摘要
湿地是地球上一种重要的、独特的、多功能的生态系统。湿地覆盖地球表面仅有6%，却为地球上20%的已知物种提供了生存环境，在全球生态平衡中扮演着极其重要的角色，有着“地球之肾”的美名。它不仅为人类提供大量食物、原料和水资源，而且在维持生态平衡、保持生物多样性和珍稀物种资源以及涵养水源、蓄洪防旱、降解污染调节气候、补充地下水、控制土壤侵蚀等方面均起到重要作用。湿地是营养物质的“汇”，承纳降水、河流泛滥、潮汐、地表水和地下水携带的各种营养物、污染物及泥沙等。湿地具有很强的降解和转化污染物的能力，以至于世界许多地方都通过建立人工湿地来净化污水。当今大量工农业废水、生活污水的排放以及农药、化肥的使用远远超出湿地排污降污能力，严重的污染对湿地生态系统的结构与功能会造成巨大影响。
湿地植物是湖泊生态系统重要组成部分，对湿地生态系统结构和功能的维持具有重要作用。可以直接摄取利用流入湿地污水中的营养物质、吸收富集污水中的重金属等有毒有害物质。许多水生植物，包括挺水、浮水和沉水植物，它们的组织中富集重金属的浓度比周围水中浓度高出10万倍以上。许多植物还含有能与重金属链接的物质，从而参与金属解毒过程。特别是水湖莲、香蒲、芦苇对含高浓度重金属如镉、银、铜、锌、钒等的污水处理效果十分明显。因此开展湿地植物研究对保护湿地生态系统具有十分重要的意义。
植物根系是各类污染物进入植物体的重要途径之一，淹水环境条件下，许多湿地植物根系都具有向根际环境释放氧气和氧化性物质，在根表和根际形成铁、锰氧化物膜（以下简称铁/锰膜）的能力。生长在植物根表的铁/锰膜是植物根系吸收养分和污染物的门户，通过离子之间的吸附-解吸、氧化-还原、有机-无机的络合等作用改变根际环境中重金属离子和养分的存在形态，从而影响这些离子的生物有效性。铁膜的形成不仅影响植物对营养元素的吸收利用，而且影响根际土壤中重金属的迁移和转化，对污染物的消减及调控有着重要的生态环境意义。
鄱阳湖湿地是我国首批列入《国际重要湿地名录》的七块区域之一，作为国际重要湿地，生物多样性保护功能与地位十分突出，在全球迁徙候鸟和长江江豚保护方面具有重要地位。保护鄱阳湖湿地是长江中下游地区生态安全和社会经济发展的重要保障，鄱阳湖“一湖清水”的保护研究成为一项极其重要又极为紧迫的重大课题。鄱阳湖湿地对鄱阳湖水质、水体富营养化、重金属的迁移转化等具有重要作用。但近年来，鄱阳湖水质下降、水体富营养化、调蓄功能减退、生物资源衰退等生态问题日趋严重，湿地生态安全越来越突出，已成为鄱阳湖区乃至江西省实现可持续发展的限制因素之一。在鄱阳湖区域土壤铁锰含量高、湿地水位变化大的情况下，湿地植物根表铁/锰膜在消减污染物尤其是重金属时是如何通过土壤-植物体系转运重金属，其作用机制是什么？这些问题值得进一步深入研究。
本书的主要目的是：（1）调查研究土壤铁含量高的湖泊湿地，主要优势植物根表铁膜的变化特征；（2）揭示水位情势变化和生态环境胁迫对湿地植物根表铁/锰膜的影响特征和动态响应规律；（3）通过不同表征技术探讨植物根表铁膜对重金属的作用机理；（4）阐明不同水文情势下湿地植物根表铁/锰膜对重金属的转运机制。
为探索湖泊湿地植物根表铁膜对湿地植物富集重金属的作用，本研究以典型淡水湖泊湿地——鄱阳湖湿地为例，采用溶液培养和土-砂联合培养的试验方法，结合扫描电镜-能量色散谱（SEM-EDX)以及化学提取法（DCB法），研究鄱阳湖湿地植物根表铁膜的形成以及对铅在植物体内累积和迁移转化的影响。
本书的研究内容主要分为10章，各章节的主要内容如下：
第一章 研究分析了国内外植物根表铁膜的研究概况；
第二章 研究分析了鄱阳湖湿地植物分布特征及湿地土壤的污染现状；
第三章 调查研究了鄱阳湖湿地土壤铁含量的分布特征；
