159 / 2023-10-24 23:13:25

同位素示踪大气沉降镉的水稻富集过程

大气沉降,镉同位素比值,叶面暴露,根部暴露,同位素混合模型

准确识别并量化农田土壤和农作物镉的污染来源以及贡献份额是开展镉污染防控的前提，对减少区域环境风险至关重要。镉（Cd）稳定同位素为追踪环境中镉的生物地球化学循环提供了新的技术手段，但由于镉同位素在生物过程中发生明显的质量分馏，使其在追踪植物体内镉的来源方面存在挑战。本研究使用定制的开顶式气室（OTC）对水稻的叶面和根部分别进行大气干沉降和湿沉降的暴露，以区分不同暴露途径和不同沉降类型对水稻富集镉的影响。另外，通过温室试验，研究了两种暴露途径在不同暴露剂量下水稻植株中的镉同位素分馏过程，计算出了大气沉降被水稻吸收并在体内转运所发生的镉同位素分馏值，其结果可用于优化镉同位素混合模型中的参数，并用于田间水稻组织中镉的来源追踪。OTC试验和温室试验的同位素比值分析结果显示，水稻叶片可以直接吸收大气沉降中的镉，并在水稻植株中向其他组织转运，其对籽粒中镉的贡献高达52-70%，超过了根部暴露对镉的贡献（30-48%）。水稻根部优先吸收湿沉降中的镉，而叶片更倾向于吸收干沉降中的镉。叶片对镉的吸收可以通过水稻的节点进行重新分配，并向上转运至籽粒，但无法向下转运至根。水稻的叶片和根部优先吸收大气沉降中的重同位素（ΔCd^114/110_叶-颗粒: 0.10 ± 0.02‰，ΔCd^114/110_根-颗粒: 0.20 ± 0.02‰），但是保留轻同位素，并进一步向籽粒转运重同位素。这些发现强调了大气沉降对水稻的贡献以及镉同位素可以作为定量植物污染来源的示踪剂，为使用镉同位素在环境中的示踪提供了重要信息。