岩头2号洞重金属富集的初步研究

岩头2号洞重金属富集的初步研究

随着社会经济的快速发展，人们的生活水平显著提高。然而，人类在快速发展经济的过程中面临着一些环境问题。生活三废、工业三废等没经过合理处理而直接排进大自然中,对生态环境造成污染,特别是重金属离子对环境的污染。重金属离子通过地表水的渗透作用等因素导致洞穴生态环境受到污染。洞穴生态环境十分脆弱,一经破坏,在短时间内难以修复。因此,研究洞穴动物体内重金属的富集、洞穴土壤重金属的污染程度及潜在的生态风险可为环保部门保护洞穴动物和洞穴土壤污染防治提供参考数据。国内外对洞穴动物的研究,大多数主要集中在动物的分类区系、生态、物种和群落多样性、遗传变异、演化、行为1山东子下子第5号唐代壁画隧道岩头2号洞位于阳朔县葡萄镇,属于水洞,洞口北偏西350°,此洞位于旱地的小路旁,洞口高约13m,宽约7m,洞口呈半圆形,海拔162m,N24°54'59.7″,E110°22'06.8″,洞口为一片竹林,植被十分单调,除了竹子外,只有少量的禾本科植物。有光带约低于洞口3m左右,长13m,宽约8m,温度为32℃,湿度为89%,洞底有大量的乱石,洞壁光滑,由于洞口有几块大石挡住,所以此洞只有有光带和黑暗带。黑暗带为一暗河,暗河较深,不能测量暗河的具体长度,能测量的长度约为10m左右,洞底有大量潮湿的泥土,洞道较窄,有石柱,洞顶有石钟乳,洞壁夹缝较多,温度为24℃,湿度为94%,洞底有一大的深水潭,里有大量鱼虾。2学习方法2.1大岩动物的采集在野外对广西阳朔岩头2号洞内的斑灶马、螺类、蜘蛛类和两栖类、虾类、鱼类作了较全面的调查和统计。在每个带的洞段内分洞顶,洞壁和洞底进行随机取样调查,对无脊椎动物作样方(3m×3m)计数统计,对其它类群作全面采集。在各取样点内,凡是肉眼所能见到的上述几大类群动物均做采集装瓶,带回实验室做镜检鉴定。土壤采集按各洞穴洞带分别采混合土样1kg,水样按每个光带采集500mL。2.2研磨法制备粉末土壤样品经风干、研磨,过100目筛后,用塑料密封袋装好备用。标本经鉴定后,分别置于37℃的温箱中烘干后研磨成粉末状,过100目筛后,用塑料密封袋装好备用。用AA800原子吸收光谱仪分别测定土样、水样和标本样品中Fe、Mn、Cu、Cd、Pb的含量,用AF-6300原子荧光光谱仪分别测定土样、水样和标本样品中Hg、As的含量。2.3洞穴水和土壤养分富集相关分析对岩头2号洞中几种动物类群体内重金属含量与环境中重金属含量,计算重金属在各类动物样品中的含量与在环境因子(洞穴水、土壤)中的含量的比值即富集系数,采用Pearson相关系数(Pearsoncorrelation)进行相关性分析,并采用欧式距离公式计算其欧氏距离相关系数。3结果与分析3.1洞穴动物的种类和相对数量通过对岩头2号洞进行调查和标本采集,共获标本1724号,经初步鉴定隶属于3门6纲13目29科46种。3.2通过分析洞穴土壤、洞穴水和昆虫体内重金属含量3.2.1岩头2号洞穴中的重金属含量从表1可以看出,岩头2号洞洞穴土壤内几种重金属含量的平均值为Mn﹥Cu﹥As﹥Pb﹥Cd﹥Fe﹥Hg。Fe的含量比较低。洞穴滴水中几种金属含量的平均值为Mn﹥Cu﹥As﹥Cd﹥Fe﹥Hg﹥Pb。在6类受测动物体内,体内重金属含量如下:斑灶马:Mn﹥Cu﹥Pb﹥Hg﹥Cd﹥Fe;螺类:Mn﹥Cu﹥Pb﹥As﹥Fe﹥Cd﹥Hg;蜘蛛:Cu﹥Mn﹥Cd﹥Pb﹥Hg﹥Fe;两栖类:Mn﹥Cu﹥Pb﹥Cd﹥Hg﹥Fe;鱼类:Mn﹥Cu﹥Pb=Hg﹥Cd﹥Fe;虾类:Cu﹥Mn﹥Pb﹥Cd﹥Hg﹥Fe。总体来看,岩头2号洞六类动物体内的重金属测量值可以看出,,Mn和Cu作为动物体内的必需元素,易于被动物主动吸收,故而在生物体内的含量较高;而Fe作为必需元素,却不能体现出明显的主动吸收,这与洞穴动物生存的环境中Fe的含量有关,从测量的土壤和水可以看出,无论在土壤中还是在滴水中,Fe的含量都比较低;不同动物体内重金属含量存在一定差异,这与动物栖息的水平分布与空间分布存在密切关系;在几类动物体内,虽然在洞穴土壤和洞穴滴水中都有重金属As的含量,但在动物体内,只有螺类对As有富集,其他几类动物均无富集能力;蜘蛛类对重金属元素Cu和Mn的吸收不同于其他几类动物,对Cu的吸收要大于对Mn的吸收,而其他几种动物却相;鱼类的测量值中,重金属Pb的含量等于Hg的含量;在虾类的测量值中,作为必需元素的重金属Cu的含量却要大于Mn含量。