镉同位素分馏在土壤-植物体系中的研究进展
作者：钟松雄，李晓敏，李芳柏
单位：中国科学院广州地球化学研究所；广东省科学院广东省生态环境与土壤研究所广东省农业环境综合治理重点实验室；华南师范大学环境研究院，广东省化学品污染与环境安全重点实验室；中国科学院大学；华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心
卷期：《土壤学报》2021年第58卷第4期
人类活动造成土壤重金属污染的问题日趋严峻。一方面，镉污染土壤因其粮食作物的吸收积累导致农产品安全和生态健康问题。另一方面，镉超积累植物在镉污染土壤具有高效地吸收和转运镉的潜能，进而广泛应用于土壤植物提取修复。近年来，非传统稳定同位素方法为环境中金属迁移转化和植物体吸收运移过程提供了新的思路和视角。由于金属元素在不同的迁移转化过程中呈现出不同的同位素分馏特征，这些特征有助于我们深入反演和解析其在土壤-植物体系中迁移转化的机制。
土壤环境中，土壤优先释放重镉同位素至土壤溶液，因而土壤孔隙水、浸出液或者有效态镉均重于整体土壤；铁锰矿物对镉的吸附、方解石共沉淀和硫还原形成硫化镉的过程均可导致固相富集轻镉同位素，其分馏尺度受离子强度的影响；而有机质络合过程倾向于络合重镉同位素，其中土壤溶液中溶解性有机质影响着赋存于土壤溶液镉离子的同位素特征。植物根部对镉的吸收、植物体内对镉的装载转运和贮存是土壤-植物体系镉生物地球化学循环的重要过程。目前重点关注超累积或耐受性植物以及农作物等在吸收和向上运移过程引起的镉同位素分馏机制；其中，植物均倾向于从土壤溶液或培养液吸收轻镉同位素，扣押累积轻镉同位素并优先转运重镉同位素至地上部，重镉同位素倾向于从稻秆转运至籽粒。轻镉同位素相继地扣押累积于根部与稻杆，并与含巯基配体如植物螯合肽和谷胱甘肽等络合储存有关。因此，镉在土壤环境和植物系统中迁移转化引起的同位素分馏行为为奠定方法学基础以及更深入地解析镉在土壤-植物系统的吸收转运提供科学依据。
图1 土壤-植物系统镉迁移转运和同位素分馏特征示意图
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