滇池底泥堆场次生植被富集污染物调查

王瀚墨，白 涛，肖 丹，何 洁

(1.云南省农业科学院药用植物所，云南昆明 650223;2.昆明市城市排水监测站，云南昆明 650034)

底泥污染是滇池内源污染的主要问题，在静态条件下，湖泊沉积物每1a可以释放1万t左右的氮、900t左右的磷，相当于外源输入的污染物量的30% ～40%［1］。目前，滇池流域所采取的控制滇池污染的措施主要有:控制性圈养凤眼蓝、机械手段分离 (蓝)藻水、种植中山杉以及对滇池底泥进行环境疏浚［2］。其中环境疏浚是目前控制内源污染最有效的方法［3～4］。

环境疏浚是指以改善水体环境质量为目的，用机械手段清除湖床上层一定范围内富含有机质、氮、磷和重金属的污染底泥并妥当处置，一定程度上去除污染内源，为湖泊水质的好转和稳定创造条件［5］的一种工程技术。疏浚后所带离水体的底泥具有有机质含量大、含水率高、组分复杂等特点，若处置不当极易产生二次污染［6～7］。滇池底泥堆场运用疏浚底泥构建生态湖滨带进而清除疏浚底泥内污染物的处置方案具有节省费用、不破坏原有生态、去污效率高等优点［8～9］，但也存在诸如处置周期长，可能造成物种入侵，并非所有污染物都能被生物富集或利用等缺点［10］。因此，如何选择在疏浚底泥堆场上构建生态湖滨带的物种成为疏浚底泥后期处置成功与否的关键。目前国内尚无关于利用堆场次生植被作为恢复材料的相关研究报道。

滇池底泥疏浚在二期工程实施过程中建立了3个底泥堆场 (柳苑底泥堆场、福宝塘底泥堆场、福宝湾底泥堆场)，本文就这3个堆场的植被次生演替过程中出现的各种植物对滇池底泥中的污染物的富集情况及这些植物是否适合作为底泥堆场生态修复的生物素材进行了初步的调查，希望能为下一步构建滇池疏浚底泥生态湖滨带物种的选择提供一些实验数据。

1 研究区域简介

柳苑底泥堆场建于2009年11月～2010年7月，占地面积约0.27km2，底泥棕黑色至黑灰色，含水和有机质较多，含沙较少，主要呈现为表流湿地，表层水深12～75cm。

福宝塘底泥堆场建于2009年11月～2010年9月，占地面积约0.8km2，整个堆场目前分为表流和潜流两个区域，表流区域比潜流区域底泥堆积略高，因此两个区域所呈现的土壤结构、底泥的含水量以及植被类型均有所差异:西侧区域底泥深棕色至灰黑色，含水和有机质较多，含沙稍少，绝大部分区域呈现为表流湿地，表层水深8～40cm;东侧区域底泥浅棕色至深棕色，含水和有机质较少，含沙稍多，地表积水 (或涌水)或地面表层板结、较少龟裂，呈现为潜流湿地。

福宝湾底泥堆场建于2009年11月～2010年1月，占地面积约0.13km2。底泥浅棕色，含水和有机质较少，含沙较多，表层板结龟裂，25～30cm以下有潜流，主要呈现为潜流湿地。

2 调查与研究方法

2.1 植被调查

于2010年11月对位于滇池东北岸的3个底泥堆场进行了实地调查。调查采用样方法:首先使用记名样方法目测记录3个滇池底泥堆场样地内植物的种类以及它们的多优度和群集度，并对其进行排序，选取前5种植物作为该堆场的优势种。

在该堆场选取由单一优势种种群构成或单一优势种种群占绝对优势的生境建立1 m ×1 m的样方，记录该优势种的生态特征:优势种的层高，种群密度以及物候期等。其中1.1至1.5号的5个样方为柳苑堆场样地样方，2.1至2.5号的5个样方为福保塘堆场样地样方，3.1至3.5号的5个样方为福保塘堆场样地样方。

2.2 样品生物量和含水率测定

将单一样方内的优势种全部植株带根挖出，将根清理干净后用吸水纸擦拭干净，测量得其鲜重W1;将挖出的优势种全部个体带回实验室，80℃干燥至恒重，测量得其干重W2，以W1－W2的值除以W1再乘以100%所得即为样方内优势种样品的含水率。

