鎘同位素分餾在土壤-植物體系中的研究進展

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:人類活動造成土壤重金屬污染的問題日趨嚴峻。一方面，鎘污染土壤因其糧食作物的吸收積累導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品安全和生態(tài)健康問題。另一方面，鎘超積累植物在鎘污染土壤具有高效地吸收和轉(zhuǎn)運鎘的潛能，進而廣泛應(yīng)用于土壤植物提取修復(fù)。近年來，非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素方法為環(huán)境中金屬遷移轉(zhuǎn)化和植物體吸收運移過程提供了新的思路和視角。由于金屬元素在不同的遷移轉(zhuǎn)化過程中呈現(xiàn)出不同的同位素分餾特征，這些特征有助于我們深入反演和解析其在土壤-植物體系中遷移轉(zhuǎn)化的機制。

土壤環(huán)境中，土壤優(yōu)先釋放重鎘同位素至土壤溶液，因而土壤孔隙水、浸出液或者有效態(tài)鎘均重于整體土壤；鐵錳礦物對鎘的吸附、方解石共沉淀和硫還原形成硫化鎘的過程均可導(dǎo)致固相富集輕鎘同位素，其分餾尺度受離子強度的影響；而有機質(zhì)絡(luò)合過程傾向于絡(luò)合重鎘同位素，其中土壤溶液中溶解性有機質(zhì)影響著賦存于土壤溶液鎘離子的同位素特征。植物根部對鎘的吸收、植物體內(nèi)對鎘的裝載轉(zhuǎn)運和貯存是土壤-植物體系鎘生物地球化學(xué)循環(huán)的重要過程。目前重點關(guān)注超累積或耐受性植物以及農(nóng)作物等在吸收和向上運移過程引起的鎘同位素分餾機制；其中，植物均傾向于從土壤溶液或培養(yǎng)液吸收輕鎘同位素，扣押累積輕鎘同位素并優(yōu)先轉(zhuǎn)運重鎘同位素至地上部，重鎘同位素傾向于從稻稈轉(zhuǎn)運至籽粒。輕鎘同位素相繼地扣押累積于根部與稻桿，并與含巰基配體如植物螯合肽和谷胱甘肽等絡(luò)合儲存有關(guān)。因此，鎘在土壤環(huán)境和植物系統(tǒng)中遷移轉(zhuǎn)化引起的同位素分餾行為為奠定方法學(xué)基礎(chǔ)以及更深入地解析鎘在土壤-植物系統(tǒng)的吸收轉(zhuǎn)運提供科學(xué)依據(jù)。

圖1土壤-植物系統(tǒng)鎘遷移轉(zhuǎn)運和同位素分餾特征示意圖

然而，鎘同位素分餾逐步成為土壤學(xué)領(lǐng)域探索元素生物地球化學(xué)機制的重要方法，未來研究需著眼于多影響因素作用下土壤鎘的遷移轉(zhuǎn)化機制，闡明關(guān)鍵環(huán)境條件下關(guān)鍵過程對于鎘活化和固定的相對貢獻；深入探討不同理化指標和陰離子影響下土壤-植物系統(tǒng)分餾機制；營養(yǎng)物質(zhì)作用下土壤-植物系統(tǒng)不同元素的協(xié)同作用及其分餾機制；以及豐富聯(lián)合分析技術(shù)如轉(zhuǎn)運蛋白或模型分析等相結(jié)合，深入揭示轉(zhuǎn)運蛋白在農(nóng)作物植物體內(nèi)對鎘同位素分餾的作用機制。