来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2022/3/23 10:06:36
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FESE | 前沿研究:滨海湿地中硫介导的重金属生物地球化学循环研究综述

论文标题:Sulfur mediated heavy metal biogeochemical cycles in coastal wetlands: From sediments, rhizosphere to vegetation . (滨海湿地中硫介导的重金属生物地球化学循环研究综述)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Yueming Wu(吴月明), Zhanrui Leng(冷展睿), Jian Li(李健), Chongling Yan(严重玲), Xinhong Wang(王新红) , Hui Jia(贾慧) , Lingyun Chen(陈凌云), Sai Zhang(张赛), Xiaojun Zheng(郑小军), Daolin Du(杜道林)

发表时间:16 Dec 2021

DOI:10.1007/s11783-022-1523-x

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原文链接:

https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-022-1523-x

文章出版:Front. Environ. Sci. Eng. 2022, 16(8): 102

原文信息

题目:

Sulfur mediated heavy metal biogeochemical cycles in coastal wetlands: From sediments, rhizosphere to vegetation

作者:

Yueming Wu(吴月明)1, Zhanrui Leng(冷展睿)1, Jian Li ()(李健)1,2, Chongling Yan(严重玲)2, Xinhong Wang(王新红)2 , Hui Jia(贾慧)1 , Lingyun Chen(陈凌云)3, Sai Zhang(张赛)4 , Xiaojun Zheng ()(郑小军)1, Daolin Du(杜道林)1

作者单位:

1 Institute of Environment and Ecology, School of the Environment and Safety Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China

2 State Key Laboratory of Marine Environmental Science, Xiamen University, Xiamen 361102, China

3 Laboratory of Microbiota, College of Life Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China

4 Department of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China

关键词:

Coastal wetland (滨海湿地);

Heavy metal (重金属);

Sulfur (硫);

Biogeochemical cycle (生物地球化学循环)

文章亮点

• 沉积物中,硫化物形态的转化可能导致重金属的释放和迁移;

• 在根际,硫调节和介导了植物对重金属的吸收;

• 植物体内,硫介导一系列耐重金属胁迫过程,提升植物抗逆能力;

• 不同尺度上硫与重金属互作过程及机制是亟待进一步深入研究。

文章简介

滨海湿地是陆地与海洋生境之间极为重要的过渡性生态系统,然而由于人类活动造成的各种污染直接或间接的威胁着滨海湿地生态系统的稳定,其中重金属污染是导致滨海湿地生态系统退化甚至消失的重要原因之一。同时,滨海湿地生态系统中存在着一系列生物和非生物因子介导的硫元素的生物地球化学循环过程,硫与重金属的生物地球化学行为并非彼此独立而是相互关联的。为了进一步深入了解滨海湿地各生源要素的地球化学行为及互作,全面评估人类活动对滨海湿地生态系统造成的影响,对现阶段已有的相关研究进行总结和综述是必不可少的。

本文以滨海湿地生态系统的三个重要组成部分,沉积物、根际和植物为切入点,总结了过去40年对于滨海湿地生态系统中硫与重金属互作的相关研究,并提出了一些未来可能的研究方向。综述的结果表明,在缺氧的沉积物中,大多数重金属以难溶且难以被生物直接利用的金属硫化物等形式存在,然而沉积物理化性质等因子的波动则可能导致硫化物的不稳定分解,进而直接或间接导致重金属形态的转化和迁移;在沉积物与植物互作的关键“微界面”根际,根系活动与微生物共同介导硫的形态构成、转化和迁移,进而影响重金属的“命运”;对于植物体而言,重金属通常为非必要元素,硫在植物体内通过促进和参与一系列螯合、抗氧化解毒过程,影响重金属的运输迁移,调节植物体对重金属耐受性,维持植物正常生长发育。

基于上述已有的研究,认为现阶段及未来研究应集中于:

(1)阐明根际“微界面”中多因子介导下的硫与重金属互作过程与机制,对于深入了解滨海湿地生态系统中硫和重金属生物地球化学行为具有重大意义。

(2)进一步深入了解不同形态硫对植物体耐重金属胁迫的调节作用及机制,以帮助进一步认知植物体内硫和重金属的互作机制。

(3) 推进跨学科、跨领域技术手段的融合,结合大数据、机器学习等技术构建硫与重金属的生物地球化学行为动态模型,为预测潜在生态威胁,指定正确合理的管理策略提供科学依据和手段。

摘要图

摘要

The interactions and mechanisms between sulfur and heavy metals are a growing focus of biogeochemical studies in coastal wetlands. These issues underline the fate of heavy metals bound in sediments or released into the system through sediments. Despite the fact that numerous published studies have suggested sulfur has a significant impact on the bioavailability of heavy metals accumulated in coastal wetlands, to date, no review article has systematically summarized those studies, particularly from the perspective of the three major components of wetland ecosystems (sediments, rhizosphere, and vegetation). The present review summarizes the studies published in the past four decades and highlights the major achievements in this field. Research and studies available thus far indicate that under anaerobic conditions, most of the potentially bioavailable heavy metals in coastal wetland sediments are fixed as precipitates, such as metal sulfides. However, fluctuations in physicochemical conditions may affect sulfur cycling, and hence, directly or indirectly lead to the conversion and migration of heavy metals. In the rhizosphere, root activities and microbes together affect the speciation and transformation of sulfur which in turn mediate the migration of heavy metals. As for plant tissues, tolerance to heavy metals is enhanced by sulfur-containing compounds via promoting a series of chelation and detoxification processes. Finally, to further understand the interactions between sulfur and heavy metals in coastal wetlands, some major future research directions are proposed.

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