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硫对重金属的地球化学循环具有重要的影响作用,同时硫作为巯基的主要组成物质之一,与植物的重金属耐抗性有着紧密的联系。红树林沉积物含有较高的硫和汞,但是目前有关S与汞在土壤及红树植物中交互效应的研究还很少。通过在木榄(Bruguiera gymnorrhiza(L.)Lam)幼苗生长的土壤中添加三种不同形态和浓度的硫(形态:硫磺So、硫酸钠Na2S04、硫化钠Na2S浓度:0、0.1％、1％),分析测定木榄根、茎、叶各器官对总Hg和MeHg的吸收情况,比较Hg、MeHg从根运输到茎和叶中的转移能力,并结合各器官中硫含量分布,探讨S在红树植物汞耐抗性中的作用,为揭示红树植物对汞耐抗性提供理论依据。同时,比较种植木榄组土壤和未种有木榄组的土壤在分别添加不同形态和浓度的硫后汞甲基化率的变化,研究硫和植被种植对汞甲基化率的影响,为进一步研究汞甲基化及利用植被修复原理治理红树林生态系统中汞污染提供理论和方法指导。
通过研究,本文得出以下主要结论:
1.三种不同的硫及化合物能够提高木榄茎对Hg的吸收,但对根吸收汞的影响比较复杂,硫化钠、硫酸钠能够显著提高木榄根部的汞含量,且随着S2-浓度的增加而增加;低浓度的硫磺能够促进根对Hg的吸收,而高浓度会抑制根对汞的吸收。这三种形态的硫对叶片中汞含量的影响没有规律性。
除S2-处理组中Hg在各器官中含量为根＞茎＞叶外,对照组和其他处理组均为根＞叶＞茎,根是木榄富集Hg的主要器官,其汞含量显著高于地上的茎叶。
2.三种不同形态的硫1％浓度处理能明显提高根对MeHg的吸收。0.1％浓度处理组在10天、20天时根MeHg含量高于对照CK,但第30天时含量低于对照,这可能与硫供应有关。0.1％处理组中茎部对MeHg的吸收受到不同程度的抑制,而1％处理能够促进茎部对MeHg的吸收。添加硫素对叶片MeHg吸收的影响比较复杂:在添加硫素10天后叶片MeHg含量大多低于对照组(0.1％SO42-处理除外),但随着时间的延长,30天后处理组木榄叶片MeHg含量均高于对照组。硫形态对木榄吸收MeHg的影响主要在于根部,施硫能促进植物提高根中的MeHg含量。
3.红树植物对Hg和MeHg的转移系数都比较低,添加硫素之后其转运系数不仅受到添加硫素形态、浓度的影响,还要受到胁迫时间的影响。添加Na2S降低了Hg从根部向茎部和叶片的转运能力。低浓度的Na2SO4和硫磺S0抑制Hg从根部向茎部和叶片的转运,而高浓度Na2SO4和硫磺S则增强了Hg从根部向茎部和叶片的转运。木榄对MeHg的转运能力也很低,但添加硫素对MeHg转移系数的影响与总Hg转运系数的影响不尽相同。NaES对木榄的转运能力有明显的抑制作用。1％SO42-处理可以提高根部MeHg向茎部的转运,而其它处理都表现为不同程度的抑制作用。
4.添加硫素直接导致木榄茎中的硫含量大于对照CK,但叶片和根部硫含量增减互现。叶片硫含量随着天数的增加而出现先下降后上升的趋势,根部硫含量随着时间延长而降低。除1％S2-处理组外,在木榄的不同器官中,地上组织叶片的硫含量最高。与对照相比,加硫处理会提高茎中的硫含量而降低根叶的硫含量。CK中硫在各器官中含量大小顺序为:叶＞根＞茎,而加硫处理组顺序为:叶＞茎＞根。茎中硫含量的提高可能与硫在木榄中的代谢有关。
硫含量与Hg、MeHg在根部中存在极显著性的正相关性(p＜0.01),随着汞含量的增加,硫含量也增加,说明硫与根系吸收汞关系密切。而硫含量与地上部分茎叶中的汞含量相关性并不显著(p＞0.05)。
5.在未添加硫素的情况下,种植木榄能够提高土壤的甲基化率(初期降低)。添加硫素之后,土壤甲基化率变化没有规律,这可能与添加之后硫的形态转化及植物对其吸收状况的变化有关。不同浓度的硫磺S0施入可以降低种植木榄土壤P的甲基化率;SO42-、S2-使P土壤甲基化率下降则需要一定的时间,实验中出现在20天后。植被的有无对土壤Hg甲基化有重要的影响,无植被的土壤NP中添加S0、S2-都能提高土壤Hg甲基化率,而种有植被土壤任何形态浓度硫的加入均能使土壤Hg甲基化率下降。汞污染土壤中种植植被后添加硫能起到修复作用,且种植植物能降低汞污染土壤潜在的生态风险。
种植木榄的土壤汞甲基化率在20天的时候极显著的大于30天时的甲基化率(r=0.050,p=0.001),也极显著的大于10天时的甲基化率(r=-0.273,p=0.003)。未种植组土壤汞甲基化率在天数上均无出现显著性差异。