 2) .
33 植物 Hg 浓度的季节性变化
在一个生长季中, 植物总 Hg 浓度仍然有较大
的差异(图 3) .在生长季初期, Hg 的浓度较高, 并在
8月份达到最大值,随后则开始下降. 这种趋势与树
木中Hg 的浓度随时间延长而增长的趋势不同[ 9] ,
可能是由于乔木和草本植物不同的生理特征引起
的.研究表明, 在背景区植株幼苗能够高效率地吸
收大气中各种形态的 Hg, 而从土壤吸收的Hg 则很
少[ 7] .在上面的分析中,植物各器官总 Hg 浓度具有
立枯> 叶> 茎的特点, 而植物生长时各器官占整个
生物量的比例不同, 将引起植物中总 Hg 浓度的变
化.杨永兴等[ 15]研究了三江平原地区小叶章和毛果
苔草湿地生态系统生物量的季节动态, 发现毛果苔
草随生长季节的延长, 叶生物量占地上生物量的比
例先增后减.小叶章湿地地上生物量分布以茎为主,
叶生物量随生长季节延长表现出递减趋势.
图 3 两种典型湿地植物总汞浓度的季节动态
Fig. 3 S easonal dynamics of total Hg in tw o typical w et land plants.
34 三江平原湿地植物 Hg 的累积量
依据总 Hg 浓度和最大生物量[ 15]可以估算三
江平原小叶章、毛果苔草湿地植物 Hg 库存量 (表
2) .毛果苔草湿地植物地上部分 Hg 库存量为 35. 8
g!m- 2,地下部分为 160. 9 g!m- 2; 小叶章湿地植
物地上部分Hg 库存量为 24. 9 g!m - 2,地下部分为
355. 7 g!m- 2, 地上部分比 Moore等[ 8]研究的加拿
大湖泊地区( 31 g!m- 2 )高,该地是一个泥炭沼泽,
植物以树木和灌丛为主, 两地植物群落类型的差异
是主要影响因素. 植物地上部分 Hg 库存量为整个
生长季中累积的 Hg, 而大气 Hg 是植物中 Hg 的重
要来源. 大气 Hg 沉降速率增加主要和工业活动有
关.现在大气 Hg 沉降速率一般从相对没有污染地
区的< 3 g!m- 2!年- 1到美国和斯堪的纳维亚的部
分地区的> 10 g!m- 2!年- 1[ 5, 11, 12] .由于采样点都
远离污染源, 植物地上部分 Hg 库存量已经远远超
过了该地 Hg 的大气干湿沉降. 因此, 湿地土壤、水
体的Hg 释放可能是该地植物 Hg 的主要来源.
表 2 三江平原典型湿地植物 Hg库存量
Table 2 Stock of mercury in typical wetland plants in Sanjiang Plain
项目
Item
毛果苔草 Car ex lasiocarpa
生物量
Biomass
( g!m- 2)
总Hg浓度
Total Hg
( g!g- 1)
库存量
Mass
( g!m- 2)
小叶章 Calamagrostis angustif olia
生物量
Biomass
( g!m- 2)
总Hg浓度
Total Hg
( g!g- 1)
库存量
Mass
( g!m- 2)
茎 Stem 180 0. 0450 8. 1 946 0. 0099 9. 4
叶 Leaf 520 0. 0533 27. 7 292 0. 0531 15. 5
地上Aboveground 700 35. 8 1238 24. 9
地下Underground 2325 0. 0692 160. 9 3467 0. 1026 355. 7
合计 Total 196. 7 380. 6
一般未受污染土壤和沉积物中的甲基汞占总
Hg 的比例小于 2%, 而植物体中甲基汞的比例可以
在水生藻类植物中达到 100% [ 10] . 植物累积的 Hg
会随时间和湿地环境的变化而迁移或累积. Heyes
等[ 4]研究植物在淹水条件下的分解表明,在 0~ 2. 5
年内约有 40%的有机物质被分解, 植物残体中的总
Hg 浓度升高,特别是甲基汞含量或浓度都有很大增
加.因此这些累积的甲基汞将是湿地水中甲基汞的
重要来源.湿地植物对维持湿地 Hg 的汇的功能有
重要作用.在没有人类干扰下, 湿地植物累积的 Hg
一部分以泥炭形式累积, 一部分在土壤大气植物
系统中循环,很少的一部分将随大气及水体迁移,在
人类的干扰下(湿地排水、开垦)会造成这种系统的
破坏,使 Hg 在较短的时间内迁移和释放, 丧失了湿
地作为 Hg 的汇的功能. Veig a 等[ 13]认为, 亚马逊地
区鱼和人升高的 Hg 浓度与毁林活动造成的湿地破
坏有关.
4 结 论
41 三江平原典型植物的总 Hg 浓度较高, 各种植
物总Hg 浓度差别较大:苔藓> 藻类> 苔草> 禾草
> 灌木.
42 植物Hg浓度具有由微管束植物到苔藓植物、
由干到湿增加的特点. 干湿环境是影响总 Hg 浓度
的重要因素. 湿地植物总 Hg 浓度要高于水稻和玉
米等农作物.
43 土壤总 Hg 浓度是近地面大气中Hg 的重要来
源,间接地影响植物中 Hg 的浓度.
44 植物各构件中总 Hg 浓度具有立枯> 根> 叶
2892 期 刘汝海等:三江平原典型湿地植物中汞的分布与库存量
> 茎的特点.
45 三江平原小叶章湿地地上植物 Hg 库存量为
24. 9 g!m- 2,毛果苔草湿地地上植物Hg 库存量为
35. 8g!m- 2.湿地植物对维护湿地 Hg 的汇的功能
具有重要作用.
致谢 感谢中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站为样
品采集和实验提供的各种条件和帮助,感谢赵魁义研究员和
王世岩博士的帮助.
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作者简介 刘汝海, 男, 1975 年生,讲师,主要从事污染物环
境行为及其控制的研究, 发表论文 10 篇. Email: ruhailiu@
163. com
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)应用与环境生物学报∗ (双月刊)
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