湿地植物根表铁膜研究进展

湿地植物具有一系列生理和结构上适应浸水环境的特征,如根系的通气组织和渗氧能力,这使得植物根际微环境处于氧化状态,这样土壤中的铁和锰会在植物根表被氧化而形成红棕色的铁锰氧化物胶膜.土壤中的铁锰元素和局部的氧化环境是铁膜形成的2个重要条件.铁膜的主要组分为铁锰的氧化物及其水合物,它是一种两性胶体,可以通过离子之间的吸附-解吸、氧化-还原、有机-无机的络合等作用改变根际环境中重金属阳离子和养分的存在形态,从而影响这些离子的生物有效性,进而能影响土壤-湿地植被体系中污染物和养分的迁移.本文主要综述了湿地植物根系铁锰氧化物胶膜的形成、组成以及对植物吸收外部介质中的重金属和养分的影响,并提出了在今后的研究中仍值得进一步探讨和解决的问题.

Abstract：

Wetland plants have a series of physiological and anatomical characteristics to adapt flooding habitat, e.g. , their root aerenchyma and oxygen-penetrating capability can make the rhizospheric micro-environment be under oxidation condition, resulting in the formation of Fe/Mn plaques on root surface. Soil Fe and Mn and thee micro-environment oxidation condition are the two important prerequisites for the formation of the Fe/Mn plaques. The plaques are mainly com-posed of Fe-and Mn-0xides and their hydrates, which can alter the forms of heavy metals and nu-trients in rhizospberic micro-environment via the actions ahserption-desorption, oxidation-reduc-tion, and organic-inorganic chelation, etc. , and thereby, affect the bioavailability and the migra-tion of pollutants and nutrients in wetland soil-plant system. This paper reviewed the researches about the formation and composition of Fe/Mn plaques on wetland plant root surface, and the effects of the plaques on the heavy metals and nutrients uptake by wetland plants. Some problems worthy to be further approached were discussed.     

湿地植物根表铁膜研究进展

为了适应渍水环境,许多湿地植物都具有根系泌氧、形成铁膜的能力。因铁膜具有特殊的物理或化学结构,可以通过吸附和共沉淀作用影响元素在土壤中的化学行为和生物有效性,在植物吸收营养元素和重金属中起重要作用。综述了湿地植物根表铁膜的形成、影响因素以及根表铁膜对营养元素和重金属的生态环境效应,从表征技术方面阐述了根表铁膜的作用机制。对今后的研究方向给出如下建议:(1)扩大研究领域;(2)铁膜形成的动态变化过程;(3)铁膜对植物生理形态的影响;(4)利用先进的表征技术以确定铁膜的作用机制。     

3种湿地植物对锌的吸收分配及其与根表铁氧化物胶膜的关系

在室内培养条件下,以灯心草、茭白和美人蕉3种湿地植物为材料,研究了湿地植物对锌的吸收分配能力与根表铁氧化物胶膜之间的关系.结果表明:(1)3种湿地植物积累锌的总量大小顺序为:茭白>美人蕉>灯心草,茭白积累锌的总量是灯心草的1.79倍;它们根表铁氧化物胶膜含量表现为灯心草>茭白>美人蕉,且其间存在显著差异(P<0.05).(2)锌在湿地植物中分配比例表现为;根中锌量>地上部分锌量>根表铁氧化物胶膜上吸附锌量;锌主要积累在湿地植物根中,地上部分和根表铁氧化物胶膜上吸附的锌量无显著差异.(3)湿地植物根表铁氧化物胶膜上吸附锌的数量与湿地植物地下部分锌含量呈极显著正相关(r=0.983 5**),增加根表铁氧化物胶膜上锌的数量就能明显提高地下部分锌含量;每千克土壤加入1 g FeSO4后,3种湿地植物积累锌的总量平均增加了21%.可见,湿地植物根表铁氧化物胶膜对锌的吸附也是湿地植物固定或积累锌的重要途径之一.     

