水文条件变化下湿地土壤-根际-微生物体系对重金属的阻隔潜力研究

Bioavailability of metal(loid)s plays a vital role in the remediation of contaminated soils. The Complexation and Coordination of the Dissolved organic matter (DOM) with heavy metals is the key to reveal the bioavailability change of heavy metals reached the rhizosphere environment. Heavy metals are immobilized by iron oxides during the dissimilatory iron reduction process. The function of electron transfer of DOM may potentially promote the speed of dissimilatory Fe(III)-reducing microbes in natural environment. There have been researches of DOM affecting the bioavailability of heavy metal, but the conclusion had certain differences, showed or to increase or reduce the contradictory phenomenon; It is not sufficient to the dynamic response laws under the changing of hydrological regime. The toxicity of heavy metal ions may be the important factor for the iron oxide reduction. To reveal the effect of DOM - heavy metals - dissimilatory iron reducing microbes on the bioavailability of heavy metals and dynamic response rules, a situ observation, dynamic simulation experiments, solution culture, pot culture and water level dynamic simulation experiment methods, combined with Excitation-emission matrix spectroscopy(EEMs) technologies and speciation analysis, will be used to study the potential ability of In-situ immobilization of heavy metals in the wetland soil- Rhizosphere-plant systems under different hydrological regime. It focus on the large change in the water level of Poyang Lake and the immobilization of heavy metals based on the plants and soils of the wetland from the view of DOM and dissimilatory Fe(III)-reducing microbes. It aims to provide an important theoretical basis for the efficient phytostabilization techniques of wetland plants. and also for other shallow water, fresh water lake wetland protection at home and abroad as well.

重金属生物有效性在土壤污染修复中起着至关重要作用.溶解性有机质(DOM)对重金属的络合和配位关系是揭示重金属到达植物根际环境、改变重金属生物有效性的关键;异化铁还原过程中重金属被铁氧化物固定,DOM转移电子的作用可能潜在地促进自然环境中微生物异化铁还原的速度.已有DOM影响重金属生物有效性研究,但得出的结论具有一定差异,表现出或增加或降低的矛盾现象,对水文情势变化的动态响应规律认识尚不充分,重金属离子毒性可能成为制约氧化铁还原的重要因素.本项目将从DOM性质差异的角度结合微生物异化铁还原影响,及鄱阳湖水位变化大的突出特征,采用原位观测、室内实验及水位动态模拟实验手段及三维荧光光谱分析技术等,揭示水文情势下土-根-菌体系DOM-重金属-异化铁还原三元作用对重金属生物有效性的影响及动态响应规律,为发展湿地高效修复技术提供有参考意义的理论支撑,研究结果也可供其他淡水湖泊湿地保护借鉴与参考

重金属生物有效性在土壤污染修复中起着至关重要的作用。溶解性有机质（DOM）对重金属的络合和配位关系是揭示重金属到达植物根际环境、改变重金属生物可利用性的关键；铁氧化还原过程中重金属被吸附或共沉淀而被铁氧化物固定，DOM转移电子的作用可能潜在地促进自然环境中微生物异化铁还原的速度。已有DOM影响植物吸收重金属的研究，但对其作用机制尚存在一些异议，对水文情势变化的动态响应规律认识尚不充分。本项目从极性、官能团、分子量等 DOM性质差异的角度结合微生物异化铁还原微生物的影响，及鄱阳湖水位变化大的突出特征，采用原位观测、室内实验及水位动态模拟、室外中宇宙实验手段，结合络合模型和三维荧光光谱、元素分析仪、紫外-可见、红外光谱、GC-MS、XRD、SEM-EDS和XPS能谱等分析技术等，研究了DOM的构效及其与铁还原的关系以及水文情势下天然湖泊湿地DOM的动态变化特征，研究了DOM作为络合剂及电子受体对重金属和异化铁还原菌的影响，探讨了“DOM-铁还原菌-重金属”相互作用特征及其该三元体系中电子转移机制，揭示了水文情势下DOM-重金属-异化铁还原三元作用对重金属生物有效性的影响及动态响应规律。结果表明：1）鄱阳湖水体DOM主要为陆源输入为主。上覆水中溶解氧水平不同时，沉积物DOM释放量明显不同。2）不同分子量的DOM对铁氧化物的吸附能力和电子转移作用差异显著，高分子量DOM吸附能力更强；DOM还原水铁矿的效率与DOM的电子转移能力密切相关，具高芳香性的高分子量DOM对铁还原具有明显的促进作用。3）淹水或不淹水条件下，腐殖酸和天然来源的DOM的加入提高了Cu的生物有效性，但对Cd钝化；淹水及干湿交替下，DOM+异化铁还原菌对土壤中Pb的生物有效性起到钝化作用。4）DOM可充当电子穿梭体促进微生物异化铁还原过程和重金属Cr（VI)还原过程。本研究结果为实现植物固定技术修复重金属的目标，为发展湿地植物高效修复技术提供有参考意义的理论支撑，研究结果也可供其他浅水、淡水湖泊湿地保护借鉴与参考。