全 文 ：第 26 卷第 10 期
2006 年 10 月
生 　　态 　　学 　　报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 26 ,No. 10
Oct. ,2006
崇明东滩湿地营养盐与重金属的分布与累积
全为民 ,李春鞠 ,沈盎绿 ,钱蓓蕾 ,平仙隐 ,韩金娣 ,施利燕 ,陈亚瞿 3
(农业部海洋与河口渔业重点开放实验室 ,中国水产科学研究院 东海水产研究所 ,上海　200090)
基金项目 :国家自然科学基金重点资助项目 (50339040)
收稿日期 :2005207208 ;修订日期 :2006202220
作者简介 :全为民 (1977～) ,男 ,湖北省大冶市人 ,博士生 ,主要从事河口生态学研究. E2mail :quanweim @163. com3 通讯作者 Corresponding author. E-mail :yq2chen @citiz. net
致谢 :衷心感谢崇明东滩鸟类自然保护区管理处对本工作的大力支持和帮助 ;感谢美国 Toledo 大学陈吉泉教授和 Oklahoma 大学骆亦奇教授对写
作的帮助
Foundation item :The project was supported by National Natural Science Foundation of China (No. 50339040)
Received date :2005207208 ;Accepted date :2006202220
Biography :QUAN Wei2Min , Ph. D. candidate , mainly engaged in estuarine ecology. E2mail : quanweim @163. com
摘要 :测定了崇明东滩湿地盐沼植物和沉积物中 TN、TP、重金属 Cu、Zn、Pb 和 Cd 的含量 ,阐明了它们在湿地中的分布与累积特
征 ,评估 3 种盐沼植物对营养盐和重金属的富集能力 ,并讨论了互花米草入侵对长江口湿地生态系统可能造成的影响。海三棱
镳草地上部分的 TN、Cu、Pb 和 Cd 的含量均显著高于芦苇和互花米草 ( p < 0101) ,而地上部分 TP 和 Zn 却表现为 :海三棱镳草和
互花米草无显著性差异 ( p > 0105) ,但均显著高于芦苇 ( p < 0101) 。东滩湿地沉积物中 TN 和重金属的分布与累积特征为 :芦苇
带 > 互花米草带 > 海三棱镳草带 > 光滩 ,即随着高程的增加 ,沉积物中 TN 和重金属的含量逐步上升 ;但沉积物中 TP 含量变化
不大 ,基本维持在 0106 %左右。基于盐沼植物地上部分的生物量 ,估算了 3 种盐沼植物地上部分的营养盐和重金属库 ,结果表
明 :互花米草地上部分的养分库和重金属库均大于芦苇和海三棱镳草 ,表明收获互花米草对环境的净化效果最佳 ,特别对磷的
去除效率是最高的。
关键词 :互花米草 ;东滩湿地 ;养分 ;重金属 ;累积
文章编号 :100020933(2006) 1023324208 　中图分类号 :P734 ,Q178 　文献标识码 :A
Distribution and accumulation of nutrients and heavy metals in Dongtan wetlands on
Chongming Island , China
QUAN Wei2Min , LI Chun2Ju , SHEN Ang2Lü, QIAN Pei2Lei , PING Xian2Yin , HAN Jin2Di , SHI Li2Yan , CHEN Ya2
Qu 3 　( Key and Open Laboratory of Marine and Estuarine Fisheries , Ministry of Agriculture , East China Sea Fisheries Research Institute , Chinese Academy of
Fisheries Sciences , Shanghai 200090 , China) . Acta Ecologica Sinica ,2006 ,26( 10) :3324～3331.
Abstract: The rapid growing estuary wetlands resulted from Yangtze River sedimentations on Chongming Island of eastern
Shanghai , China is accompanied with invasion of spartina ( Spartina alterniflora) , which collective shape the overall function of
the coastal ecosystems. The objective of this study is to quantify the distribution and accumulation of nutrients and heavy metals in
the salt marsh plants and their sediments in Dongtan wetlands. The total nitrogen (TN) , total phosphorus (TP) and heavy metals
(Cu、Zn、Pb and Cd) were measured from the sediments and the plant tissues of Phragmites australis , S . alterniflora , and
Scirpus mariqueter.
