香溪河消落带狗牙根附生生物膜的形成及其重金属富集特征

Formation and Heavy Metal Enrichment of Epiphytic Biofilm in Cynodon dactylon in the Water Level Fluctuation Zone of the Xiangxi River

摘要

通过挂瓶实验模拟消落带淹水期不同水深（水面下0.2、5、10 m）狗牙根附生生物膜的形成过程，通过野外采集消落带淹水期不同水位（175、165、155 m）狗牙根附生生物膜，研究了三峡库区香溪河消落带狗牙根附生生物膜的组成、特征及其对4种重金属（Cr、Cu、Pb和Cd）的富集特征。结果显示，0.2~10 m淹水深度下，狗牙根表面在淹水后7 d内附着生物膜，在28 d内形成，不同淹水深度导致的光照差异是影响生物膜形成的关键因素；淹水期狗牙根生物膜相对生物量（RB）、叶绿素（Chl）和胞外聚合物（EPS）平均含量分别为1 112.05±651.02、0.81±0.45、22.47±9.35 mg/g，最终在狗牙根表面形成约1.1倍湿质量的生物膜。狗牙根生物膜中Cr、Cu、Pb和Cd平均含量分别为74.94±17.18、20.46±2.61、14.25±3.08、0.57±0.10 mg/kg，为香溪河水体同类重金属含量的18 000倍以上；单位面积狗牙根生物膜对Cr、Cu、Pb和Cd的富集量分别达到23.08、5.78、4.02、0.16 mg/m²，与全国同类重金属平均大气沉降通量相比，Cr含量相近，Cu、Pb和Cd含量约是1/4。香溪河消落带淹水期间，狗牙根表面形成了与其生物量相当的生物膜，并富集了水体中的重金属，而消落带落干后，生物膜脱落进入土壤，可能成为消落带重金属污染的一个重要来源。

Abstract

A hanging bottle experiment was conducted to simulate the formation process of Cynodon dactylon biofilm at different water depths (0.2, 5, and 10 m below the water surface) in the flooding stage of the water level fluctuation zone (WLFZ). Field samples of Cynodon dactylon epiphytic biofilms were collected at different water levels (175, 165, and 155 m) in the flooding stage of the WLFZ. The composition and characteristics of the epiphytic biofilms and the enrichment characteristics of four heavy metals (Cr, Cu, Pb, and Cd) in Cynodon dactylon in the Xiangxi River WLFZ of the Three Gorges Reservoir Area were examined. The results demonstrated that Cynodon dactylon attached to the biofilm within 7 days and fully formed within 28 days after being flooded at water depths ranging from 0.2 m to 10 m. The variation in illumination due to different water depths was identified as the key factor influencing biofilm growth. During the flooding period, the average relative biomass (RB), chlorophyll (Chl), and extracellular polymeric substance (EPS) of the Cynodon dactylon biofilm were 1 112.05±651.02, 0.81±0.45, and 22.47±9.35 mg/g, respectively. The biofilm formed on the surface accounted for approximately 1.1 times the wet weight of Cynodon dactylon. The average content of Cr, Cu, Pb, and Cd in the Cynodon dactylon biofilm was 74.94±17.18, 20.46±2.61, 14.25±3.08, and 0.57±0.10 mg/kg, respectively. which was more than 10,000 times higher than the corresponding concentrations in the Xiangxi River water. The enrichment of Cr, Cu, Pb, and Cd by the Cynodon dactylon biofilm per unit area was 23.08, 5.78, 4.02, and 0.16 mg/m², respectively. In comparison to the national average atmospheric deposition flux of the same heavy metals, the content of Cr was found to be similar, whereas the content of Cu, Pb, and Cd was approximately one-fourth. During the flooding stage of the WLFZ, a biofilm of comparable biomass was formed on the surface of Cynodon dactylon, which accumulated heavy metals from the water. However, after the WLFZ dried up, the biofilm would detach and enter the soil, potentially becoming an important source of heavy metal pollution in the WLFZ.

