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红树林是生长在热带、亚热带河口海湾地区的木本植物群落,具有极高的生态价值和经济价值,但红树林湿地由于其独特的生境特征及强烈的人为干扰,面临着日益严重的重金属污染问题。其中,砷(As)由于具有强烈的致癌作用且影响植物正常新陈代谢,成为近几年红树林污染生态学研究的重要内容。目前,红树林As污染的研究主要集中于As在红树林湿地系统中的空间分布、生态风险评估以及As在沉积物中的赋存状态三个方面,有关As胁迫下红树植物的响应机制及红树植物生长对沉积环境中As迁移转化的影响鲜有报道。本研究以我国常见先锋红树植物白骨壤为试材,以砷为研究对象,通过营养液栽培、根系模拟栽培和吸附试验相结合的方法,开展红树植物根际对砷污染的响应及砷在红树根-土系统中迁移规律的研究,本研究主要结论如下: 1.沙培实验研究表明:As和硫(S)的施加对白骨壤幼苗根系泌氧(ROL,radial oxygen loss)、根表铁膜以及铁膜中As含量具显著影响。As的添加抑制了白骨壤ROL、铁膜的形成,随着As浓度的增加,白骨壤幼苗ROL和铁膜中铁(Fe)含量逐渐降低并与对照组具有显著差异;随着S浓度的增加白骨壤ROL和铁膜Fe含量逐渐增加,铁膜中As含量降低。说明S通过促进白骨壤ROL和铁膜的形成,抑制As进入白骨壤体内。白骨壤ROL与铁膜含量呈显著正相关关系(r=0.532,n=45,p<0.001)。 2.As、S交互作用下白骨壤根系分泌物低分子量有机酸(LMWOAs)主要以草酸、苹果酸和柠檬酸为主,其中草酸含量最高,占总有机酸含量的73.35-74.36%。白骨壤LMWOAs随着As处理浓度的增加先增加后降低,而随着S浓度的增加而增加。草酸、苹果酸和柠檬酸含量在As、S作用下变化不同:随着As浓度的增加柠檬酸含量逐渐降低,草酸和苹果酸含量先增加后降低;柠檬酸含量随着S浓度的增加先增加后降低,而草酸和苹果酸随之增加。 3.As、S交互作用对白骨壤幼苗根和叶中As和S含量具有显著影响。随着S处理浓度的增加,白骨壤根和叶中As含量逐渐降低并与对照组具有显著差异(p<0.05),说明S的添加抑制了白骨壤对As的吸收,当S的处理浓度为20μmol.L-1时,白骨壤根和叶中As含量比对照组降低了47.96%和30.9%。随着As浓度的增加白骨壤根、茎、叶中As含量逐渐增加,并与对照组具有显著差异(p<0.05),而根和叶中S含量随着As浓度先增加后降低。 4.不同As处理条件下的根际模拟试验表明:As在白骨壤不同器官中的累积分配规律为:根>叶>茎;不同As处理条件下,白骨壤根、茎、叶中As的含量存在显著差异,均随着沉积物中As含量的增加而增加;根、茎、叶中As的累积量呈显著正相关关系(r根-茎=0.961;r根-叶=0.888;r茎-叶=0.924;n=18)。根、茎、叶对As的富集系数(BCF)分别为:4.09-9.42、0.06-0.12、0.26-0.77;随着沉积物中As含量的增加均呈现出先增加后降低的变化趋势。白骨壤根表铁膜中Fe、As含量随着沉积物中As处理浓度的增加而增加;铁膜中Fe、As含量呈显著正相关关系(r=0.788,n=18,p<0.001)。根、茎、叶中As含量亦与铁膜中Fe、As含量呈显著正相关,说明不同As浓度处理下,根表铁膜中Fe、As含量的变化是导致白骨壤As累积量的重要因素。 5.白骨壤根际、非根际沉积物对比研究表明:根际沉积物pH低于非根际,且具有显著差异(t=3.185,df=17,p<0.05);白骨壤根系活动促进了沉积物中As和Fe向根际转移,导致根际沉积物中Fe、As含量均显著高于非根际,根际沉积物中总Fe含量为3.18-3.73g.kg-1、非根际为2.80-3.08g.kg-1。非根际沉积物中,无定形铁和无定形态二价铁含量均高于根际,并随着As处理浓度的增加而增加,根际沉积物中无定型铁与根表铁膜中Fe呈正相关关系。 6.模拟白骨壤根系分泌物LMWOAs对沉积物中As生物有效性的影响结果表明:有机酸的添加促进了沉积物中As的生物有效性,并随着有机酸浓度的增加促进效果越明显。添加有机酸后沉积物溶液中As含量随着时间增加逐渐降低并趋于稳定。沉积物溶液pH随着有机酸的添加而降低,有机酸浓度越高,沉积物pH越低,并随着时间逐渐升高。