It was found that TN、Cu、Pb and Cd in the aboveground part of S . mariqueter were significantly higher than those of P.
australis and S . alterniflora ( p < 0101) , while TP and Zn in the aboveground part of P. australis were significantly lower than
those of S . mariqueter and S . alterniflora ( p < 0101) . We also found that the distribution of TN and heavy metals in the
sediments had similar levels in an order of P. australis zone > S . alterniflora zone > S . mariqueter zone > mudflat zone. With
increasing in elevation , TN and heavy metals also increased but TP in the sediment remained at about 0106 %.
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Measured by aboveground standing stock , it appeared that all nutrients and heavy metals of invasive S . alterniflora had
higher levels than those of native P. australis and S . mariqueter. The TN stock of S . alterniflora was about 115 and 216 times
higher than those of P. australis and S . mariqueter , respectively. The aboveground standing TP stock was about 3. 8 and 512
times higher than those of P. australis and S . mariqueter , respectively. Clearly , removals of S . alterniflora through harvesting
can be an effective management protocols to reduce nutrients and toxic heavy metals from the site.
Key words : Spartina alterniflora ; Dongtan wetland ; nutrients ; heavy metals ; accumulation
长江口是世界性的特大型河口 ,营养盐和重金属的污染十分严重。长江口区具有丰富的湿地资源 ,认识
营养盐及重金属在湿地中的分布、迁移和循环机制 ,对于河口综合管理和污染防治将是十分重要的[1 ,2 ] 。盐沼
植物作为河口湿地中最重要的初级生产者 ,在生态系统物质循环上扮演着十分重要的角色。而湿地沉积物作
为营养盐和重金属的沉积库 ,显著影响着河口湿地的生物地球化学循环过程。因此 ,系统研究营养盐和重金
属在盐沼植物2沉积物系统中的分布与累积 ,将具有十分重要的科学意义。
有关学者在长江口湿地开展了一些研究 ,主要集中在氮和磷的赋存形态[3～5 ] 、重金属在根际的富集[6～8 ]及
沉积物2水体界面的营养盐交换[9 ]等方面。而综合地研究河口湿地盐沼植物2沉积物系统中营养盐和重金属
的分布与累积比较少见。本研究以长江口典型自然湿地2崇明东滩为例 ,通过测定东滩湿地植物体和沉积物
中营养盐和重金属的含量 ,试图阐明长江口湿地中营养盐和重金属的分布与累积特征 ,评估盐沼植物对营养
盐和重金属的吸收与净化能力 ,从而为长江口湿地的科学管理提供理论依据。
1 　研究地点与方法
111 　研究地点
崇明东滩位于崇明岛最东端 (121°45’E , 31°30’N) ,是长江径流泥沙在该岛的主要沉积区域之一 ,属北亚热
带海洋性气候 ,气候温和湿润 ,四季分明。东滩地势平坦 ,高程在 412m 以下 ,该区域三面环水 ,北面是长江口
北支水道末端 ,南面是北港水道 ,东面是长江口滨海区域。东滩是长江口地区最大的自然湿地之一 ,其冲淤状
