福建晋江河口红树林恢复湿地土壤、间隙水重金属与微塑料的分布特征及其环境意义

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植物修复是河口湿地修复最重要的方法之一。然而,重金属、微塑料等污染物借助外力进入湿地环境的过程中,会对湿地修复产生影响。本研究以福建晋江河口红树林恢复湿地作为研究对象,探究了土壤重金属总量及其赋存形态的分布特征及释放风险;对土壤重金属总量分布的动态变化进行了分析。研究了不同种植密度下土壤微塑料的分布特征及其对湿地土壤特性的影响。初步探讨了不同种植密度下红树林恢复湿地土壤间隙水重金属的分布特征与释放风险,分析了土壤间隙水微塑料的形态、表面特征及丰度。研究结果表明:红树林恢复湿地中植被低密度恢复区土壤有机质(SOM)、总氮(TN)和总磷(TP)的含量分别比高密度恢复区高35.8%、18.03%和21.36%。在“老鼠勒-秋茄-桐花树”恢复模式下,SOM、TN和TP较易积累,并且该模式下,各土壤重金属含量均较低。根据重金属污染评价结果,除Cd外,其他8种元素的均未达到高污染水平或没有污染。随着湿地恢复时间的增加,TP逐年上升,TN逐年下降,而重金属含量伴随湿地的修复时长有所下降,特别是Cu、Cr、Ni、Pb、Cd含量在第5年显著低于前期,污染水平也显著降低。根据重金属形态与总量的比例发现,除Cd主要以弱酸可提取取态存在外,其余8种元素均主要以残渣态存在。大部分金属赋存形态的分布受黏粒、粉砂粒、p H值和SOM的影响。红树林恢复湿地中,恢复模式为“秋茄-木榄-红海榄”样地的土壤微塑料丰度为563.3-6196.7 n/500 g,且不同种植密度下土壤微塑料丰度分布差异显著。其中粒径为0.038-0.5 mm的微塑料占比最大为70.9%,其余粒径微塑料占比均<20%,说明粒径越小的微塑料越容易在湿地土壤中积累。经拉曼光谱鉴定,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,占52%)、聚乙烯(PE,占24%)和聚丙烯(PP,占15%)三种微塑料是该类样地土壤中最普遍和最主要的微塑料。扫描电镜(SEM)图像显示,断裂、撕裂、凹坑和其他物质的粘连是微塑性降解的共同特征,并且EDS能谱显示微塑料表面会检测出大量金属元素,表明微塑料可成为重金属元素的载体、重要来源。微塑料涤纶树脂(PET)因其吸附粘性,能够影响土壤粒径的分布,如降低土壤中黏粒占比,但增加砂粒占比,这可能影响土壤质地与结构。除了土壤p H值外,其他理化因子均在PET的作用下有明显变化。PET显著降低了湿地土壤中氮、磷的含量,并显著降低了土壤磷酸酶的活性。PET可以加速土壤硝化过程,从而降低了NH4+-N的含量,进而影响土壤中氮的转化。而CV分析结果反映了植被区土壤较裸地土壤更易受PET的影响,导致其各理化因子的变化较大。恢复模式为“秋茄-木榄-红海榄”样地的土壤间隙水重金属的空间分布变化较大,受植被种植密度、土壤性质和外部重金属输入的影响。间隙水标准毒性单位(IWCTU)和内梅罗指数(NI)的结果显示,间隙水中重金属的污染水平普遍较高,对环境生物的生存生长有不利影响。此外,本文初步探究了红树林恢复湿地间隙水微塑料的类型及丰度分布特征,整个研究区间隙水微塑料的丰度为306.7~553.3 n/L。并且,红树林不同种植密度能够显著影响微塑料的丰度分布,最大值出现在植被种植密度为0.5×0.5 m的恢复区。此外,由拉曼光谱鉴定出聚乙烯(PE,49%)、聚丙烯(PP,21%)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,11%)是间隙水中最普遍和最主要的微塑料。SEM/EDS分析显示了与土壤微塑料相一致的特征,均有断裂、撕裂、凹坑和粘附其他物质等表面特征,且表面能够吸附大量金属元素。
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