Graphical abstract

关键词

消落带 / 狗牙根 / 生物膜 / 重金属

Key words

water level fluctuating zone / Cynodon dactylon / biofilm / heavy metal

0　 引 言

三峡库区消落带是该区域生态最脆弱的区域，其土壤中的重金属污染是库区的主要生态风险之一^[1]。已有研究^[2，3] 认为，三峡库区消落带土壤的重金属来源主要有地表径流、土壤侵蚀和大气沉降。 三峡库区消落带春夏出露期形成了以多年生狗牙根为优势物种的稳定贴地植被层^[4]，消落带淹没于水面下后狗牙根表面迅速附着一层厚且致密的附生生物膜，主要由藻类、细菌、真菌及其胞外聚合物（extracellular polymeric substances, EPS）组成^[5]。 生物膜能富集多种污染物，包括重金属、多环芳烃、塑化剂以及抗生素等。Barral-Fraga^[6]研究发现，生物膜中积累的重金属含量与表层沉积物相近，且在由无脊椎动物、鱼类及生物膜构成的食物链中重金属含量最高。三峡库区香溪河消落带淹水后狗牙根匍匐茎能作为自然附生生物膜的载体，其表面附生生物膜富集了水体中重金属后可以随着消落带落干进入土壤，成为一个不可忽视的重金属污染来源。

目前，三峡库区消落带狗牙根淹水时附生生物膜的形成过程及其特征尚未揭示，也无涉及生物膜特征及其与重金属富集能力的关系、污染风险等研究。本文在三峡库区香溪河消落带不同淹水深度开展挂瓶实验，研究狗牙根在不同淹水深度下生物膜的形成过程；采集消落带淹水期狗牙根生物膜，比较不同淹水深度狗牙根生物膜的构成特征，分析淹水深度对生物膜形成的影响；测定狗牙根生物膜重金属的富集量，解析生物膜特征指标与重金属富集量间的关系；计算生物膜源重金属对消落带的贡献通量，明确其生态风险。本研究将为三峡库区消落带生态环境保护提供数据参考和理论依据。

1　 实验部分

1.1　实验方案及采样

狗牙根淹水期挂瓶实验：2020年9月，在位于香溪河的三峡大学水生态与环境野外观测站水上实验平台（31.12°N，110.79°E）培养狗牙根附生生物膜。如图1所示，狗牙根附生生物膜采用塑料培养瓶分别在平台下水淹深度0.2、5、10 m进行连续28 d的培养。培养瓶高32.6 cm，直径9.0 cm，体积为1.5 L，每个培养瓶放置20 g香溪河消落带狗牙根匍匐茎，瓶身均匀打20个直径约0.5 cm的小孔，促进水体交换。培养瓶底部放置适量鹅卵石增加比重，防止大型水生动物扰动。每个深度设置7个重复，每7 d取样1次，现场采集水质参数。

狗牙根淹水期采集实验：2021年6—9月根据长江水文网（http://www.cjh.com.cn）实时水位，分别于175、165、155 m水位时，在香溪河流域设置6个采样点（如图2），采集水面下20 cm处的狗牙根及其表面生物膜，将样品和少量环境水体一同装入聚苯乙烯瓶中，4 ℃避光保存，运回实验室进行后续检测。

1.2　实验方法

1.2.1　检测方法

1） 生物膜相对生物量

生物膜的相对生物量（relative biomass, RB）的测定方法选择重量法^[7]。在无菌条件下用软毛刷将狗牙根表面附生生物膜轻轻刷下，收集刷洗液和刮取干净的狗牙根，刷洗液装入称过质量的50 mL离心管（记为m₁）中，在低温冷冻离心机2 000 r/min，4 ℃条件下离心10 min，倒掉上清液，以倒置不再有水滴滑落为标准，称量装有生物膜的离心管，记为m₂，生物膜的湿质量（m_BWW）通过公式（1）计算。将干净狗牙根上的水甩干，以不再有水珠甩落为标准，称取狗牙根的湿质量（m_PWW）。相对生物量由公式（2）计算。