况受长江口复杂水动力作用的影响。20 世纪 90 年代上海对东滩湿地进行了几次大规模人工促於与围垦 ,现
在的自然湿地主要分布在 1998 年建筑的大堤外侧 ,属典型快速发育过程中的年青潮滩湿地 ,东滩湿地已于
1992 年被列入《中国保护湿地名录》,2001 年正式列入“拉姆萨国际湿地保护公约”的国际重要湿地名录 ,是全
球迁徙鸟类的重要栖息地和越冬地。其主要潮滩植物由陆向海分别为芦苇、互花米草和海三棱镳草 ,每一物
种形成大面积的单优群落。
图 1 　崇明东滩的地理位置及取样点
Fig. 1 　Geographical location of Chongming Dongtan wetlands and sampling
sites
112 　取样方法
2004年 10 月在崇明东滩湿地开展了一次野外调
查。根据东滩沉积状况和盐度分布的特点 ,在整个东滩
湿地设置了两条样线 (北样线和中样线 ,图 1) ,在每条
样线上设置 4 个取样点 ,即分别位于光滩、海三棱镳草、
互花米草和芦苇等典型群落内。每个取样点设置 3 个
样方 ,样方面积为 1m2 。取植物样 (地上和地下部分) 和
沉积物样 (分 3 层 ,即表层 0～15cm、中层 15～30cm 和底
层 30～45cm) ,带回实验室。
113 　分析方法
返回实验后 ,沉积物样品分成两部分 ,一部分自然
风干 ,研磨过 80 目筛 ,用于测定总氮 ;另一部分在 105 ℃
下烘干 (约 1d) ,研磨过 80 目筛 ,用于测定总磷和重金
属。植物组织用自来水冲洗 ,然后用去离子水冲洗 3
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遍 ,擦干后 ,称鲜重 ,然后在 60 ℃条件下烘干 (2d) ,称干重 ,计算含水率。样品经粉碎后 ,用于测定 TN、TP 和重
金属。
总氮用凯氏定氮法测定 ;总磷先用硫酸2硝酸消解后 ,用磷钼蓝法测定 ;重金属用硝酸2高氯酸消解后 ,用
3500G型原子吸收分光光度计测定 ,测定方法为火焰法。所有测定结果以干重表示。
114 　统计方法
采用方差分析 (ANOVA)来比较植物体和沉积物中 TN、TP 和重金属 (Cu、Zn、Pb 和 Cd)含量的差异 ,统计软
件为 Statistica 610 ,多重比较采用新复极差法 ,并用字母法标记。
2 　结果与分析
211 　植物体内营养盐和重金属的分布与累积
图 2 显示了 3 种盐沼植物地上和地下部分 TN 和 TP 的含量。对于 TN ,海三棱镳草地上部分 TN 含量显著
高于芦苇和互花米草 ( p < 0101) ,而后两者之间无显著差异 ( p > 0105) ;地下部分却相反 ;除海三棱镳草地上部
分 TN 显著高于地下部分以外 ( p < 0101) ,其它两种植物地上和地下部分 TN 无显著性差异 ( p > 0105) 。在 3
种盐沼植物中 ,海三棱镳草的 TP 含量均是最高的。通过地上部分 TP 的多重比较 ,发现海三棱镳草和互花米
草没有显著性差异 ( p > 0105) ,两者均显著高于芦苇 ( p < 0101) ;对于地下部分 ,海三棱镳草显著高于互花米草
和芦苇 ( p < 0101) ,而后两者无显著性差异 ( p > 0105) 。通过对同种植物不同部分 TP 含量的比较 ,海三棱镳草
和互花米草均无显著性差异 ( p > 0105) ,而芦苇地下部分 TP 含量显著高于地上部分 ( p < 0105) 。
图 2 　植物体内 TN 和 TP 含量
Fig. 2 　Concentration of TN and TP in the plant
图中误差棒表示标准误 ( n = 6) ,大写和小写字母分别表示在 0101 和 0105 水平上不同植物间具有显著性差异 , 3 3 和 3 分别表示在 0101 和
0105 水平上植物地上和地下部分之间具有显著性差异 ,下图相同 The bars show ±1SE( n = 6) 　The uppercase and lowercase denote significant
difference between plants at α= 0101 andα= 0105 level ,respectively. Double asterisk and one asterisk denote significant difference between aboveground and
belowground parts at α= 0101 andα= 0105 level , respectively ; The symbols in the following figures show the same meaning