2.3 样品富集污染物检测

将干燥后的样品粉碎，混匀，测量其TN、TP、有机质和重金属的含量，检测方法为:砷 GB/T 5009.11－2003，汞 GB/T 5009.17－2003，铅 GB/T 5009.12－2010，镉 GB/T 5009.15－2003，铬 GB/T 5009.123－2003，铜GB/T 5009.13－2003，锌GB/T 5009.14－2003，总氮GB 5009.5－2010，总磷NY/T1653－2008，有机质NY/T304－1995。

2.4 对样品生物量曲线与样品富集污染物曲线进行相关性比较

其中X和Y为两个待比较的数值序列，r为X序列与Y序列的相关系数。

3 结果

3.1 3个底泥堆场的优势种及其生态学特征

经调查发现柳苑底泥堆场内生长的植物共有11种，依照其在样地中的多优度排在前5位的优势种分别为凤眼蓝 (Eichhornia crassipes)、长柱柳叶菜 (Epilobium blinii)、西来稗 (Echinochloa crusgalli var.zelayensis)、喜旱莲子草 (Alternanthera philoxeroides)和水烛 (Typha angustifolia)。福宝塘底泥堆场内生长的植物共有23种，依照其在样地中的多优度排在前5位的优势种分别为凤眼蓝、水蓼 (Polygonum hydropiper)、稗 (Echinochloa crusgalli)、香 蒲 (Typha orientalis)和 云 南 莎 草(Cyperus duclouxii);福宝湾底泥堆场内生长的植物共有19种，依照其在样地中的多优度排在前5位的优势种分别为水蓼、双穗雀稗(Paspalum paspaloides)、灯心草 (Juncus effusus)、喜旱莲子草和菰(Zizania latifolia)。

通过表1对3个滇池底泥堆场中的样方进行比较可知，优势种的平均含水量:柳苑堆场＞福保塘堆场＞福保湾堆场;优势种的平均生物量:福保塘堆场＞柳苑堆场＞福保湾堆场;优势种的平均种群密度:福保湾堆场＞柳苑堆场＞福保塘堆场。

表1 3个滇池底泥堆场内优势种的生态学特征

3.2 底泥堆场内优势种富集污染物的测定

在表2中各种污染物的含量对应以样方面积(即1 m×1 m)内优势种生物量中的污染物含量表示。由表2可以看出，单位样方面积内的优势种的污染物含量存在着柳苑堆场＞福保塘堆场＞福保湾堆场的梯度关系。通过对滇池底泥堆场内生长的植物优势种富集污染物能力的比较分析，可以看出水生植物富集污染物的能力高于陆生植物富集污染物的能力。

表2 3个滇池底泥堆场内优势种单位样方面积内的污染物含量 (mg/m2)

图1为3个底泥堆场内优势种单位样方内的生物量曲线，图2为3个底泥堆场内优势种单位样方内的TN、TP的含量曲线。一般而言，植物富集的TN与TP应与植物的生物量成正比关系，且具有较高的相关性。但通过图1、图2的数据可知:3个底泥堆场内优势种的TN含量曲线与优势种生物量的曲线相关系数仅为0.0008，优势种的TP含量曲线与生物量的曲线相关系数略高，为0.0050。其中1.5号样方凤眼蓝富集的TN最多，2.2号样方云南莎草富集的TN最少，同时2.3号样方稗的TN含量较低;1.5号样方凤眼蓝富集的TP最多，2.1号样方水蓼富集的TP最少，同时2.1号样方和3.1号样方的水蓼、2.3号样方稗和3.3号样方双穗雀稗的TP含量均略低。

通过图3～图6可知3个底泥堆场内优势种富集重金属污染物的数量级存在着Hg＜Cd＜Cr＜As＜Pb＜Cu＜Zn的关系，这主要与重金属在植物体内存在形式的水溶性、植物能否对其利用以及重金属的挥发性三个条件有关。例如Hg具有一定的挥发性，可以借由植物的蒸腾作用挥散至空气中，所以植物体内的Hg含量较低，而Cu和Zn是植物必须的元素，所以在植物内的富集量远高于其他重金属。同时还可看出，水生植物富集重金属的能力要高于陆生植物，7种重金属中6种的富集峰值出现在水生植物样方内，同时全部7种重金属的富集最低值均出现在陆生植物样方内。