将后续要用到的玻璃纤维滤膜（直径50 mm、孔径0.45 μm，天津市津腾实验设备有限公司）编号并在恒温干燥箱中（DZG-6050型，上海森信实验仪器有限公司）105 ℃烘干至恒质量（记为m₃）。取1.5 g（以湿质量计）生物膜样品于离心管中，将生物膜抽滤至玻璃纤维滤膜上，于105 ℃烘干至恒质量（记为m₄）。将其放入马弗炉（SX2-10-12A型，上海一恒科学仪器有限公司）中，于400 ℃加热2 h，取出，冷却，称其质量（记为m₅）。干质量（m_DW）由公式（3）计算，灰质量（m_AW）由公式（4）计算，无灰干质量（m_AFDW）由公式（5）计算，其中：

m_{\mathrm{B}\mathrm{W}\mathrm{W}}=m_{\mathrm{2}}-m_{\mathrm{1}}（1）

\mathrm{R}\mathrm{B}=\frac{m_{\mathrm{B}\mathrm{W}\mathrm{W}}}{m_{\mathrm{P}\mathrm{W}\mathrm{W}}}（2）

m_{\mathrm{D}\mathrm{W}}=m_{\mathrm{3}}-m_{\mathrm{1}}（3）

m_{\mathrm{A}\mathrm{W}}=m_{\mathrm{5}}-m_{\mathrm{1}}（4）

m_{\mathrm{A}\mathrm{F}\mathrm{D}\mathrm{W}}=m_{\mathrm{D}\mathrm{W}}-m_{\mathrm{A}\mathrm{W}}（5）

2） 生物膜叶绿素

取5 mL 15 g/mL生物膜悬浮液抽滤至醋酸纤维滤膜上，放入冰箱内低温干燥12 h。将滤膜剪碎放入15 mL离心管，加入10 mL 90%丙酮溶液，于漩涡振荡仪（15920D型，苏州赛恩斯仪器有限公司）上充分振荡至匀浆状态，再于室温、暗处用90%丙酮溶液浸提12 h，4 000 r/min离心10 min。取上清液用紫外-可见分光光度计（Lambda25型，湖北泽川科技有限公司）测其750、663、645、630 nm处的吸光度^[8]。生物膜叶绿素（chlorophyll, Chl）含量（mg/g）由叶绿素a (chlorophyll a, Chl a)和叶绿素b (chlorophyll b, Chl b) 含量之和表示。

3） 生物膜胞外聚合物

向装有5 mL 15 g/mL生物膜悬浮液的50 mL离心管中加入10 mL 1 mol/L NaOH溶液，在150 r/min、4 ℃条件下振荡3 h，再加入5 mL 0.85% NaCl溶液，在8 000 r/min、4 ℃条件下离心20 min，用0.45 μm滤膜过滤得到上清液。生物膜胞外聚合物(EPS）含量（mg/g）由蛋白质(protein, Pro)和多糖(polysaccharide, Pol)含量之和表示。分别采用考马斯亮蓝G-250法^[9]和苯酚-硫酸法^[10]测定蛋白质和多糖的含量。

4） 生物膜重金属

称取1.5 g生物膜样品于消解罐中，加入5 mL 60% HNO₃和2 mL 30% H₂O₂溶液进行消解。消解后的溶液转移至50 mL比色管中，用蒸馏水定容，使用石墨炉原子吸收分光光度计（AAS，PinAAcle 900T型，上海珀金埃尔默企业管理有限公司）测定样品中重金属的含量^[11]。

1.2.2　单位面积狗牙根生物膜调查研究

采取资料收集和样方调查的方法，由生物膜相对生物量（mg/g）和单位面积狗牙根质量（g/m²）计算单位面积狗牙根生物膜质量（g/m²），再由单位面积狗牙根生物膜总生物量（g/m²）和狗牙根生物膜重金属含量（μg/g）计算单位面积狗牙根生物膜对重金属的积累量（mg/m²）。

