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颤蚓扰动对沉积物中典型重金属生物有效性的影响

邹笛  
【摘要】:自然水体中存在着大量底栖生物,通过摄食、挖掘等活动能够改变水-沉积物界面的理化性质,影响重金属的存在形态与分布,并最终影响重金属在水生生物中的累积。而颤蚓作为一种典型的扰动生物广泛分布于世界各地,其扰动作用能促进沉积物颗粒在水平及垂直方向发生迁移。因此,本文以颤蚓为扰动生物,通过建立水-沉积物-水生植物-颤蚓体系,利用水生植物在不同颤蚓密度条件下对重金属的吸收情况来评价颤蚓对沉积物中重金属生物有效性的影响。Cu对生物而言为必需营养元素,但当环境中Cu过量时,会对生物造成损害作用,而Cd本身则具有较高的生物毒性。此外,对于植物而言,Cu主要以配位复合体形式进入植物,而离子交换是Cd进入植物的重要方式。因此,选择Cu、Cd为所研究的重金属,主要研究内容包括:颤蚓扰动对水-沉积物体系各组分中Cu、Cd含量的影响,包括上覆水中颗粒态和溶解态、表层沉积物(0-1cm)以及水生植物中Cu、Cd含量随时间的变化。结合体系中浊度、pH值、上覆水悬浮颗粒物含量等参数的变化,并通过相关性分析探讨颤蚓扰动下,沉积物中Cu、Cd向植物体内迁移的机理。结果显示,颤蚓对体系的扰动作用随颤蚓密度而增加,高密度组体系上覆水浊度及悬浮颗粒物含量显著高于低密度组与空白组。颤蚓的扰动强度经历了一个先增后减的过程,在7-10天左右高密度组浊度及悬浮颗粒物含量达到最高,而随后逐步减弱并最终趋于平静。颤蚓的存在不同程度地促进了植物对Cu的吸收,尤其对于根系较为发达的皇冠草。实验结束时植物体内Cu含量,含颤蚓组皇冠草根系高出空白组150%至200%;水兰约为20%,而黑藻则是50%左右。由于沉积物中Cd本底值较低,因此对于根系较为发达的皇冠草现象较为明显,与Cu含量变化情况相似,含颤蚓组皇冠草根系Cd含量高出空白组约50%。此外,体系上覆水中溶解态和颗粒态以及表层沉积物中Cu含量随颤蚓密度的增加而有不同程度增加。而Cd在沉积物中更多的则是表现为释放,且随颤蚓扰动强度而增加。颤蚓的存在促进了体系中Cu、Cd向上层环境中的迁移,增加了Cu、Cd进入植物体内的风险。但与此同时,但植物吸收这一过程存在一定的滞后性,且受到颤蚓扰动带来的光照问题的影响。此外环境中重金属种类和含量也会对结果与效果造成影响。


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