根际沉积驱动对红树植物根际重金属形态的分子转化机理及生物有效性研究

The high root biomass of mangrove effectively buffer the heavy metal pollutants transportation in estuary wetland. Rhizodepositon plays an important role of energy flow and matter transfer in rhizosphere thus impact on the bioavailability of heavy metals and their molecular species transformation. Base on previous root metal coupling mechanism studies of mangrove, this project intend to apply advanced micro-structure analysis technology and diffusive gradients in thin-films technique to research the distribution pattern of typical heavy metal in root inter-and root surface driven by rhizodeposion both in greenhouse and in situ experiments. In this project, we propose to reveal heavy metal species, bioavailability and the transfer driven by rhizodepositon in root-soil interface of mangrove; Explore the effect of rhizodepositon on microecological processes of rhizosphere and discover the main controlled factor of heavy metal dynamics in root-soil interface, thus, understand the molecule mechanism of typical heavy metal immobilization and transformation in mangrove wetland. It will also helps revealing the dynamic features of heavy metal pollutants in mangrove wetland, therefore contribute to the management of heavy metal pollutants in mangrove wetland.

红树植物根系高地下生物量对陆海生态交错带的重金属污染物迁移起着重要的缓冲作用。根际沉积是一种植物与土壤间重要的能量流动与物质传递过程，其向地下输入的碳流直接影响根际界面重金属的分子形态、生物有效性和迁移转化规律与生态毒性的变化。我们拟在既往对红树植物根表重金属耦合研究基础上，应用微结构分析技术以及梯度扩散薄膜技术，以野外基地原位研究与室内模拟相结合，深入研究湿地红树植物根际沉积对根际圈典型重金属分配与结合模式、根-土界面物理化学及生物学性状的影响机制。揭示根际沉积驱动重金属在根-土环境的化学形态分异规律、生物有效性与环境行为；明确根际沉积对根-土界面典型重金属的微生态过程、转化机理、生态效应及其主控因子，明晰典型重金属在红树林湿地的固定，形态转化的分子机制，更准确地揭示典型重金属在红树林湿地环境污染的动态特征，为河口红树林湿地重金属污染治理提供新思路。

红树植物对陆海生态交错带的重金属污染物迁移影响是当前一个全球性的科学和环境问题。尽管在红树林重金属迁移转化开展了大量研究，但对红树植物根际界面重金属的分子形态、生物有效性和迁移转化规律仍了解甚少，这很大程度上限制了我们对红树林重金属根际过程机制的全面认识。本项目围绕重金属在根际中扩散、迁移、转化和代谢的关键环节和调控机理，采用现场原位研究与室内栽培模拟相结合的研究手段，整合当前重金属生物有效性研究原位采样技术，重金属与有机质耦合分析的最新研究方法，主要开展了以下研究工作：1）根际沉积对根际圈典型重金属分布模式的影响机制；2）根际沉积驱动对重金属在根-土微域环境的化学形态及生物有效性影响；3）根际沉积对根-土界面典型重金属的微生态过程的主控生态因子。主要结果如下：1）红树植物根际沉积改变了根表-土壤界面的物理化学和生物学性质，导致重金属富集，空间分布与根系空间形态建成有显著的相关性。根际土壤积累的铁、锰明显多于根外土壤，促进重金属在该区域的富集。2）根际沉积改变了沉积物有机质化学特性，在红树植物根际区域，腐殖质的成分转变对重金属结合影响其生物有效性起着制约作用，类腐殖质化合物对红树林沉积物中重金属结合力大。3）红树林湿地中重金属的迁移与形态转化受根系扰动，根际沉积和根系泌氧的影响，根际作用导致微生物对金属的异化还原加强。4）相对于传统提取法，原位采样技术对揭示重金属在红树林中的迁移有明显的优势，重金属和富里酸结合进而随孔隙水迁移。本研究开发了荧光发射光谱结合薄膜扩散梯度采样分析技术，对表征红树林重金属的结合方式，迁移转化的动态特征提供了新方法。本研究成果突破了国内外在红树林湿地根际重金属采样与原位表征的研究瓶颈，对揭示有害重金属迁移转化机制和毒害机理具有重要的理论意义，在滨海湿地复杂环境重金属生物有效性的准确分析及污染防治等方面也有很大的潜在应用前景。