利用图3～图6与图1进行植物优势种富集重金属能力曲线与生物量曲线的相关性数据比较:Zn(0.0002) ＜Cu(0.0003) ＜Pb(0.0007) ＜As(0.0036) ＜Cr(0.0042) ＜Cd(0.0091) ＜Hg(0.797)。其中除了Hg的富集曲线与生物量累积曲线有较高的相关性以外，其余污染物富集曲线与其生物量累积曲线的相关性均＜0.01。

4 结论与讨论

4.1 滇池底泥堆场次生植被概况

3个滇池底泥堆场地理位置相近，生态背景基本相同，但由于构建时间前后以及堆积底泥的厚度有所差异，目前所呈现的表征亦有所不同:柳苑堆场目前呈现为表流湿地;福宝湾堆场呈现为潜流湿地;福宝塘堆场目前为半潜流半表流湿地，可以看作柳苑堆场与福宝湾堆场中间的过渡状态。调查数据表明:随着底泥堆场由表流湿地向潜流湿地过渡，植被的整体含水量逐渐减少，种群密度逐渐增加;3个底泥堆场优势种的生物量则随着样地堆场堆好后植被恢复的时间的增长而逐步减少。

4.2 滇池底泥堆场植被富集污染物的情况

通过调查发现3个滇池底泥堆场植被富集的污染物存在着柳苑堆场＞福保塘堆场＞福保湾堆场的梯度关系，即随着底泥堆场由表流湿地向潜流湿地过渡，植被富集的污染物逐渐减少。造成这一结果存在着两种可能:一是在底泥堆场由表流湿地过渡到潜流湿地的过程中，其上的植被不断地富集污染物，导致底泥内的污染物总量不断减少，使后期生长的植被能够富集的污染物远少于前期生长的植被;二是水生植物疏导速度和效率比陆生植物要高，因此水生植物对污染物的富集能力要高于陆生植物。

对滇池底泥堆场内所生长的植物优势种富集污染物能力曲线与生物量曲线的相关性数据比较:TN(0.0008) ＜TP(0.0050);Zn(0.0002)＜Cu(0.0003)＜Pb(0.0007) ＜As(0.0036) ＜Cr(0.0042) ＜Cd(0.0091) ＜Hg(0.797)。其中除了Hg的富集曲线与生物量累积曲线有较高的相关性以外，其余污染物富集曲线与其生物量累积曲线的相关性均＜0.01，证明之前关于TN、TP富集曲线与生物量曲线的相关性较高的猜测是错误的。同时发现植物优势种富集重金属能力曲线与生物量曲线的相关系数与优势种富集重金属能力平均值的大小顺序相反，也就是说单位样方内所有优势种富集某种重金属的平均值越高，则该重金属富集能力曲线与生物量曲线的相关性系数越低。

通过比较发现水生植物富集污染物的能力要高于陆生植物，9种污染物中8种的富集峰值出现在水生植物样方内，同时全部9种污染物的富集最低值均出现在陆生植物样方内。水生植物富集污染物能力最强的是凤眼蓝，其次是长柱柳叶菜和水烛;陆生植物富集污染物能力最强的是稗、云南莎草和水蓼。这与邓辅唐等在2005年得到的结果较为相符［11］。水生植物富集污染物能力高于陆生植物的主要原因，应该与植物富集的污染物多为水溶性的分子或离子，而水生植物的含水量高于陆生植物有关。

综合考虑，在表流型底泥堆场内宜选用种植水生植物长柱柳叶菜和水烛，潜流型底泥堆场则可以考虑种植稗、云南莎草和灯心草，这几种植物既能较好地吸附底泥中的污染物质，又具有一定的观赏价值。但不建议选择凤眼蓝和水蓼，因为实地调查中发现这两种植物极易形成大面积的单一种群，不仅会造成堆场生物多样性的降低，而且会造成生物景观的破坏。

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