1.3　统计分析

用Excel 2017对原始数据进行汇总整理，用 IBM SPSS Statistics25进行统计分析：采用单因素方差分析 ( one-way ANOVA) 确定不同水位对生物膜各指标的影响，采用Pearson相关系数分析生物膜各指标与重金属、水位之间的相关性；使用Origin 2018、ArcMap 10.2和RStudio 4.3.1等工具绘图。

2　 结果与讨论

2.1　不同淹水深度下水质参数的变化

根据调查结果，水温（WT）变化范围为15.94~17.44 ℃，pH变化范围为8.13~8.55，溶解氧（DO）变化范围为8.59~16.51 mg/L，氧化还原电位（ORP）变化范围为135~308 mV，溶解性固体总量（TDS）变化范围为0.235~0.240 g/L，电导率（Eh）变化范围为0.364~0.370 mS/cm；随着水淹深度的增加，水体的溶解氧含量显著下降（P<0.05），氧化还原电位也随之显著降低（P<0.05），而水温、pH、溶解性固体总量和电导率的值无显著差异（P>0.05）。

2.2　狗牙根附生生物膜的变化

2.2.1　淹水期不同水深狗牙根附生生物膜形成

图3A为狗牙根淹水期附生生物膜的RB随淹水深度和时间的变化。各时期0.2、5、10 m深度的RB差异极显著（P<0.01），由大到小次序为：0.2、5、10 m。各深度生物膜从第7 d 开始建立，前21 d RB快速增长，第28 d分别达到约1 570、580、300 mg/g，第21 d和第28 d的RB差异不显著(P>0.05)。第28 d、0.2 m处RB增长缓慢，5 m和10 m处RB略有下降。RB由灰质量和无灰干质量组成， 灰质量为主要成分，占比65%以上。因此本实验中，灰质量对RB的变化起主要作用。

图3B为狗牙根淹水期附生生物膜的Chl含量随深度和时间的变化。各时期Chl含量由大到小次序为：0.2、5、10 m。0.2 m处Chl含量随淹水时间延长而增加，5 m和10 m处Chl含量随淹水时间的增加呈先增后减的趋势。0.2 m 和5 m处Chl含量第14 d后差异不显著(P<0.05）， 10 m处Chl含量第21 d后差异不显著(P<0.05）。Chl含量中，Chl a为主要成分，通常作为衡量藻类生物量的指标^[12]；Chl b则在增加光捕获方面有重要作用^[13]。0.2、5、10 m处生物膜样品的Chl含量28 d后分别达到约0.81、0.26、0.16 mg/g，且有显著差异（P<0.01）。

图3C为狗牙根淹水期附生生物膜的EPS含量随淹水深度和时间的变化。EPS的变化与Pro含量表现出显著正相关（P<0.01）。EPS含量由大到小次序为：0.2、5、10 m。前21 d各深度生物膜样品的EPS含量均随着时间延长而逐渐升高，但第21 d和第28 d生物膜EPS含量无显著差异(P>0.05)。除第21 d外，其他时间段各深度生物膜样品EPS含量均有显著差异（P<0.01）。

综合上述结果，淹水期各深度狗牙根在第7 d开始形成附生生物膜，0.2 m处各指标（RB、Chl、EPS）均随时间增加，而5 m和10 m处各指标在第28 d均略有下降，表明28 d后生物膜稳定形成。第28 d RB 的平均值为816.67±580.97 mg/g，说明淹水期会形成约为其0.6倍湿质量的生物膜。Lobelle等 ^[14]将聚乙烯薄膜浸入在海水中，1周后薄膜表面形成了肉眼可见的生物膜，4周内薄膜表面可培养微生物的相对生物量随浸入时间的延长而增加，与本研究结果一致。所有采样时段生物膜各指标含量由大到小次序均为：0.2、5、10 m，且除第14 d的Chl和第21 d 的Chl、EPS无显著差异外，其他时间各深度、各指标均有显著差异，说明淹水深度对生物膜的生长有显著影响。光进入水体后会随着水深增加而衰减，真光层（水表光照强度1%对应的水层）以下藻类的生长会受到抑制^[15]。香溪河全年真光层深度为2.82~8.08 m，夏季真光层深度在3~4 m波动^[16]。因此，本研究中5 m和10 m处藻类不能有效地进行光合作用，生物膜各指标显著低于0.2 m处。EPS含量可能受到多个物理因素的影响，温度和光照强度的减少都可能导致狗牙根上附着的细菌种类和丰度减小，从而使其分泌的EPS变少^[17]。

