沉水植物莖葉微界面調控重金屬生物富集機制研究

《沉水植物莖葉微界面調控重金屬生物富集機制研究》是依託南京師範大學，由韓睿明擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：沉水植物莖葉微界面調控重金屬生物富集機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韓睿明
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

沉水植物莖葉表面附著水體中各種物質形成莖葉-水微界面，產生的氧化-還原異質環境是水中氮素轉化機制的重要基礎，其對莖葉吸收富集水體重金屬污染物過程的調節機制尚待探討。本項目擬綜合運用微觀與巨觀分析、原位與實驗模擬相結合的方法，對沉水植物莖葉微界面調節水體重金屬富集機制進行深入研究。通過微量化學分析技術測定典型沉水植物莖葉微界面物質組成結構、時空變化特徵與重金屬吸附動態；利用高解析度微電極技術測定莖葉微界面溶解氧、pH、氧化還原電位等環境因子，分析其對重金屬吸收時空動態的影響；通過掃描電鏡、同位素示蹤、質譜分析技術，測定不同水體富營養化水平及不同光合及呼吸作用強度時莖葉重金屬富集規律。辨明微界面在重金屬經莖葉進入植物體過程中的促進或阻礙作用，揭示微界面組成和結構差異對重金屬進入沉水植物莖葉的影響，探討水體富營養化、植物光合及呼吸作用調控莖葉重金屬元素富集的機制，為水體生態修復提供科學支撐。

結題摘要

背景：沉水植物莖葉表面附著水體中各種物質形成莖葉-水微界面，產生的氧化-還原異質環境是水中氮素轉化機制的重要基礎，其對莖葉吸收富集水體重金屬污染物過程的調節機制尚待探討。 主要研究內容：（1）沉水植物莖葉微界面組成和結構特徵。包括不同富營養化程度下沉水植物莖葉微界面的物質組成和顯微結構；沉水植物不同生長階段莖葉微界面組成與結構變化規律；（2）微界面環境因子表征及其對重金屬脅迫的回響。利用微電極技術，測定典型沉水植物莖-葉微界面DO、pH、Eh等環境因子，分析不同生長階段重金屬處理下，微界面主要環境因子變化規律；沉水植物微界面重金屬脅迫下生長變化與生理脅迫回響；（3）莖葉微界面對典型沉水植物莖葉重金屬富集的影響。測定典型沉水植物莖葉微界面對3種重金屬元素（Cu、Cd、Zn）在莖、葉及微界面中的累積動態；測定脅迫下沉水植物吸收水體營養鹽動態，闡明光合作用對微界面調控莖葉重金屬富集過程的影響；（4）流域重金屬富集特徵及生態風險評價。以射陽河流域為研究區，選取7種代表性重金屬元素，綜合利用沉積學、地統計學等多種研究手段，探究沉積物重金屬濃度空間分布與來源，了解研究區域重金屬污染歷史，評價重金屬污染程度與生態風險，以及其與人為誘導的土地利用/土地覆蓋變化的關係。 主要結果及意義：沉水植物微界面結構複雜，異質性大，具明顯的時空變化特徵，附著生物具反硝化作用活性，生態意義重大。水體營養鹽負荷、底質狀況、光照是影響沉水植物微界面結構的主要環境因子。不同沉水植物莖葉微界面結構存在差異，同時，生長階段對莖葉微界面結構有明顯的影響。重金屬對萌芽期的植株微界面的環境因子分布影響較大，對衰亡期影響次之，成熟期影響最小。微界面附著物葉綠素含量在重金屬處理下呈上升趨勢，與植物相反，對金屬進入植物體內具有促進作用。流域尺度上，人類源是區域重金屬濃度升高的主要因素。高覆蓋度的草林地可削減流域內重金屬污染。