摘要

濕地是地球上一種重要的、獨特的、多功能的生態系統。濕地覆蓋地球表面僅有6%，卻為地球上20%的已知物種提供了生存環境，在全球生態平衡中扮演著極其重要的角色，有著“地球之腎”的美名。它不僅為人類提供大量食物、原料和水資源，而且在維持生態平衡、保持生物多樣性和珍稀物種資源以及涵養水源、蓄洪防旱、降解污染調節氣候、補充地下水、控制土壤侵蝕等方面均起到重要作用。濕地是營養物質的“匯”，承納降水、河流泛濫、潮汐、地表水和地下水攜帶的各種營養物、污染物及泥沙等。濕地具有很強的降解和轉化污染物的能力，以至于世界許多地方都通過建立人工濕地來凈化污水。當今大量工農業廢水、生活污水的排放以及農藥、化肥的使用遠遠超出濕地排污降污能力，嚴重的污染對濕地生態系統的結構與功能會造成巨大影響。

濕地植物是湖泊生態系統重要組成部分，對濕地生態系統結構和功能的維持具有重要作用。可以直接攝取利用流入濕地污水中的營養物質、吸收富集污水中的重金屬等有毒有害物質。許多水生植物，包括挺水、浮水和沉水植物，它們的組織中富集重金屬的濃度比周圍水中濃度高出10萬倍以上。許多植物還含有能與重金屬鏈接的物質，從而參與金屬解毒過程。特別是水湖蓮、香蒲、蘆葦對含高濃度重金屬如鎘、銀、銅、鋅、釩等的污水處理效果十分明顯。因此開展濕地植物研究對保護濕地生態系統具有十分重要的意義。

植物根系是各類污染物進入植物體的重要途徑之一，淹水環境條件下，許多濕地植物根系都具有向根際環境釋放氧氣和氧化性物質，在根表和根際形成鐵、錳氧化物膜（以下簡稱鐵/錳膜）的能力。生長在植物根表的鐵/錳膜是植物根系吸收養分和污染物的門戶，通過離子之間的吸附-解吸、氧化-還原、有機-無機的絡合等作用改變根際環境中重金屬離子和養分的存在形態，從而影響這些離子的生物有效性。鐵膜的形成不僅影響植物對營養元素的吸收利用，而且影響根際土壤中重金屬的遷移和轉化，對污染物的消減及調控有著重要的生態環境意義。

鄱陽湖濕地是我國首批列入《國際重要濕地名錄》的七塊區域之一，作為國際重要濕地，生物多樣性保護功能與地位十分突出，在全球遷徙候鳥和長江江豚保護方面具有重要地位。保護鄱陽湖濕地是長江中下游地區生態安全和社會經濟發展的重要保障，鄱陽湖“一湖清水”的保護研究成為一項極其重要又極為緊迫的重大課題。鄱陽湖濕地對鄱陽湖水質、水體富營養化、重金屬的遷移轉化等具有重要作用。但近年來，鄱陽湖水質下降、水體富營養化、調蓄功能減退、生物資源衰退等生態問題日趨嚴重，濕地生態安全越來越突出，已成為鄱陽湖區乃至江西省實現可持續發展的限制因素之一。在鄱陽湖區域土壤鐵錳含量高、濕地水位變化大的情況下，濕地植物根表鐵/錳膜在消減污染物尤其是重金屬時是如何通過土壤-植物體系轉運重金屬，其作用機制是什么？這些問題值得進一步深入研究。

本書的主要目的是：（1）調查研究土壤鐵含量高的湖泊濕地，主要優勢植物根表鐵膜的變化特征；（2）揭示水位情勢變化和生態環境脅迫對濕地植物根表鐵/錳膜的影響特征和動態響應規律；（3）通過不同表征技術探討植物根表鐵膜對重金屬的作用機理；（4）闡明不同水文情勢下濕地植物根表鐵/錳膜對重金屬的轉運機制。

為探索湖泊濕地植物根表鐵膜對濕地植物富集重金屬的作用，本研究以典型淡水湖泊濕地——鄱陽湖濕地為例，采用溶液培養和土-砂聯合培養的試驗方法，結合掃描電鏡-能量色散譜（SEM-EDX)以及化學提取法（DCB法），研究鄱陽湖濕地植物根表鐵膜的形成以及對鉛在植物體內累積和遷移轉化的影響。

本書的研究內容主要分為10章，各章節的主要內容如下：

第一章 研究分析了國內外植物根表鐵膜的研究概況；

第二章 研究分析了鄱陽湖濕地植物分布特征及濕地土壤的污染現狀；

第三章 調查研究了鄱陽湖濕地土壤鐵含量的分布特征；

第4章調查了鄱陽湖濕地植物根表鐵膜的含量為禾本科＞莎草科＞蓼科＞菊科。不同植物種類根表鐵膜的含量具有顯著性差異，即使是同屬一科的濕地植物，其根表鐵膜的含量也存在差異，如同屬于莎草科的苔草根表鐵膜的含量是剛毛荸薺的6倍；不同生境中，活性鐵含量高的南磯山濕地植物根表鐵膜量普遍高于吳城；不同季節采集三種鄱陽湖優勢種群濕地植物的根表鐵膜量也存在差異，11月份植物根表鐵膜的含量高于4月份。

