镉同位素分馏在土壤-植物体系中的研究进展

环境修复网讯: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

然而，镉同位素分馏逐步成为土壤学领域探索元素生物地球化学机制的重要方法，未来研究需着眼于多影响因素作用下土壤镉的迁移转化机制，阐明关键环境条件下关键过程对于镉活化和固定的相对贡献；深入探讨不同理化指标和阴离子影响下土壤-植物系统分馏机制；营养物质作用下土壤-植物系统不同元素的协同作用及其分馏机制；以及丰富联合分析技术如转运蛋白或模型分析等相结合，深入揭示转运蛋白在农作物植物体内对镉同位素分馏的作用机制。