第七届青年地学论坛

湿地植物根部的铁膜是在植物根系泌氧以及根际微生物共同作用下，根际Fe(II)氧化形成活性铁氧化物在根表沉淀堆积的产物。因其特殊的物理和化学结构，铁膜可以通过吸附和共沉淀作用影响氮、磷等常见营养元素及重金属等痕量元素在土壤中的生物有效性。湿地植物在潮滩分布及生长受到周期性潮汐所带来的沉积物氧化还原电位（Eh）变异的强烈影响。潮滩土壤Eh的变异影响了沉积物中铁锰等元素的价态转变，从而对湿地植物铁膜的形成产生影响。此外，湿地植物根际高浓度有机碳和微需氧环境有利于各种铁氧化菌(IOB)和铁还原菌(IRB)的富集，使根际成为Fe(II)/Fe(III)快速周转的热点。在河口湿地中，潮滩高程导致的包括Eh在内的土壤理化因子的空间异质性也深刻塑造着根际IOB和IRB菌群，并对植物根际铁膜的形成产生影响。本研究通过人工气候室的控制实验和野外不同潮滩植物的采样分析，研究了周期性淹水影响下典型湿地植物互花米草和芦苇根部铁膜形成的生物和非生物影响因素，并探讨了铁膜的形成对于植物的重金属吸收转运以及抗逆性方面的作用。结果表明适合的淹水时间能够促进铁膜的形成，与之相对应的是在潮滩实际环境中位于中低潮滩的植物形成更多的铁膜，且高的潮滩土壤Eh有助于植物形成更多的结晶态铁膜。通过环境扫描电镜及X射线能谱仪分析，配合铁膜提取及其元素分析，发现互花米草根部铁膜的组成（结晶态和无定形态）及其形成的多少与其吸附的重金属元素之间的在一定范围内呈现正比的关系，表明铁膜形成在一定程度上有助于截留吸附土壤中的重金属。在充分考虑最适淹水周期（6h/d）的情况下，互花米草根表铁膜形成的数量与基质Fe(II)浓度之间呈剂量依赖性正相关，且随着基质Fe(II)浓度的升高，铁膜中结晶态铁氧化物的比例也显著升高。铁膜含量的增加，显著降低了重金属元素（Cu，Zn，Pb和Cr）向互花米草地上部分的转运，从而提高了植物的抗逆性，表现为叶片乙醇脱氢酶（ADH）、厌氧多肽（ANPs）等抗氧化保护酶/剂的活性和含量的提升，叶片MDA含量（膜脂过氧化程度）的降低，以及叶绿素含量的显著增加。通过野外不同潮滩的湿地植物（芦苇和互花米草）根部铁膜含量以及根际的菌群分析和纯化培养，发现芦苇的铁膜含量显著高于互花米草的（约为后者的2-3倍），且芦苇根际相对于互花米草根际也富集了更多的以假单胞菌（Pseudomonas）以及地杆菌属（Geobacter）为优势菌群的IOB和IRB以及相对于高潮滩更高浓度的Fe(II)。这表明铁细菌在湿地植物的根表铁膜的形成中也发挥一定的作用。
 

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