红树根际铁赋存转化的生物化学机制及对耦合重金属迁移的影响

铁（Fe）是自然环境中最基本的氧化还原性质活泼的变价金属元素之一,其在河口湿地的循环取决于沉积环境的生物、化学性状，并与重金属的地球化学过程存在着相互耦合的关系。湿地环境的异质性及变化、不同湿地植物根系行为的差异，影响着根际微环境的生物、化学特征，进而制约着Fe及其耦合重金属在根际的赋存和根-土界面的迁移。项目拟针对红树林湿地重金属污染这一环境问题，采用野外试验和盆栽模拟相结合的方法，从红树根际的生物化学性状（微生物、根系分泌物等）对外界环境的响应入手，以Fe在"根际-根表"的生物化学循环过程与根际微环境关系为核心研究内容，明确根际Fe赋存分配对红树植物根表铁膜形成及性质的影响；揭示Fe赋存变化、根表铁膜性质对重金属污染物在土壤-植物系统中迁移的影响机制；探讨不同红树植物耐受重金属污染差异的生理、生态学机制。以求为湿地重金属污染的生态修复提供理论依据和技术支撑。

红树植物对重金属污染物存在着一定的耐（抗）性机制,是海陆交错带重金属污染物固定的首选植物。铁是河口湿地沉积环境中重要的氧化还原元素，它的生物地球化学过程对耦合重金属的迁移和转化具有重要的影响,在红树植物对重金属的抗性机制中发挥着重要作用。本项目以红树植物（秋茄、白骨壤、桐花树）为试材，采用红树林湿地原位试验、根际箱模拟栽培及营养液栽培试验等研究手段，对不同环境条件下（淹水、硫含量、铁含量、营养水平（P）、重金属污染水平等），红树林湿地铁形态赋存及其与沉积环境的关系，红树植物根系分泌物、根际铁的生物化学循环、根表铁膜及根际重金属行为几者间的关系等展开了研究。研究结果表明：（1）由于红树林沉积环境生境的差异（淹水、pH、有机质、粒径），红树林沉积物中铁的形态赋存、酸可挥发性硫（AVS）及同时可提取重金属（SEM）含量存在明显的空间变化；在垂岸方向上，随着淹水环境改变导致的AVS含量减少及红树植物生长的影响，铁氧化物含量显著增加，对重金属迁移性的控制作用增强。模拟试验表明，沉积物中硫酸盐还原菌、铁还原菌等功能菌对于沉积物中As形态的变化有深远的影响；铁还原菌主导的铁还原过程主导着沉积物中As的释放。（2）不同浓度铁、镉（砷）交互作用条件下，白骨壤根系分泌物的含量存在显著差异。根系分泌物中草酸是主要的低分子有机酸，儿茶素和表儿茶素则是含量较多的类黄酮类物质；草酸、柠檬酸、儿茶素等根系分泌物的量均随着处理浓度变化而变化；根系分泌物组成变化与植物体内（根、叶）有机酸、单宁含量存在一定的相关关系。（3） 铁在沉积物中的赋存分配受到红树根系、沉积物中硫含量及磷含量的显著影响。根际沉积物中无定型Fe的比例较高，而结晶态Fe在非根际沉积物中的比例较高。沉积物中硫酸盐含量对铁赋存分配的影响因根际、非根际而存在差异；硫酸盐处理浓度的升高，会引起根际无定型氧化Fe比例显著增加。（4）红树植物（秋茄、白骨壤）根表铁膜含量与沉积环境中S、P的含量水平，及重金属处理水平密切相关；沉积环境中较高的硫酸盐水平有利于红树植物根表铁膜的沉积。根表铁膜的量与植物地上部重金属（Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、As）含量存在显著相关关系；但不同重金属间存在差异。（5）红树植物（白骨壤）根系泌氧量随着铁、镉（砷）处理浓度的变化而变化；且与根表铁膜的量存在显著相关性。