图 3 显示重金属 (Cu、Zn、Pb 和 Cd)在植物体内的分布。从地上部分 4 种重金属的含量来看 ,Cu、Pb 和 Cd
表现出相同的特征 ,即海三棱镳草显著高于互花米草和芦苇 ( p < 0101) ,而后两者间无显著性差异 ( p > 0105) ;
3 种植物中 ,芦苇地上部分的 Zn 含量是最低 ,显著低于海三棱镳草和互花米草 ( p < 0101) ,而后两者无显著性
差异 ( p > 0105) 。对于地下部分 ,3 种植物之间 Cu 和 Cd 的含量均无显著性差异 ( p > 0105) ,而 Zn 和 Pb 却表
现为 :海三棱镳草显著高于互花米草和芦苇 ( p < 0105) ,而后两者差异不显著 ( p > 0105) 。总的来说 ,海三棱镳
草体内的重金属高于其它两种盐沼植物。除地上部分 Zn 以外 ,芦苇和互花米草体内的重金属含量基本一致
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( p > 0105) 。重金属在植物体内的分配模式是相同的 ,即地下部分均高于地上部分。
图 3 　植物体内重金属含量
Fig. 3 　Concentration of heavy metals in the plant
图 4 　植物地上部分 TN 和 TP 的库
Fig. 4 　Aboveground standing stock of TN and TP
图 4 显示植物地上部分 TN 和 TP 的库。互花米草
TN 库与芦苇未达到极显著 (0101 < p < 0105) ,但显著大
于海三棱镳草 ( p < 0101) ; TP 库表现为 :互花米草显著
大于芦苇和海三棱镳草 ( p < 0101) ,而后两者差异不显
著 ( p > 0105) 。
图 5 显示植物地上部分的重金属库。海三棱镳草
和芦苇的重金属库均无显著性差异。互花米草地上部
分 Cu 库是最大的 ,显著高于芦苇 ( p < 0101) ,但与海三
棱镳草无显著性差异 ( p > 0105) 。,互花米草 Zn 库显著
大于海三棱镳草和芦苇 ( p < 0101) 。Pb 和 Cd 库均表现
为 :互花米草显著大于芦苇和海三棱镳草 ( p < 0105) 。
212 　沉积物中营养盐和重金属的分布与累积
图 6 显示了湿地沉积物中 TN 和 TP 的分布。它们
在湿地沉积物中的分布特征显然不同。随着高程的增加 ,TN 呈逐步上升的趋势 ,即芦苇带 > 互花米草带 > 海
三棱镳草带 > 光滩 ,但统计结果显示 ,芦苇带 TN 含量显著高于其它 3 个样点 ( p < 0101) ,而后 3 个样点无显著
性差异 ( p > 0105) 。而 TP 的分布并没有表现出空间变异 ,各样点的 TP 含量基本保持在 0106 %左右。通过对
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图 5 　植物地上部分重金属的库
Fig. 5 　Aboveground standing stock of heavy metals in the plant
图 6 　湿地沉积物中 TN 和 TP 的含量
Fig. 6 　Concentration of TN and TP in the sediment
不同深度层中 TN 和 TP 含量的比较 ,总的来说 ,随着深度的增加 ,沉积物中 TN 和 TP 含量逐步降低 ,但统计结
果显示差异不显著 ( p > 0105) 。
图 7 显示了崇明东滩湿地沉积物中重金属的分布。与 TN 相似 ,4 种重金属在沉积物中的分布与累积呈
现出相同的特征 ,即随着高程的增加 ,由海洋向陆地 ,沉积物中重金属的含量逐步增加 ,至芦苇带达到最大值 ,
变化特征为 : 芦苇带 > 互花米草带 > 海三棱镳草带 > 光滩 ;统计结果显示 ,除 Cd 外 ,其它 3 种重金属均表现
为芦苇带显著高于其它 3 个潮带 ( p < 0101) 。通过对不同深度层中重金属的含量比较 ,总的来说 ,随着深度的
增加 ,重金属含量逐步降低 ,但互花米草带并未表现这种变化特征。
3 　讨论
互花米草作为外来入侵种 ,凭借其单位面积上较高的地上生物量 ,因此拥有较高的地上部分 TN 和 TP
库 ,其地上部分 TN 库分别是芦苇和海三棱镳草的 215 倍和 316 倍 ,TP 库分别是芦苇和海三棱镳草的 418 倍和
612 倍 ,从净化功能上考虑 ,无疑通过收获互花米草对营养盐的去除效果最佳。3 种盐沼植物对 TP 的富集系
数明显大于 TN (表 1) ,可见盐沼植物对 P 的净化与累积效率更高。因此 ,通过收获互花米草去除磷 ,对控制
近岸水体富营养化有一定效果 ,因为从整个长江口水域营养盐的含量及构成来看 ,磷最有可能成为浮游植物