铁锰氧化物提高巴斯德梭菌电子输出率

[背景]发酵型异化金属还原菌通过发酵获取能量,同时也具有一定的异化还原变价金属氧化物的能力,关于变价金属氧化物对发酵型异化金属还原菌电子输出率的影响还知之甚少。[目的]探究铁锰氧化物(Fe2O3/MnO2)对发酵型异化金属还原菌Clostridium pasteurianum电子输出率的影响。[方法]将不同浓度Fe2O3/MnO2添加到以葡萄糖为底物并接种5%C.pasteurianum的发酵体系中,利用电化学工作站检测C.pasteurianum电化学特性;以菲啰嗪(Ferrozine)显色法和甲醛肟法分别测定发酵体系中Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)含量;气相色谱、高效液相色谱检测发酵底物葡萄糖及代谢产物(乙酸、丁酸、CO2和H2)随发酵时间的变化情况;最后计算发酵过程的电子输出率。[结果]研究表明,接种C.pasteurianum的微生物燃料电池可以检测到电流的产生,最大电流密度为0.93 mA/m^2;随着发酵时间的推移,反应体系中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的浓度逐渐增高;Fe2O3/MnO2的添加使发酵体系中葡萄糖消耗量提高了9.4%/7.7%,同时,乙酸产量提高了37.5%/25.0%,丁酸产量提高了22.7%/6.8%,氢气产量提高了21.6%/9.8%,而总的电子输出率则提高了24.27%/10.82%;添加铁锰氧化物的实验组pH值与对照组相比无显著差异。[结论]铁锰氧化物的添加可以提高C.pasteurianum的电子输出率,其原因可能是增加了葡萄糖消耗和缓冲pH值。研究结果为揭示变价金属氧化物影响发酵型异化金属还原菌电子输出的规律提供了证据,并进一步拓展了对变价金属氧化物与发酵型异化金属还原菌之间相互作用机制的认识。     

几种红树植物模拟湿地系统对污水中重金属的净化效应

在温室中建立无瓣海桑(Sonneratia apetala)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、秋茄(Kandelia candel)、无瓣海桑+木榄(S.apetala+ B.gymnorrhiza)、无瓣海桑+秋茄(S.apetala+ K.candel)、无瓣海桑+桐花树(S.apetala+ A.corniculatum)等7 种模拟湿地系统, 用正常浓度污水(SW)、5 倍浓度污水(FW)和10 倍浓度污水(TW)3 种人工配制的生活污水分别对7 种模拟湿地系统进行污灌6 个月。结果发现: 7 种人工模拟湿地生态系统对污水中重金属的净化率与红树植物种类以及污水中重金属浓度有关。当灌正常浓度污水时, 7 种人工模拟湿地生态系统对Pb 和Mn 的总净化率以无瓣海桑+秋茄最大, 对Cu 的总净化率以桐花树最大, 对Zn 和 Cd 的总净化率以无瓣海桑+桐花树最大。当灌5 倍浓度污水时, 7 种人工模拟湿地生态系统对Pb 总净化率以无瓣海桑+桐花树最大, 对Cu 和Cd总净化率以无瓣海桑+秋茄最大, 对Zn 和Mn 总净化率以无瓣海桑+木榄最大。当灌10 倍浓度污水时, 7 种人工模拟湿地生态系统对Pb、Mn 的总净化率以无瓣海桑+秋茄最大, 对Cu 的总净化率以秋茄最大, 对Zn 的总净化率以无瓣海桑+木榄最大, 对Cd 总净化率以无瓣海桑最大。重金属有95%以上是积累在土壤中, 表明土壤子系统是人工模拟湿地系统净化的主体。     

湿地中的植物入侵及湿地植物的入侵性

湿地享有“自然之肾”之称,但湿地生态系统正在受到严重的破坏,植物入侵已经成为干扰湿地生态系统的重要因素。同时湿地植物具有高度的入侵性,湿地和植物入侵都是现代生态学的研究热点。本文总结分析了湿地容易受到入侵的6种主要原因,包括湿地生境类型多样,分布广泛;湿地位置与植物扩散路线相关性;干扰;富营养化;湿地的脆弱性;外来种缺少天敌等。归纳了21种全球性主要湿地入侵植物种及其生态习性,并对湿地植物具有高度入侵性的共同特点以及解释湿地入侵现象的5种假说:天敌逃避说、宽耐受性假说、有效利用说、杂种优势说和异株克生说等作了综述分析。     

