广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员李芳柏团队采用镉同位素分馏技术、基因定量以及同步辐射等方法，研究揭示了多环境要素制约土壤-水稻系统镉的迁移转运机制。近日，相关成果分别发表于《环境科学与技术》和《整体环境科学》。
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土壤-水稻体系镉同位素分馏与迁移转化示意图。受访者供图
近年来，稻田镉污染叠加土壤酸化的问题也逐渐显现，加剧稻米中的镉超标现象。稻米中镉的积累取决于其在土壤中的赋存形态，而稻田周期性的淹水-排水引起氧化还原条件巨变，影响机制复杂。因此，聚焦多环境要素比如水分管理、矿物转化与ph、阴离子作用效应，对于揭示制约土壤-水稻系统镉迁移转运的关键过程及机制十分必要。
论文通讯作者李芳柏表示，灌浆期排水处理导致更多的轻镉同位素转运至水稻植株，导致大量镉集结于茎与节点，其中根表铁膜可能是根系吸收镉的重要来源。该研究表明，负责编码配体和转运蛋白的基因表达与同位素分馏可用于追踪镉在水稻的转运以及解析镉的来源。
落干条件下，提高土壤ph增强了有效态与铁锰结合态镉之间的转化。淹水条件下，酸性土壤有利于有效态与铁锰结合态镉之间的转化，而中性和碱性土壤中，碳酸盐矿物对有效镉的固定占主导地位。与落干处理相比，淹水条件有利于根系限制镉的吸收和向稻米的转运。这些发现为土壤ph和水分管理下镉固定和迁移的主要矿物转化途径以及水稻对镉吸收和转移的影响提供了新的见解。
氧化铁和溶液之间的镉解吸与吸附在土壤-土壤溶液-铁膜连续体中镉迁移转化行为具有重要作用。其中氯离子和硫酸根离子可诱导轻镉同位素从土壤向土壤溶液的迁移，以及氯化镉和硫酸镉复合物有助于镉在铁膜中的固定转化和对根的吸收，从而提高溶液、铁膜与水稻植株的镉含量。这些结果为深入了解土壤-水稻系统中阴离子诱导的镉同位素效应以及阴离子在促进镉迁移和转化中的作用提供了见解。
相关论文信息：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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