第5章探討了植物根系氧化力、溶液pH值、Fe2+濃度、培養時間、水位變化以及根系分泌物等對根表鐵膜的形成具有顯著影響。根系氧化力高的苔草根表鐵膜的含量高于根系氧化力弱的虉草；當pH為5.5～6時，兩種濕地植物鐵膜含量均達到最高值；兩種植物的根表鐵膜都隨溶液中Fe2+濃度的增加而增加，根表鐵膜的量與溶液中Fe2+濃度具有顯著的正相關；苔草根表鐵膜的含量隨誘導時間的增加呈現先升高后變緩的趨勢，7d作為苔草根表鐵膜含量的最佳形成時間；隨著淹水水位的增加，苔草和虉草根表鐵膜的含量均有所增長，在淹水2～3cm前根表鐵膜的含量隨土壤水分含量的增加而增加；根系分泌物中的草酸、蘋果酸和檸檬酸等能與溶液中的Fe2+發生螯合從而降低了溶液中Fe2+濃度，減少了鐵膜的含量。

第6章研究了培養時間對苔草的生長、根系氧化力、根表鐵膜的含量以及鐵膜的活性具有影響。苔草根表鐵膜的含量隨培養時間的增加呈現先上升后降低的趨勢，第一周根表鐵膜的生成速率最大，第三周趨于平衡，第四周開始鐵膜的生成速率開始出現負值，鐵膜的含量開始下降；苔草根系氧化力隨培養時間呈現出先增加后降低的趨勢，且低濃度的鐵可以促進苔草的根系氧化力；苔草根表鐵膜無定形態的鐵只占鐵氧化物總量的6%～18%，大部分的鐵為結晶態的鐵氧化物。從第五周開始，苔草根表鐵膜開始出現老化現象。

第7章通過不同的表征技術探討分析了根表鐵膜對重金屬的作用機理。通過電鏡掃描（SEM）觀察可知，苔草根表面有一層非結晶態的顆粒物沉積在表皮細胞外，但分布并不均勻。不同鐵濃度水平下，鐵膜的緊密程度也不一致，不加鐵處理的根表鐵膜比較稀疏，加鐵處理的苔草，根表鐵膜更密實。由能譜分析（EDX）分析得出，苔草根表鐵膜主要含有C、O、Al、K、Si、Ca、Fe等，有鐵膜的根表鐵的含量高于無鐵膜的植物根表。通過XRD分析得出，根表鐵膜主要是結晶態的鐵α-Fe2O3（赤鐵礦）。

第8章研究分析了鄱陽湖濕地植物苔草和虉草根表鐵膜對溶液中的鉛具有吸附作用。鉛在苔草和虉草中的分配為鐵膜＞根內＞地上部分，約有50%～60%累積在根表鐵膜中，根表提取的鉛含量與根內鉛含量具有顯著的相關性。約90%的鉛累積在根內，說明根表鐵膜能夠吸附鉛，且在一定程度上可以抑制鉛由根內向地上部分遷移。

第9章研究分析了鄱陽湖濕地植物苔草根表鐵膜對土壤中的鉛具有富集作用。苔草根表鐵膜的含量受土壤中Fe2+添加量以及鐵、鉛交互作用的影響，但鉛的添加對根表鐵膜含量的影響并不顯著。在鉛濃度為0～100mg·kg-1（處于鄱陽湖濕地土壤目前實際的鉛濃度范圍內）時，添加500mg·kg-1的鐵，苔草根表鐵膜的含量可達到13.63g·kg-1，根部鉛的百分含量提高了14.95%，苔草根表鐵膜促進了鉛在根部的累積。苔草鉛的TFroot和TFshoot在不同處理中分別為0.61～3.32和0.17～0.90，加鐵處理可增加苔草鉛的TFroot，降低TFshoot，鉛在苔草中的DC隨著鐵濃度的提高而顯著降低。苔草根表鐵膜的存在促進了鉛從苔草根表向根內遷移，而且大量富集在根內。對于鄱陽湖濕地這種低鉛污染的土壤，可添加鐵來增強根表對土壤中鉛的吸附，促進鉛由濕地土壤向苔草根系的遷移，起到凈化濕地土壤重金屬的作用。從而避免了濕地土壤中的重金屬通過“土壤-水生生物-候鳥”生物鏈間接被候鳥吸收。

第10章對研究中的不足和研究展望進行了探討。通過開展上述問題的研究，對明確污染物在濕地植物根際環境中的分布、遷移機制、生物有效性以及消減功能有重要的指導意義，研究結果可為發展濕地土壤污染的植物根際高效修復技術提供理論依據，也可為鄱陽湖將來控湖后生境變化對植物消減污染物的影響提供重要理論依據，還可供其他淺水、淡水湖泊濕地保護借鑒與參考。