周期性淹水环境红树根-土界面重金属耦合机理研究

河口红树林湿地是陆源重金属污染物入海的重要缓冲地带。红树林湿地周期性的淹水环境与根系活动共同制约着重金属在土-根界面的迁移。基于红树林湿地重金属形态，红树根系生理生态特征等研究的基础上，应用阳极溶出伏安法技术原位定量周期性淹水条件典型重金属形态变化，结合能谱-扫描电镜联合对根际和根表区域重金属定位进行表征，阐释典型重金属在红树根际和根表的行为耦合特征，根系生理活性对重金属释放-固定以及迁移转化的关键环境与生物因素。阐明氧化还原交互变化以及根系影响下土壤-根系微界面中典型重金属环境生态行为，揭示红树植物根系对重金属的调控过程，并应用于重金属污染物环境效应的识别与监测，发展在复杂条件下环境微界面的定性和定量表征新方法，更准确地揭示红树林湿地环境污染的动态特征，为湿地典型重金属污染修复，监测提供科学的理论数据，也为滨海红树林湿地的保护、海岸环境的可持续发展提供理论依据和技术支撑。

红树林湿地周期性的淹水环境与根系活动共同制约着重金属在土-根界面的迁移，进而影响重金属沿食物链传递。但重金属在周期性淹水红树林湿地土根界面迁移机理尚未明晰，急需寻找解析途径，根际重金属迁移一直是国际研究的热点之一。我们针对这些问题开展了深入的研究，在已有工作累积和所在学科在该领域研究实力基础上，发挥多学科优势，圆满完成了既定的研究任务，取得以下主要创新与研究成果：1.阐明了高浓度的重金属对红树植物根系有明显的毒害作用，而红树植物通过分泌有机酸和氨基酸络合重金属，改变重金属在根际区域的形态，使其生物有效性降低，达到抵御重金属的毒害作用。2.揭示了沉积物重金属在土-根界面的耦合与迁移过程，在氧化-还原交替环境中，植物根泌氧，氧化根区的重金属，大量重金属与铁锰氧化膜一起束缚在根表，在根系分泌物的作用下，部分重金属进入根系，并与根表细胞结合。根表重金属的亚细胞分布显示：大部分重金属与巯基蛋白结合在细胞壁中，一部分与液泡结合。3.拓展了在复杂条件下环境微界面的定性和定量表征新方法，应用SEM-EDX 原位分析Cd 的组织分布结果显示，从根表皮到根中柱，重金属Cd的含量变化呈现先上升后下降的趋势。Cd 的含量在根系外皮层细胞中达到最高值，然后在皮层中显著下降。中柱木质部细胞Cd 的含量显著低于内皮层细胞。4.明确了红树植物根系及其根区对重金属的调控过程，在低浓度重金属污染环境中，根系从枝杆菌（AMF）成功侵染秋茄根系且低浓度重金属胁迫对AMF根表侵染表现出一定的刺激作用，但在浓度较高的重金属胁迫下，侵染率急剧下降，AMF 有抑制Cd 由土壤进入植物体以及由植物地下部运送到地上部的作用。这些原创性研究为湿地典型重金属污染修复，监测提供了科学的理论数据，为相关研究提供了新的研究方法和研究思路，也为滨海红树林湿地的保护、海岸环境的可持续发展提供理论依据和技术支撑，并推动相关学科的交叉渗透。