环境因子对重金属胁迫下湿地植物根际微域环境的动态耦合影响

本研究将湿地植物根际微域环境研究置于重金属胁迫下展开，以环鄱阳湖区为例，探讨环境因子对重金属胁迫下的湿地植物根际微域环境化学行为动态耦合过程及响应这个关键科学问题，基于环境科学、水资源与水文学、生态学的理论和GIS、高光谱等先进技术，结合实验室模拟、原位抽提、溶液培养、土壤盆栽等方法，采用毛细管电泳技术、高相液相、电感耦合等离子体、气相色谱等分析技术手段，选择处于不同水位条件下的湿地植物作为研究对象，对重金属胁迫下的根际分泌物、根表铁膜、根际微生物群落变化等进行深入研究，其目的在于（1）揭示鄱阳湖环境因子改变对重金属胁迫下湿地植物根际微环境的动态特征和化学行为影响；（2）从理论上揭示重金属胁迫下的湿地植物根际微环境受水位条件变化的响应机制和规律；（3）揭示湿地水文格局和外界环境条件变化导致重金属在根际环境中的分布迁移过程的变化机理。为鄱阳湖湿地生态恢复重建与植物修复提供科学依据。

离根轴表面数毫米之内微域范围的根际环境具有与土体不一样的物理、化学和生物性质，不仅对探讨土壤-植物根系相互作用的理论很有意义，而且对于揭示湖泊湿地植物消减水体中污染物质的作用大小及其量化，具有十分重要的理论意义，对于鄱阳湖湿地保护和湿地植物的开发利用具有较大的应用价值。.本研究以鄱阳湖湿地为研究区域，以鄱阳湖优势种群中湿地植物为研究对象，围绕着环境因子（温度、Eh、DO、pH、湿地水文条件、根系分泌物、微生物）变化对重金属胁迫下的湿地植物根系微环境化学行为动态耦合过程及生态效应这个关键科学问题，主要开展了以下工作：.（1）通过野外定位调查、实验室模拟、室内溶液培养、盆栽实验等相结合的方法系统地探讨湿地植物在自然条件、人为诱导引起的不同水位条件下的根际微域环境的化学行为变化及因素影响；研究了其他环境因子的改变（pH、氧化还原电位、外源铁胁迫等）对根际微环境的影响，同时对根际微域环境受外界环境因子及湿地水文条件变化的响应机理进行了初步探索。（2）采用根箱方法，对重金属在根际微环境界面的化学行为及形态变化特征进行了探讨，并应用ICP-MS、GC-MS与HPLC分别检测鄱阳湖湿地根际与非根际土中重金属（Cu, Pb, Cd, Zn）的形态特征以及根系分泌物中的低分子量有机酸的含量，以模拟根系分泌的低分子量有机酸作为重金属提取剂条件下沉积物中可溶解态与碳酸盐结合态重金属的提取情况，探讨了根系分泌物对重金属生物有效性的影响以及土壤酶、植物酶的变化。初步通过XANES 、EPR（电子顺磁共振）、扫描电镜、XRD等分析重金属与铁的在植物根表铁胶膜中存在的吸附形式。（3）采用Biolog法及多项指数指标研究了重金属胁迫与根表铁膜共同作用下湿地根际微生物群落结构与响应功能的变化、土壤微生物代谢功能多样性的差异。在室内室外模拟实验的基础上，研究了不同类型湿地尤其是水文情势对微生物群落结构多样性的影响，初步探讨了各影响因子与净化作用之间的关系，微生物数量对湿地净化功能的影响。本项目的试验结果为鄱阳湖湿地植物受水位影响下对重金属的消减提供了重要科学依据。.本项目培养了1名博士研究生和7名硕士研究生，已录用2篇核心论文，1篇SCI论文已投稿，所获得的试验数据还有部分在进一步整理和撰稿中，拟可再投1-2篇SCI论文，完成了项目规定的全部研究内容。