红树林湿地重金属归趋：沉积物-微生物-植物相互作用与形态控制的整合视角

《Journal of Hazardous Materials》：Heavy Metals Fate in Mangrove Wetlands: Integrated Insights into Sediment-Microbe-Plant Interactions and Fraction Control

本文通过对比偏最小二乘路径模型（PLS-PM），揭示了红树林生态系统重金属总分布与生物有效性的驱动机制差异。研究发现沉积物理结构控制总量分布，而生物有效性受沉积物化学（盐度）和营养循环（N、P）共同调控，该形态控制的生物有效性更能预测植物吸收（根际吸收与沉积物有效性相关）和微生物群落结构（对关键类群施加选择压力），挑战了仅基于沉积物数据的风险评估范式。

　　

Highlight

区域人为压力驱动重金属的空间异质性

北部湾重金属的显著空间异质性直接反映了研究中确定的区域特异性人为压力。港口区显著的Cd和Pb富集与其作为港口运营和相关产业中心的特征完全吻合（40家企业，表S1）。这些金属是工业废水和防污漆的明确指标，证实了局部污染源与沉积物重金属模式之间的直接因果关系。

结论

本研究表明，红树林生态系统中重金属的生态风险受其总分布与形态控制的生物有效性之间关键差异的支配。虽然区域人为压力决定了污染格局，导致工业化程度最高区域的Cd富集了近四倍，但生态风险的潜在驱动因素要复杂得多。我们的对比路径模型定量揭示，沉积物物理结构是重金属总分布的主要控制因素，而其生物有效性则更复杂地受沉积物化学（盐度）和营养循环（N、P）共同控制。这种形态控制的生物有效性反过来是生物反应的显著更好的预测指标。对于植物积累，虽然根系吸收与沉积物生物有效性相关，但地上组织中的金属负荷在很大程度上与沉积物条件脱钩，这对仅基于沉积物数据的风险评估范式提出了挑战。对于微生物群落，其结构与金属生物有效性的关联强于与总浓度的关联，这些生物有效形态似乎对关键分类群施加了选择压力。专注于形态的方法，即将分布的驱动因素与生物有效性的驱动因素分开，对于机械地理解和准确管理沿海湿地重金属风险至关重要。

环境意义

（1）我们工作的核心且最重要的贡献是证明了重金属的生物有效性（Bioavailability），而非总浓度，是控制沉积物-植物-微生物系统内复杂相互作用的主变量。

（2）植物内部调节机制对决定地上组织最终金属负荷的影响超过了源头的生物有效性。这一发现挑战了主要依赖于沉积物总浓度来预测植物吸收和食物链转移的现行风险评估范式。