植物根表铁膜的形成及其营养与生态环境效应

论述了根表铁膜的形成条件、形态和矿物学组成及在根表的沉积位置,讨论了根表铁膜作为铁库改善植物Fe营养、影响P、Zn等营养状况的植物营养效应以及铁膜通过吸附或共沉淀的外在抗性机制和竞争代谢敏感位点的内在抗性机制,在提高植物抵抗Cu、Ni、Cd、As等重金属毒害和强酸、低碳的逆境环境等方面的生态环境效应．     

根表铁氧化物胶膜对水稻吸收Zn的影响

采用营养液培养方法研究了水稻根表形成的铁氧化物胶膜对水稻吸收Ｚｎ的影响．结果表明,在有Ｆｅ２＋的嫌气环境中,由于根际氧化作用水稻根表会形成红色的铁氧化物胶膜,根表的铁氧化物胶膜影响水稻对Ｚｎ的吸收．铁膜数量较少时,由于对Ｚｎ的富集作用有限,其对水稻Ｚｎ的吸收虽有促进作用,但不明显．随着根表铁膜数量的增加,这种促进作用也相应增加,并且在铁膜数量增加到一定值时,对水稻吸收Ｚｎ的促进作用达到最大．而后,随着铁膜数量的进一步增加,铁膜反而阻碍水稻对Ｚｎ的吸收,成为水稻吸收Ｚｎ的障碍层．在此过程中,水稻的根分泌物,特别是其中的植物铁载体对覆有铁膜水稻根系吸收Ｚｎ有促进作用．这种促进作用随铁膜数量的增加而逐渐减弱．因此,根表铁氧化物胶膜对水稻吸收Ｚｎ并不总是起促进作用,其作用的方向和程度取决于铁膜的数量．     

湿地系统中植物和土壤在治理重金属污染中的作用

重金属污染环境的治理是目前环境工程的核心课题。湿地作为水陆相互作用形成的独特生态系统,在重金属污染治理中的作用倍受关注。对湿地植物、土壤在治理重金属污染中所起的关键作用及其机理做一综述,并对治理重金属污染的湿地构建提出几点建议。     

安徽枞阳湿地植被及植物资源的研究

枞阳湿地地处安徽省长江干流中段北岸 ,大约北纬 30°39′～ 31°0 5′,东经 1 1 7°0 4′～1 1 7°44′。该区有 4种湿地类型 ,即湖泊湿地、长江二级河流湿地 ,江心洲及江滩湿地和库塘湿地等 ,其中湖泊湿地面积最大 ,约 2 1 3.6km2 。该湿地计有水生及湿生维管植物 1 0 1种 ,分属37科 67属。文中分析了湿地维管植物的生活型、生态习性、群丛特征及价值 ,提出了湿地资源保护和利用措施。     

Red mud (RM)-Induced enhancement of iron plaque formation reduces arsenic and metal accumulation in two wetland plant species

Human activities have resulted in arsenic (As) and heavy metals accumulation in paddy soils in China. Phytoremediation has been suggested as an effective and low-cost method to clean up contaminated soils. A combined soil-sand pot experiment was conducted to investigate the influence of red mud (RM) supply on iron plaque formation and As and heavy metal accumulation in two wetland plant species (Cyperus alternifolius Rottb., Echinodorus amazonicus Rataj), using As and heavy metals polluted paddy soil combined with three rates of RM application (0, 2%, 5%). The results showed that RM supply significantly decreased As and heavy metals accumulation in shoots of the two plants due to the decrease of As and heavy metal availability and the enhancement of the formation of iron plaque on the root surface and in the rhizosphere. Both wetland plants supplied with RM tended to have more Fe plaque, higher As and heavy metals on roots and in their rhizospheres, and were more tolerant of As and heavy metal toxicity. The results suggest that RM-induced enhancement of the formation of iron plaque on the root surface and in the rhizosphere of wetland plants may be significant for remediation of soils contaminated with As and heavy metals.     