2.2.2　香溪河淹水期各样点狗牙根附生生物膜特征

图4A为淹水期各样点狗牙根附生生物膜RB。狗牙根附生生物膜的RB值为380~2 560 mg/g，最高值和最低值分别出现在Ⅲ号175 m处（2 560±11 mg/g）和Ⅰ号155 m处（380±19 mg/g），所有采样点平均值为1 112.05±651.02 mg/g。随着狗牙根生长水位的降低（即淹水深度增加），各采样点生物膜的RB值随之降低，除Ⅰ号点外所有采样点生物膜各水位（175、165、155 m）RB有显著差异（P<0.01）。

图4B为淹水期各样点狗牙根附生生物膜的Chl含量。Chl含量变化范围为0.44~1.90 mg/g，生物膜的Chl含量最高值和最低值分别出现在Ⅳ号点的175 m处（1.90±0.04 mg/g）和Ⅲ号的165 m处（约0.44±0.01 mg/g），平均值为0.81±0.45 mg/g，其中Chl a占比80%以上。在175 m水位时采集的狗牙根生物膜Chl含量显著高于165 m和155 m水位时的含量（P<0.01），而在Ⅰ、Ⅳ和Ⅵ号采集的生物膜Chl含量165 m水位略高于155 m水位，在Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ号采样点采集的生物膜Chl含量155 m水位略高于165 m水位。

图4C为淹水期各样点狗牙根附生生物膜的EPS含量。狗牙根生物膜的EPS含量总体变化范围为10.69~37.19 mg/g，生物膜的EPS含量最高值和最低值分别出现在Ⅳ号采样点的175 m处(37.19±2.85 mg/g)和Ⅲ号采样点的165 m处(10.69±0.69 mg/g)，平均值为22.47±9.35 mg/g。可以看出Pro含量的变化与EPS含量的变化规律整体一致，在175 m处采集的生物膜比165 m和155 m处具有更高的EPS含量（P<0.01）。

图5为狗牙根附生生物膜重金属含量与各指标含量的Pearson相关热图。可以看出，RB与AW、AFDW含量呈现显著正相关（P<0.001）；RB、AFDW与水位（WL）呈现显著正相关（P<0.001），而AW与WL无显著相关（P>0.05）。Chl与Chl a和Chl b含量呈现显著正相关（P<0.001），Chl、 Chl a和Chl b含量与WL均呈现显著正相关（P<0.001）。EPS、Pro含量与WL呈现显著正相关（P<0.001），而Pol与EPS、 Pro含量、WL均无显著相关（P>0.05）。

