班戈学院生态修复团队在《Engineered Science》发表东洞庭湖湿地重金属修复研究成果

2025-08-18 浏览量:

  湿地植物群落,尤其是东洞庭湖湿地的荻Miscanthus sacchariflorus)、苔草Carex、蓼Persicaria等优势群落,因其在重金属污染湿地修复中的潜力,被视为重要的生态修复材料。然而,针对东洞庭湖湿地“砷/镉复合污染+季节性洪水+酸性沉降”三重胁迫下,植物群落对重金属的富集机制及与环境因子的耦合规律的理解仍有待深入。

  中南林业科技大学班戈学院生态修复团队,针对东洞庭湖湿地这三个典型植物群落,通过野外采样、实验室分析(如ICP-AESICP-MS)及去趋势典范对应分析(DCA)等技术,系统阐明了土壤重金属污染特征、不同植物群落的生物富集系数(BCF)及其对土壤理化性质的响应规律,明确了生物多样性与重金属含量的相关性。且聚焦东洞庭湖湿地植物群落的重金属去除能力,为湿地生态修复提供了科学依据。研究成果以题为 “Heavy metal removal capacity of dominant species in wetland plant community—A case study of East Dongting Lake in China” 发表于中科院SCI工程技术1区国际TOP学术期刊Engineered Science21级林学易鹏、卢奕成为共同第一作者,林杨副教授为通讯作者。

    

  


  图形摘要:

  

  主要结果简介:

  1. 在不同的季节和天气条件下,完成了 180 个样点的布设与数据采集,确保了研究样本的科学性和代表性(图1)。研究发现,东洞庭湖湿地土壤中砷(As)和镉(Cd)的平均浓度分别为 88.7 mg/kg 0.99 mg/kg,超出湖南省背景值 6.3 倍和 9.9 倍,且分别超过《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618 - 2018)筛选值 3.5 倍和 3.3 倍,是该湿地的主要污染物(表1)。

  

  

  1 东洞庭湖湿地土壤采样点分布图

  

  1 东洞庭湖与同类湖滨湿地污染特征对比表

  


    2. 对三个典型植物群落的生物富集系数(BCF)及群落多样性(ShannonSimpson 指数 )分析显示:蓼(Persicaria hydropiper)对砷(BCF = 1.20)、镉(BCF = 1.40)的超富集能力,与 ShannonSimpson 指数呈弱负相关(图 2 BFAsBFCd 对应系数为负 ),其肉质根分泌有机酸激活砷、镉的机制,或受群落多样性影响,成为砷 - 镉复合污染修复核心物种;苔草(Carex)对锌(BCF = 0.83)、铜(BCF = 1.02)富集能力突出,BFZnBFCu 与多样性指数负相关显著(图 2 中对应系数低 ),通过细胞壁果胶多糖吸附离子的过程,随群落多样性变化呈现差异,适配锌 - 铜污染修复;荻(Miscanthus sacchariflorus)生物量高(1.5 kg/m²),对镉中等富集(BCF = 0.90),且深根(>50 cm)降低铅迁移风险的功能,与 BFPb 和多样性指数正相关(图 2 BFPb 对应系数为正 ),反映其铅调控作用或因群落多样性提升而增强 (图2)。

2 生物富集系数与群落多样性指数的相关性

  

  3. 此外,土壤理化性质对重金属生物有效性存在调控作用,土壤有机碳(SOC,平均 1.55%)与砷和铜的生物富集系数呈显著负相关(r=-0.52p<0.05),表明有机质可通过络合作用降低重金属生物有效性(图3)。

3 生物富集系数与表层土壤理化性质相关性分析图


  4. 去趋势典范对应分析(DCCA)显示,群落配置能显著提高修复效率,形成结构增益 - 功能互补 - 生境适应 的协同修复机制。(图5

 5 植物群落与环境因子的去趋势典范对应分析排序图及典型群落配置中植物重金属生物富集系数对比图(清晰展示了不同群落配置下的 BCF 差异)

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