生长的限制性因子[10 ] 。
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图 7 　湿地沉积物中重金属的含量
Fig. 7 　Concentration of heavy metals in the sediment
表 1 　3 种盐沼植物地上 TN、TP库 (gΠm2)和富集系数 3 ( ×103kg)
Table 1 　Aboveground standing stock of nutrients and enriching
coefficient of three salt marsh plants
盐沼植物
Salt marsh plants
地上库
Standing stock
富集系数
Enriching coefficient
TN TP TN TP
互花米草 S . alterniflora 15197 2101 19197 57145
海三棱镳草 S . mariqueter 4141 0133 5151 9134
芦苇 P. australis 6128 0141 7185 11174
　　3 富集系数 = 植物地上部分 TN 或 TP 量Π(1000 ×长江口水体中
无机营养盐的平均含量) ,无机氮取 0180mgΠL ,无机磷为 01035mgΠL ,意
指 1m2 植物可完全吸收多少吨海水中无机营养盐 　Enriching
coefficient = aboveground standing stock of TN or TPΠ(1000 ×DIN or DIP) ,
which showed the plant per unit can absorb the mass of inorganic nutrient from
seawater totally. DIN = 0180mgΠL , DIP = 01035mgΠL　　同样 ,互花米草地上部分的重金属库明显大于其它两种植物 ,一方面表明互花米草对重金属的吸收与累积效率更高 ;但另一方面 ,互花米草将更多的重金属输送到地上部分 ,从而有可能将沉积物中的更多有毒重金属输入到邻近河口水体及食物网中。同时 ,有研究证实互花米草叶片中具有能够释放出金属离子的盐腺 ,所以互花米草叶片的重金属释放速度会显著大于芦苇[11～13 ] 。因此 ,互花米草入侵可能会显著提高长江口湿地重金属的生物可利用性 ,有可能使湿地成为重金属的源 ,但有待进一步证实。在重金属的分配模式上 ,3 种植物的共同特点是植物地上部分重金属含量低于地下部分 ,这与许多研究的结论是相同的 ,即大多数盐沼植物将更多的重金属累积在其根系 ,主要原因是 :除超累积植物外 ,植物
根系内皮组织 (root endodermis)能阻碍重金属向光合作用部位的运输[11 ] 。
营养盐和重金属在沉积物中的分布和累积与其外源输入量、沉积物特性 (粒径组成、氧化还原电位和 pH
等)及各元素的化学性质等有关[2 ,10 ,14 ,15 ,17～19 ] 。本研究阐明了崇明东滩湿地沉积物中 TN、TP 和重金属的空间
分布规律 ,即随着潮滩高程的增加 ,沉积物中 TN 和 4 种重金属的含量均表现出逐步上升的趋势 ,这与其它研
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究的结果是比较一致的[2 ,16～18 ] ,这也反映崇明东滩湿地是一块沿未受显著干扰的河口潮滩湿地[2 ] 。据研究 ,
崇明东滩沉积物粒度组成具有明显的空间分布特点 ,高2中2低潮滩依次出现细粉砂、中粉砂和粗粉砂[20 ] ,这可
能是 TN 和重金属在东滩湿地呈现出规律性分布的主要原因。
本研究也显示沉积物中 TP 含量空间变异不大 ,这可能与湿地沉积物中磷的赋存形态有关。据有关学者
研究[3 ,4 ] ,无机磷是长江河口区磷存在的主要化学形态 ,其中以 Ca2P 为最主要的形态 ,由于 Ca2P 在不同粒径
颗粒中是呈均匀分布的 ,其含量与沉积物粒径无关 ,因而崇明东滩湿地沉积物 TP 是呈均匀分布的。
4 　小结
(1) 崇明东滩湿地沉积物中 TN 和重金属的分布表现出相同的特征 ,即从光滩到芦苇带 ,TN 和重金属的
含量呈逐步上升趋势 ;而各潮带 TP 含量基本保持在 0106 %左右。这种分布特点与沉积物粒度及元素的赋存
形态等有关。
(2) 互花米草地上部分的养分库和重金属库均大于芦苇和海三棱镳草 ,表明收获互花米草对河口环境的
净化作用最佳 ,特别对磷的去除效率是最高的。未来 ,应重点研究互花米草入侵对长江口湿地生物地球化学
循环过程的影响。
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