3.2.2重金属hg的富集富集系数即计算重金属在各类动物样品中的含量与在环境因子(洞穴水、土壤)中的含量的比值,计算结果见表2、表3。从表2可以看出,岩头2号洞各动物类群对重金属在土壤中的富集系数分别为:斑灶马:Cu>Hg>Pb>Cd>Mn>Fe,各种重金属的富集系数均小于1;螺类:Pb>Cd>Cu>Mn>Fe>As>Hg,其中重金属Hg的富集系数大于1;蜘蛛:Cd>Cu>Hg>Pb>Mn>Fe,其中,重金属Cd、Cu、Hg的富集系数都大于1;两栖类:Hg>Cd>Cu>Pb>Mn>Fe,其中,重金属Hg的富集系数大于1;鱼类:Hg>Cu>Pb>Cd>Mn>Fe,其中,重金属Hg的富集系数大于1;虾类:Cu>Hg>Cd>Pb>Mn>Fe,其中,重金属的Cu的富集系数大于1。从表3可以看出,岩头2号洞各动物类群对重金属在洞穴水中的富集系数分别为:斑灶马:Pb>Cu>Hg>Mn>Cd>Fe,各种重金属的富集系数都大于1000;螺类:Pb>Mn>Fe>Cd>As>Cu>Hg,各种重金属的富集系数都大于1000;蜘蛛:Pb>Cd>Hg>Cu>Mn>Fe,其中,各种重金属的富集系数都大于1000;两栖类:Pb>Mn>Hg>Cd>Cu>Fe,各种重金属的富集系数都大于1000;鱼类:Pb>Hg>Mn>Cd>Cu>Fe,其中,重金属Fe的富集系数小于1000;虾类:Pb>Cu>Cd>Hg>Mn>Fe其中,重金属的Fe的富集系数小于1000。3.2.3几种动物藻类的arson相关性采用Pearson相关系数(PearsonCorrelation)公式进行相关性分析,利用Pearson相关系数公式对表1中的测量数据,计算岩头2号洞中几种动物类群体内重金属含量与环境中重金属含量的Pearson相关系数,得到的各种相关系数矩阵见表4。从表4可以看出,在岩头2号洞中,几种动物类群体内部分重金属元素间的相关性可以看出,Fe与Mn和As呈极显著正相关,相关系数为1和0.995,p≤0.01;Fe与Pb呈显著正相关,相关系数为0.736,p≤0.05;Mn与As呈极显著正相关,相关系数为0.993,p≤0.01;Mn与Pb呈显著正相关,相关系数为0.767,p≤0.05;其余的相关性均不明显。从表4可以看出,几种动物类群体内部分重金属元素间的相关性均表现为正相关,生物对重金属的残留与富集,除了元素之间的相互关联外,还与环境有密切的关系,在环境因数方面,pH值对重金属的积累影响较大3.2.4动物群对环境的相关性采用欧式距离公式进行距离分析,对表1中各动物类群体内的重金属含量与环境中重金属含量,计算其欧氏距离相关系数,得到的各种相关系数矩阵见表5。从表5可以看出,在岩头2号洞中,斑灶马对部分重金属元素的吸收在与其他类群的比较中,与螺类的距离最大,为802.624,与虾类的距离最小,为27.637,即斑灶马对部分重金属的吸收和富集与虾类的相关性较强;在环境因子中,与水的距离较小,为48.376,即与水的相关性较强。螺类与两栖类的距离最小,为707.067,即螺类与两栖类的相关性较强,在环境因子中,与水的距离较小,为840.161,即与水的相关性较强。蜘蛛和鱼类的距离最小,为34.749,即与鱼类的相关性较强;在环境因子中,与水的距离较小,相关性较强。两栖类与水的相关性较强,虾类,鱼类与水的距离均较小,相关性较强。从表5可以看出,在环境因子中,不同动物类群与水的欧氏距离都较小,即与水的相关性较强,不同的动物类群在对环境中部分重金属的吸收和富集时,除了受环境因子的主导影响外,在类群之间也有相互作用相互影响。从表4至表5可以看出,采用简单相关分析和欧式距离对洞穴动物体内重金属的残留与富集的分析可以看出,两种分析存在差异,出现差异的原因主要是简单相关分析计算两个变量间的相关系数,分析两个变量间线性关系的程度。距离分析是对观测量之间或变量之间相似或不相似程度的一种测度,是计算一对变量之间或一对观测量之间的广义距离。使用两种分析方法综合分析,能客观地反映各参数的准确性和有效性。分析表明:动物体内重金属元素的残留量、富集系数是各环境因子与动物自身因素综合作用的结果。4洞穴动物对部分重金属的富集在洞穴生态系统这个特殊的领域,与外界动物相比,洞穴动物对环境具有更高的敏感性,那么洞穴动物作为环境监测动物应具有较强的说服力。但