狗牙根淹水期附生生物膜生物量各指标（RB、Chl、EPS）平均含量显著高于狗牙根挂瓶培养生物膜，前者分别为后者的1.85、2.39和2.07倍，这与生物膜的生长时长有关。de Tender等^[18] 对海港中聚乙烯薄片表面生物膜总量进行动态研究，发现在第1周到第27周生物膜总量随时间延长而增加。前文中淹水期生物膜4周内初步形成，而生物膜随着时间的延长还会继续生长，最终狗牙根表面会形成约为其1.1倍质量的生物膜。狗牙根淹水期附生生物膜生长趋势与狗牙根淹水期挂瓶培养生物膜相同，说明香溪河狗牙根附生生物膜的生长与水位（淹水深度）密切相关。图5也可以看出，水位与生物膜除AW和Pol之外各指标显著正相关（P<0.01），这可能是因为在生物膜成熟后水体中的悬浮物进入生物膜中，各水位水体中无机颗粒物被生物膜结合，Pol与水分子结合，进而导致生物膜的AW、Pol与水位差异不显著。而水位差异造成了生物膜生长所受的光照强度不同，进而导致生物膜生长状况不同。在水库蓄水期间，155 m处的狗牙根长期处于被淹没在深水层的环境，其光照、DO都不足以维持大多数藻类和细菌的正常生长，导致后来采样时即使接近水面也远没有最初水位（175 m）时的生物量高。赵巧华等^[19]在研究光对浅水湖泊下沉藻类垂向分布的影响时，发现随水深的增加，光能逐渐衰减到难以满足藻类生长的需求（即光限制），且藻类RB随着水体消光能力的增强而减小。所有采样点和采集水位的生物膜的RB 60%以上来自无机组分，碳酸盐和硅酸盐在狗牙根生物膜中占据很大比例^[20]。此外，各采样点之间的AW与AFDW占比无显著差异(P>0.05)，说明各样品（n=54）的狗牙根生物膜在组成上无明显差异。各采样点不同水位Chl含量由大到小的次序为：175、165、155 m。其中，175 m与165、155 m有显著差异(P<0.05)，而165 m与155 m无显著差异(P>0.05)，这与前文淹水期不同水深狗牙根附生生物膜呈现相似的规律。Gu等^[21]发现在营养丰富和温暖的条件下，Chl a含量及藻类和细菌的丰度增加，会进一步促进附生生物膜的生长，这进一步论证了生长在175 m处生物膜生物量最大。但在本调查中，165 m和155 m处生物膜的Chl和EPS含量并没有呈现出随水位下降而降低的趋势。本次实验调查的对象是消落带淹水后原位的野生狗牙根，在水位消退至165 m和155 m后，即使在长时间淹水下受不充足光照的生物膜可以在短时间恢复生长，受光时间得到延长。在香溪河水体中，藻类可以为细菌提供附着的场所，同时藻类分泌的一些活性物质如脂类、肽类等能够被细菌吸收^[22]，另外藻体脱落的部分可以被细菌降解利用，EPS含量随之上升。综上所述，在香溪河狗牙根淹水期表面会形成大量的附生生物膜，生物膜在水位波动影响下的受光时间是决定其生长状况的关键因素。

2.3　消落带狗牙根附生生物膜重金属累积特征

2.3.1　重金属含量

6个采样点狗牙根附生生物膜的重金属（Cr、Cu、Pb和Cd）含量如图6所示。重金属含量由大到小顺序为：Cr、Cu、Pb、Cd。其中：Cr含量变化范围为39.82~99.49 mg/kg，平均值为74.94±17.18 mg/kg；Cu含量变化范围为16.33~28.46 mg/kg，平均值为20.46±2.61 mg/kg；Pb含量变化范围为9.20~21.11 mg/kg，平均值为14.25±3.08 mg/kg；Cd含量变化范围为0.40~0.80 mg/kg，平均值为0.57±0.10 mg/kg。Cr含量随着采集水位的下降而升高。Cu和Pb除Ⅰ号（Cu含量在155 m水位比175 m和165 m水位高），其余5个采样点在155 m处均显著低于175 m和165 m水位（P<0.01）。Cd含量在Ⅰ~Ⅴ号采样点155 m处均达到较高水平。

根据图5相关性分析结果，水位与Cr和Cu显著正相关（P<0.01），与Cd显著负相关（P<0.01）；Cd与其他重金属相关性较低（P>0.05），表明Cd与其他重金属具有不同的分布特征。Cr与除AW和AFDW外的其他指标均显著正相关（P<0.001）；Cu与RB、AW显著正相关（P<0.05）；Pb与RB、AW、AFDW显著正相关（P<0.01）；而Cd只与AFDW显著负相关（P<0.01），与其他各指标相关性较低（P>0.05）。这说明生物膜富集重金属有选择性，AW和AFDW在富集过程中可能起到关键作用，其他指标对重金属富集无较大影响。AFDW代表生物膜中藻类等活体有机组分，而AW代表的生物膜中细菌等异养生物，无机组分居多。Wang等^[23]发现，生物膜EPS显示出对重金属Cu的强吸附性。Tang等^[24]发现，藻类等真核生物对Cd有较高的去除率，证实了本文中AFDW与Cd显著负相关的结论。