重金属污染土壤的湿地生物修复技术

生物修复技术是近年来发展起来的一种有前途的污染治理技术,重金属的湿地植物稳定技术和植物萃取技术等植物修复技术是一研究热点;同时,针对微生物对重金属的生物积累、生物转化及生物修复作一分析,重金属的生物修复生理机制及其提高富集效率的条件作一综述,以期推动国内这一国际热点领域的研究。     

人工湿地处理凡口铅锌矿金属废水的稳定性分析

研究了宽叶香蒲Typha latifolia人工湿地系统处理广东韶关凡口铅锌矿选矿废水的稳定性.历时10年的监测结果表明该系统能有效地净化铅锌矿废水.未处理的废水含有高浓度的有害金属,Pb(11.5mg·L-1),Zn(14.5 mg ·L-1),Cd(0.05 mg·     

崇明东滩湿地营养盐与重金属的分布与累积

测定了崇明东滩湿地盐沼植物和沉积物中TN、TP、重金属Cu、Zn、Pb和Cd的含量,阐明了它们在湿地中的分布与累积特征,评估3种盐沼植物对营养盐和重金属的富集能力,并讨论了互花米草入侵对长江口湿地生态系统可能造成的影响.海三棱镳草地上部分的TN、Cu、Pb和Cd的含量均显著高于芦苇和互花米草（p＜0.01）,而地上部分TP和Zn却表现为：海三棱镳草和互花米草无显著性差异（p＞0.05）,但均显著高于芦苇（p＜0.01）.东滩湿地沉积物中TN和重金属的分布与累积特征为：芦苇带＞互花米草带＞海三棱镳草带＞光滩,即随着高程的增加,沉积物中TN和重金属的含量逐步上升;但沉积物中TP含量变化不大,基本维持在0.06%左右.基于盐沼植物地上部分的生物量,估算了3种盐沼植物地上部分的营养盐和重金属库,结果表明：互花米草地上部分的养分库和重金属库均大于芦苇和海三棱镳草,表明收获互花米草对环境的净化效果最佳,特别对磷的去除效率是最高的.     

Phytochelatins and heavy metal tolerance

The induction and heavy metal binding properties of phytochelatins in heavy metal tolerant (Silene vulgaris) and sensitive (tomato) cell cultures, in water cultures of these plants and in Silene vulgaris grown on a medieval copper mining dump were investigated. Application of heavy metals to cell suspension cultures and whole plants of Silene vulgaris and tomato induces the formation of heavy metal–phytochelatin-complexes with Cu and Cd and the binding of Zn and Pb to lower molecular weight substances. The binding of heavy metal ions to phytochelatins seems to play only a transient role in the heavy metal detoxification, because the Cd- and Cu-complexes disappear in the roots of water cultures of Silene vulgaris between 7 and 14 days after heavy metal exposition. Free heavy metal ions were not detectable in the extracts of all investigated plants and cell cultures. Silene vulgaris plants grown under natural conditions on a mining dump synthesize low molecular weight heavy metal binding compounds only and show no complexation of heavy metal ions to phytochelatins. The induction of phytochelatins is a general answer of higher plants to heavy metal exposition, but only some of the heavy metal ions are able to form stable complexes with phytochelatins. The investigation of tolerant plants from the copper mining dump shows that phytochelatins are not responsible for the development of the heavy metal tolerant phenotypes.     

Phytostabilization of iron ore tailings through Calophyllum inophyllum L

The phytostabilization of waste material generated during mining and processing of iron ore through Calophyllum inophyllum L. have been investigated. Iron ore tailings and its varying composition with garden soil were taken to study plant growth, chlorophyll content and metal uptake pattern of Calophyllum inophyllum L. These studies indicate that 100% survival of plant species was noted in all the treatments without any toxicity symptoms. The increase in growth parameters and chlorophyll content along with the high metal accumulation in plant tissues suggests that Calophyllum inophyllum L. may be a potential tool for phytoremediation. The accumulation of Pb (1662 microgm/gm) and Fe (2313 microgm/gm) was observed to be maximum in the plant tissues followed by Cu, Zn, Cr, and Ni. The TF values for most of the heavy metals was observed to be > 1 which indicates that the plant can efficiently translocate these toxic metals to its above ground parts. Removal of more than 30% of the most of the heavy metal like Fe, Pb, and Cu & Zn has been observed in all the treatments during one year of observation. The overall study clearly suggests that the plant can be used as an efficient tool for restoration of mining wastes and other similarly contaminated sites.