根际土壤微环境中锶赋存形态及其迁移转化机制研究

The environmental behavior of stable strontium (Sr) species has become a hot topic with the increasing focus on the risk assessment of 90Sr radionuclide recently. Due to the limits of tranditonal analytical m Sr species ethod, there is still a lack of intensive study on the behaviour of Sr in rihizosphere soil microenvironment, which acts as an entrance from soil to plant. In this study, the species, migration and transformation of Sr species in rhizosphere microenvironment in arable soil in Jingjinji Region will be characterized using in situ synchrotron radiation-based techniques-XAFS and SR-XRF, and other analytical chemistry methods will be applied as well. The migration and transportation mechanism of Sr species on soil colloids interfaces will be studied and the response mechanism will be revealed on molecular scale. This project will provide scientific evidences for the control and remediation of contaminated soil by radionulides, and it is of great significance to ensure the safe production of crops.

随着对放射性核素90Sr危险评估的关注，稳定同位素锶(Sr)的环境行为成为近年的研究热点。根际土壤是污染物进入植物的门户，但由于传统分析手段的局限性，目前尚缺乏对此根际微环境中锶行为的深入研究。本项目拟充分发挥同步辐射技术原位检测的优越性，利用X射线吸收精细结构(XAFS)和X射线荧光(SR-XRF)并结合其他技术，对京津冀地区典型农田土壤微环境中锶赋存形态及分布特征进行原位解析，研究锶形态在胶体微界面上的迁移转化，从分子水平上初步阐明根际土壤锶的形态变化规律及其响应机制。本项目将有利于深入理解土壤中放射性锶的植物有效性问题，为调控修复放射性核素污染土壤提供科学依据，对保障农作物安全生产具有重要意义。

本项目利用X射线吸收精细结构(XAFS)并结合其他技术，对农田土壤微环境中锶赋存形态及分布特征进行原位解析，从分子水平上初步阐明根际土壤锶的形态变化规律及其响应机制。.根据土壤中含碳浓度的高低以及根系分泌物的分类配置不同的根系分泌物溶液。在90天的培养期内，水溶态锶的含量由3.00 mgkg-1左右下降到0.65 mgkg-1左右；有机结合态锶的含量随时间明显增加了2.90-3.12 mgkg-1左右；可交换态锶作为土壤中最活跃的赋存形态在培养前期有明显的波动，30天后含量出现明显的下降趋势；碳酸盐结合态锶的含量增加了3.5 mgkg-1左右；铁锰结合态锶在所有形态中占比很少，培养期间有一定的波动但幅度很小；残渣态锶是最稳定的形态含量稳定在100 mgkg-1-109 mgkg-1之间。研究发现，根系分泌物会影响锶的形态转化，进而影响锶的生物有效性；根系分泌物种类的多样性比含碳浓度的高低更易引起锶的稳定形态向活性态转化，起初所有对照组的生物有效性（RAC）均在中高风险以上，其中HC+HD组的活化效果最明显。随着时间延长，RAC逐渐降至30%以下风险降级为中等程度。提取田间土壤胶体和并用无机矿物蒙脱土和腐殖酸制备人工有机-无机复合胶体来进一步研究胶体对锶的吸附性能和环境因子影响。研究表明，人工复合体对锶的吸附量达到6.86 mgg-1，土壤胶体的最大吸附量为6.70 mgg-1。土壤胶体和复合体吸附锶都更符合二级动力学模型，倾向于化学吸附。pH对胶体吸附锶无显著影响，而离子强度、有机物浓度对吸附有明显的影响。土壤胶体主要有多糖C-O键，-COOH、-OH等有机碳官能团，去除有机质后土壤胶体对锶的吸附率降低了大约9.25%；而根系分泌物中含有大量的小分子有机酸，一定量的糖类、氨基酸等有机物。根据实验结果，我们推断根系微区中根系分泌物的存在会影响土壤胶体对锶的吸附及迁移。本项目将有利于深入理解土壤中放射性锶的植物有效性问题，为调控修复放射性核素污染土壤提供科学依据，对保障农作物安全生产具有重要意义。