三峡库区香溪河区域重金属污染溯源、风险评价及植物修复初步研究

三峡水库蓄水后库区沿岸的生态环境脆弱，国家启动了三峡库区生态屏障建设工程。本论文以三峡库区香溪河区域重金属为研究对象，对重金属的来源、迁移、生物转化、生物指示、植物修复和环境健康风险评价进行了初步研究，旨在为三峡库区香溪河库湾生态屏障建设过程中重金属的污染防治提供参考。研究结果如下： 1.三峡库区香溪河消落带及库岸土壤重金属污染调查、溯源与评价 在测定香溪河消落带（海拔145～175m）和库岸（海拔175～185m）土壤重金属（Cd、Pb、Cu和Cr）含量的基础上，分析重金属的迁移特征，进行污染评价，同时采用因子分析-多元线性回归（FA-MLR）分析重金属的来源和各来源的贡献比率。结果表明，香溪河库岸上层和下层土壤重金属含量都在减少，消落带重金属含量上层土壤减少，下层土壤增多；库岸重金属向消落带迁移，消落带重金属向下层积累。重金属污染级别是Cd＞Pb＞Cu＞Cr，主要风险元素为Cd，污染等级为“中-强”等级，其它重金属污染程度评价等级都在中等以下。FA-MLR（因子分析-多元线性回归）分析表明，消落带75.60%的Pb来源于交通运输，62.03%的Cd来源于农业，64.71%的Cu和75.36%的Cr来源于天然矿石。在库岸，82.26%的Pb来源于交通运输，68.63%的Cd来源于农业，65.72%的Cu和69.33%的Cr来源于天然矿石。本研究结果能为香溪河库湾生态屏障建设中的重金属污染防治提供相关参考。 2.香溪河消落带狗牙根对镉的积累特征研究 研究了香溪河消落带主要风险元素Cd在消落带适生物种狗牙根（Cynodon dactylon）体内的积累机制，结果表明：香溪河消落带狗牙根Cd含量介于0.066-0.130mg/kg之间，未超过中国国家饲料卫生标准Cd含量（0.5mg/kg）。狗牙根Cd含量与土壤总P和M3-P（Mehlich3-P）含量间存在正相关关系。狗牙根体内的Cd含量与土壤总Cd和M3-Cd（Mehlich3-Cd）之间不存在显著相关。通过数学模拟，考虑土壤综合特性（有机质、粘粒、P、S、K、Fe、Al、Mn、B、Ca、Cu、Cd、Zn和pH）的模型（Log plant Cd=a+b VCdD+c pH）能很好的模拟狗牙根对Cd富集的量。研究结果能够为生态屏障建设中土壤的改良修复及狗牙根作为Cd修复植物的运用提供理论参考。 3.香溪河沿岸沟渠底栖鱼类泥鳅与黄鳝的重金属污染调查 对生活在香溪河沿岸沟渠中的两种重要的野生经济鱼类黄鳝（Misgurnusanguillicaudatus）和泥鳅（Monopterus albus）的重金属含量进行了测定，结果表明：除了泥鳅皮肤中的Pb含量超过食品重金属含量标准外，其它可食用组织中的重金属含量未发现超标。鱼类生物量（体长或体重）与各组织重金属含量没有显著相关关系，与其它组织相比，皮肤组织内的重金属积累量较高，且相互间有更高的相关性。因此，泥鳅和黄鳝的皮肤有作为沉积物重金属污染指示物的潜力。 4.空气沉降重金属的地衣生物指示及生态风险评价研究 测定了香溪河源头神农架自然保护区公路沿线两种地衣（尖刺松萝Usnea aciculifera和小刺褐松萝U. luridorufa）组织内的重金属含量，并原位测定了其叶绿素荧光（最大光合效率Fv/Fm），以评价地衣对空气沉降重金属胁迫的生物指示作用。同时对金丝猴采食地衣时，重金属对其健康影响的风险进行了评价。结果表明：不同交通强度下地衣体内的重金属Fe、Cd、Pb、Zn和Cr的含量差异显著。因子分析表明，地衣体内的重金属含量记录了重金属的污染来源。尖刺松萝的最大光合效率（Fv/Fm）与其体内的重金属Fe、Cd、Pb、Zn和Cr的含量显著负相关，尖刺松萝的Fv/Fm能作为重金属污染的指示指标。改良THQ（target hazard quotients）法对金丝猴采食地衣的健康风险评价表明，长期饲喂公路沿线的地衣会对其健康带来不利影响。 5.空心莲子草对重金属镉污染土壤修复的研究 以匍匐生长的草本克隆植物空心莲子草（Alternanthera philoxeroides）为实验对象，研究异质性Cd胁迫下，克隆整合特性对其生长的影响，旨在探明：克隆整合能否减缓Cd对遭受胁迫的子节生长的负面影响，磷和空心莲子草克隆整合结合能否增加其对Cd的富集能力。结果表明：在异质性重金属Cd胁迫条件下，克隆整合促进了空心莲子草遭受镉胁迫子节的生长，缓解了重金属镉对受胁迫子节光合生理的伤害。因此，克隆整合特性有利于空心莲子草抵御重金属胁迫。磷和克隆整合对空心莲子草富集Cd能力影响为：母节生长在不同磷含量的支持土壤中时，随着磷素含量的增加，位于Cd胁迫条件下的“连接”子节的生物量、植物组织的Cd含量以及Cd的总富集量都显著增加。同时也发现Cd在空心莲子草体内的转运系数随着磷增加而减少。空心莲子草的克隆整合特性辅于特定的供磷方式，具有富集Cd的较好潜力，能用于土壤Cd污染的修复。 本文对香溪河区域重金属的污染调查、污染风险评价及修复技术的初步研究能为香溪河生态屏障建设中重金属的污染防治提供参考。