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Chemosphere:高分辨率化学成像用于理解岩溶土壤水稻根际中镉的活化

发表时间:2024-04-11 13:57

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文章信息:

**作者: 李兴越

通讯作者:管冬兴

通讯单位:浙江大学

期刊:Chemosphere

影响因子:8.8

DOI:10.1016/j.chemosphere.2023.140988


在具有高地球化学背景的水稻土中,特别是高空间分辨率下的镉(Cd)活化尚未被充分理解。为了研究水稻根际中Cd活化的时空模式,使用来自中国西南部广西的四种高地球化学背景的稻田土壤(Cd含量0.11-3.70 mg kg-1)进行了盆栽和根际实验。盆栽实验结果表明,土壤孔隙水中的Cd浓度在水稻整个生长期间先下降后上升,在晚期分蘖和早期灌浆阶段达到最低值。此外,相关性分析确定了有机质和根系锰(Mn)含量是影响水稻Cd吸收的主要因素,其中Mn对Cd吸收有负面影响,而有机质则有正面影响。亚毫米级二维化学成像揭示了根际中有效态Cd(通过DGT)的分布受到根系和土壤性质的影响(如pH(通过平面光极分析)和酸性磷酸酶活性(通过土壤酶谱分析))。土壤酸性磷酸酶活性在Cd胁迫下增加,水稻根际的整体pH降低。此外,土壤根际中有效态Mn和Cd的空间分布之间存在密切关系,较高的Mn与较低的Cd不稳定相关。本研究强调了Mn作为调节水稻Cd吸收的关键元素,并为未来解决水稻土特别是高地球化学背景岩溶地区镉污染的基于锰的策略提供了启示。

摘要图


A (A)和C (b)土壤酸性磷酸酶活性(pmol cm−2 h−1)的直方图分布,以及b (C)和C (d)土壤pH的分布。(A)和(b)中的数字表示Cd胁迫下酸性磷酸酶的反应强度。


利用DGT在土壤A (A)、B (B)、C (C)和D (D)中种植的水稻根际进行Cd、Mn和Fe的高分辨率测绘。从左到右,彩色图像显示了根的分布和Cd、Mn和Fe的基本通量,通量的测量单位为pg cm−2 s−1


本研究通过使用非破坏性的原位监测技术,如土壤孔隙水盆栽实验和根际成像测试,对土壤-水稻系统中Cd的激活和转运进行了研究。盆栽实验使我们能够简化系统的复杂性,确定主导影响因素,并在整个水稻生长期对其进行验证。成像实验深入研究了空间维度,使我们能够理解根部对Cd的吸收和稻谷中Cd的积累,并验证了主导因素与Cd可用性和吸收之间的空间相互作用。随着时间的推移,土壤孔隙水中的Cd含量最初减少然后增加。在空间上,土壤根际中的Cd含量高于散装土壤,根中Cd含量最高。高分辨率成像揭示了根际中Cd的分布受到土壤物理化学性质和根系的影响,导致不同土壤之间的模式不一致。与Fe、Zn和Ca不同,土壤Mn在根际中表现出强烈的响应,并与水稻中Cd的积累呈负相关,是一个更有影响的因素。这项研究提供了对水稻植物中Cd积累的理解,并可以为未来解决稻田中Cd污染的策略提供信息。


Li, X.-Y., Li, X.-Y., Jiang, Y.-F., Zhang, C., Yang, Q., Manzoor, M., ... & Guan, D.-X. (2024). High-resolution chemical imaging to understand Cd activation in rice rhizosphere of karstic soils. Chemosphere, 349(140988), 1-10. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.140988


文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0045653523032587?via%3Dihub=


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