第4章调查了鄱阳湖湿地植物根表铁膜的含量为禾本科＞莎草科＞蓼科＞菊科。不同植物种类根表铁膜的含量具有显著性差异，即使是同属一科的湿地植物，其根表铁膜的含量也存在差异，如同属于莎草科的苔草根表铁膜的含量是刚毛荸荠的6倍；不同生境中，活性铁含量高的南矶山湿地植物根表铁膜量普遍高于吴城；不同季节采集三种鄱阳湖优势种群湿地植物的根表铁膜量也存在差异，11月份植物根表铁膜的含量高于4月份。
第5章探讨了植物根系氧化力、溶液pH值、Fe2+浓度、培养时间、水位变化以及根系分泌物等对根表铁膜的形成具有显著影响。根系氧化力高的苔草根表铁膜的含量高于根系氧化力弱的虉草；当pH为5.5～6时，两种湿地植物铁膜含量均达到最高值；两种植物的根表铁膜都随溶液中Fe2+浓度的增加而增加，根表铁膜的量与溶液中Fe2+浓度具有显著的正相关；苔草根表铁膜的含量随诱导时间的增加呈现先升高后变缓的趋势，7d作为苔草根表铁膜含量的最佳形成时间；随着淹水水位的增加，苔草和虉草根表铁膜的含量均有所增长，在淹水2～3cm前根表铁膜的含量随土壤水分含量的增加而增加；根系分泌物中的草酸、苹果酸和柠檬酸等能与溶液中的Fe2+发生螯合从而降低了溶液中Fe2+浓度，减少了铁膜的含量。
第6章研究了培养时间对苔草的生长、根系氧化力、根表铁膜的含量以及铁膜的活性具有影响。苔草根表铁膜的含量随培养时间的增加呈现先上升后降低的趋势，第一周根表铁膜的生成速率最大，第三周趋于平衡，第四周开始铁膜的生成速率开始出现负值，铁膜的含量开始下降；苔草根系氧化力随培养时间呈现出先增加后降低的趋势，且低浓度的铁可以促进苔草的根系氧化力；苔草根表铁膜无定形态的铁只占铁氧化物总量的6%～18%，大部分的铁为结晶态的铁氧化物。从第五周开始，苔草根表铁膜开始出现老化现象。
第7章通过不同的表征技术探讨分析了根表铁膜对重金属的作用机理。通过电镜扫描（SEM）观察可知，苔草根表面有一层非结晶态的颗粒物沉积在表皮细胞外，但分布并不均匀。不同铁浓度水平下，铁膜的紧密程度也不一致，不加铁处理的根表铁膜比较稀疏，加铁处理的苔草，根表铁膜更密实。由能谱分析（EDX）分析得出，苔草根表铁膜主要含有C、O、Al、K、Si、Ca、Fe等，有铁膜的根表铁的含量高于无铁膜的植物根表。通过XRD分析得出，根表铁膜主要是结晶态的铁α-Fe2O3（赤铁矿）。
第8章研究分析了鄱阳湖湿地植物苔草和虉草根表铁膜对溶液中的铅具有吸附作用。铅在苔草和虉草中的分配为铁膜＞根内＞地上部分，约有50%～60%累积在根表铁膜中，根表提取的铅含量与根内铅含量具有显著的相关性。约90%的铅累积在根内，说明根表铁膜能够吸附铅，且在一定程度上可以抑制铅由根内向地上部分迁移。
第9章研究分析了鄱阳湖湿地植物苔草根表铁膜对土壤中的铅具有富集作用。苔草根表铁膜的含量受土壤中Fe2+添加量以及铁、铅交互作用的影响，但铅的添加对根表铁膜含量的影响并不显著。在铅浓度为0～100mg·kg-1（处于鄱阳湖湿地土壤目前实际的铅浓度范围内）时，添加500mg·kg-1的铁，苔草根表铁膜的含量可达到13.63g·kg-1，根部铅的百分含量提高了14.95%，苔草根表铁膜促进了铅在根部的累积。苔草铅的TFroot和TFshoot在不同处理中分别为0.61～3.32和0.17～0.90，加铁处理可增加苔草铅的TFroot，降低TFshoot，铅在苔草中的DC随着铁浓度的提高而显著降低。苔草根表铁膜的存在促进了铅从苔草根表向根内迁移，而且大量富集在根内。对于鄱阳湖湿地这种低铅污染的土壤，可添加铁来增强根表对土壤中铅的吸附，促进铅由湿地土壤向苔草根系的迁移，起到净化湿地土壤重金属的作用。从而避免了湿地土壤中的重金属通过“土壤-水生生物-候鸟”生物链间接被候鸟吸收。
第10章对研究中的不足和研究展望进行了探讨。通过开展上述问题的研究，对明确污染物在湿地植物根际环境中的分布、迁移机制、生物有效性以及消减功能有重要的指导意义，研究结果可为发展湿地土壤污染的植物根际高效修复技术提供理论依据，也可为鄱阳湖将来控湖后生境变化对植物消减污染物的影响提供重要理论依据，还可供其他浅水、淡水湖泊湿地保护借鉴与参考。