表1为不同来源的4种重金属含量数据。可知，狗牙根附生生物膜富集的4种重金属含量之和为香溪河水体文献值的18 000倍以上，说明狗牙根附生生物膜具有极强的富集重金属能力。狗牙根附生生物膜中积累的重金属含量均与本课题组前期报道的香溪河消落带土壤、底泥各重金属含量和三峡库区土壤背景值相当，但均高于植株自身积累的含量，说明狗牙根生物膜表现出比植物更强的重金属富集能力。

2.3.2　重金属富集量

表2为香溪河消落带单位面积狗牙根和生物膜的生物量。狗牙根单位面积生物量为81.1~689.7 g/m²，其表面附生生物膜生物量为38.0~852.7 g/m²。可以看出，各采样点在水位155 m处的生物膜总生物量最低，165 m处最高。消落带土壤受水位周期性消涨的影响也随水位降低而变大，土壤养分的流失程度随之增加，不利于狗牙根的生长，进而导致其表面附生生物膜减少。香溪河狗牙根表面的附生生物膜会形成巨大的生态群落，具有富集重金属的潜力。

图7为在各采样点单位面积生物膜重金属的富集量。6个采样点单位面积狗牙根生物膜对Cr、Cu、Pb和Cd的富集量平均值分别达到23.08、5.78、4.02、0.16 mg/m²。2000—2018 年全国大气重金属Cr、 Cu 、Pb和Cd沉降通量分别为22.32、16.23、26.29、0.59 mg/m²（表1）。香溪河生物膜富集重金属含量与大气沉降通量相比，Cr含量相近，Cu 、Pb和Cd含量约1/4。生物膜随着狗牙根在落干后露出水面，在外界的自然扰动下^[32]，会从狗牙根表面脱落至地表，其积累的重金属随之进入消落带土壤，从而造成环境污染，可能成为消落带的一个重金属污染来源。从2002年到2020年（2006年三峡大坝建成），消落带土壤中的重金属（As、Cr、 Zn、Cu和Pb）含量持续增加^[33]，淹水后三峡水库释放的重金属总量比淹水前增加了约1.96倍^[34]。三峡库区消落带淹水落干后狗牙根生物膜中富集的重金属释放到消落带土壤，可能是导致消落带土壤重金属总量上升的原因之一，应引起重视。

3　 结 语

本文研究了不同淹水深度狗牙根附生生物膜的形成过程及其对4种重金属（Cr、Cu、Pb和Cd）的富集特征，得到如下结论：1） 各深度下狗牙根淹水7 d后都能形成附生生物膜，且随着时间推移继续生长，在28 d内形成约为狗牙根0.6倍质量的生物膜；狗牙根淹水深度导致的光照差异是影响生物膜生长的关键因素。2） 香溪河消落带各水位狗牙根在淹水期生物膜各指标（RB、Chl、EPS）平均值显著高于淹水期不同水深狗牙根生物膜形成时的平均值，前者分别是后者的1.85、2.39、2.07倍；淹水期狗牙根表面能形成约为其1.1倍重的生物膜。3） 香溪河各采样点狗牙根生物膜中Cr、Cu、Pb和Cd平均含量为香溪河水体重金属含量的18 000倍以上。单位面积狗牙根生物膜对Cr、Cu、Pb和Cd的富集量与全国重金属大气沉降通量相比，Cr含量相近，Cu、Pb和Cd含量约是1/4。生物膜在随狗牙根重新露出水面衰亡后，其内部积累的重金属可能落入地表，成为消落带重金属的一个重要来源。

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基金资助

国家自然科学基金(42177397)

国家自然科学基金(42107441)