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研究揭示土壤-水稻系統(tǒng)鎘遷移轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制
作者：朱漢斌 來源：中國科學(xué)報
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廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所研究員李芳柏團(tuán)隊采用鎘同位素分餾技術(shù)、基因定量以及同步輻射等方法，研究揭示了多環(huán)境要素制約土壤-水稻系統(tǒng)鎘的遷移轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。近日，相關(guān)成果分別發(fā)表于《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》和《整體環(huán)境科學(xué)》。
近年來，稻田鎘污染疊加土壤酸化的問題也逐漸顯現(xiàn)，加劇稻米中的鎘超標(biāo)現(xiàn)象。稻米中鎘的積累取決于其在土壤中的賦存形態(tài)，而稻田周期性的淹水-排水引起氧化還原條件巨變，影響機(jī)制復(fù)雜。因此，聚焦多環(huán)境要素比如水分管理、礦物轉(zhuǎn)化與pH、陰離子作用效應(yīng)，對于揭示制約土壤-水稻系統(tǒng)鎘遷移轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵過程及機(jī)制十分必要。
論文通訊作者李芳柏表示，灌漿期排水處理導(dǎo)致更多的輕鎘同位素轉(zhuǎn)運(yùn)至水稻植株，導(dǎo)致大量鎘集結(jié)于莖與節(jié)點(diǎn)，其中根表鐵膜可能是根系吸收鎘的重要來源。該研究表明，負(fù)責(zé)編碼配體和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因表達(dá)與同位素分餾可用于追蹤鎘在水稻的轉(zhuǎn)運(yùn)以及解析鎘的來源。
落干條件下，提高土壤pH增強(qiáng)了有效態(tài)與鐵錳結(jié)合態(tài)鎘之間的轉(zhuǎn)化。淹水條件下，酸性土壤有利于有效態(tài)與鐵錳結(jié)合態(tài)鎘之間的轉(zhuǎn)化，而中性和堿性土壤中，碳酸鹽礦物對有效鎘的固定占主導(dǎo)地位。與落干處理相比，淹水條件有利于根系限制鎘的吸收和向稻米的轉(zhuǎn)運(yùn)。這些發(fā)現(xiàn)為土壤pH和水分管理下鎘固定和遷移的主要礦物轉(zhuǎn)化途徑以及水稻對鎘吸收和轉(zhuǎn)移的影響提供了新的見解。
氧化鐵和溶液之間的鎘解吸與吸附在土壤-土壤溶液-鐵膜連續(xù)體中鎘遷移轉(zhuǎn)化行為具有重要作用。其中氯離子和硫酸根離子可誘導(dǎo)輕鎘同位素從土壤向土壤溶液的遷移，以及氯化鎘和硫酸鎘復(fù)合物有助于鎘在鐵膜中的固定轉(zhuǎn)化和對根的吸收，從而提高溶液、鐵膜與水稻植株的鎘含量。這些結(jié)果為深入了解土壤-水稻系統(tǒng)中陰離子誘導(dǎo)的鎘同位素效應(yīng)以及陰離子在促進(jìn)鎘遷移和轉(zhuǎn)化中的作用提供了見解。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162325
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166435
https://doi.org/10.1021/acs.est.3c04132
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