DGT與PO技術(shù)揭示籽粒莧根際微環(huán)境中重金屬活化的動(dòng)態(tài)機(jī)制

土壤重金屬的活化與根際土壤的pH值、氧氣含量（O?）和酶活性密切相關(guān)。本研究利用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）、平面光學(xué)傳感器（PO）、土壤原位酶譜分析以及薄層擴(kuò)散梯度（DGT）方法，研究了籽粒莧（Amaranthus hypochondriacus L.）在受污染土壤（含有鎘Cd、鉛Pb和鋅Zn）和未受污染土壤中的重金屬積累，以及根際和非根際土壤中溶解氧（DO）、pH值、土壤酶活性和痕量重金屬的動(dòng)態(tài)變化。研究結(jié)果表明，在Cd、Pb和Zn的復(fù)合脅迫下，籽粒莧的生長(zhǎng)受到顯著抑制，尤其是根和枝的生物量受到的影響最為明顯。籽粒莧根部的徑向氧損失（ROL）和堿化現(xiàn)象主要受根系生長(zhǎng)和環(huán)境條件的影響。酶活性模式表明，酸性磷酸酶（ACP）、堿性磷酸酶（ALP）和β-葡萄糖苷酶（BG）的活性主要與根系相關(guān)，而在非根際土壤中這些酶的活性相對(duì)較低。在重金屬脅迫下，土壤熱點(diǎn)區(qū)域的ACP、ALP和BG活性增加。DO、pH值和土壤酶活性與Cd、Pb和Zn的存在顯著相關(guān)，影響根際中痕量金屬的活化機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)為理解根系引起的O?、pH值和土壤酶活性變化對(duì)土壤中痕量重金屬遷移能力的影響奠定了基礎(chǔ)。

本研究通過(guò)非破壞性原位檢測(cè)技術(shù)，如根際原位成像實(shí)驗(yàn)，研究了籽粒莧（Amaranthus hypochondriacus）系統(tǒng)中土壤中金屬的遷移和轉(zhuǎn)運(yùn)的時(shí)空動(dòng)態(tài)。研究結(jié)果直接揭示了根際O?、pH值、土壤酶活性和DGT檢測(cè)到的痕量金屬的空間分布模式。植物體內(nèi)過(guò)量積累的鎘（Cd）、鉛（Pb）和鋅（Zn）會(huì)導(dǎo)致多種毒性癥狀，包括生長(zhǎng)受抑制和生物量減少。通過(guò)二維成像技術(shù)，我們觀察了其根際效率與Cd、Pb和Zn吸收之間的空間關(guān)系。隨著時(shí)間的推移，O?濃度先升高后降低，根際pH值變得更堿性，土壤酶活性增加。在各個(gè)區(qū)域中，根際土壤的O?、pH值和土壤酶活性均高于非根際土壤，且這些因素的變化主要集中在根系。通過(guò)結(jié)合平面光極（PO）、薄膜擴(kuò)散梯度（DGT）和土壤酶譜分析技術(shù)，我們揭示了土壤中污染物的遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程，進(jìn)一步增進(jìn)了我們對(duì)土壤和沉積物中生物地球化學(xué)過(guò)程的理解。然而，本研究提出的方法存在一定局限性。例如，由于平面光極（PO）主要依賴光學(xué)測(cè)量，根際O?和pH值的測(cè)量精度可能會(huì)受到環(huán)境因素的影響。通過(guò)優(yōu)化土壤參數(shù)和分析條件，并結(jié)合解吸電噴霧電離質(zhì)譜（DESI-MS）、DGT、PO和酶譜分析技術(shù)，將進(jìn)一步研究根-土界面根系分泌物的原位分布與重金屬土壤環(huán)境參數(shù)（如溶解氧、pH值和酶活性）之間的一般規(guī)律和具體差異。

在桂林理工大學(xué)蔣萍萍和游少鴻團(tuán)隊(duì)的研究中，智感環(huán)境的DGT和PO技術(shù)在籽粒莧根際微環(huán)境中激活痕量重金屬機(jī)制的研究中發(fā)揮了重要作用。DGT技術(shù)能夠評(píng)估土壤中重金屬的生物可利用性，通過(guò)測(cè)量特定時(shí)間內(nèi)通過(guò)擴(kuò)散膜的離子量來(lái)計(jì)算土壤中重金屬的濃度，從而準(zhǔn)確評(píng)估其對(duì)植物的潛在風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，DGT技術(shù)還能原位監(jiān)測(cè)重金屬在土壤固液界面上的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，捕捉其在土壤中的遷移路徑和轉(zhuǎn)化規(guī)律，為深入理解籽粒莧根際微環(huán)境中重金屬的激活機(jī)制提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。此外，DGT技術(shù)還可用于評(píng)估修復(fù)效果，為選擇最佳的修復(fù)方案提供依據(jù)，并監(jiān)測(cè)修復(fù)過(guò)程中重金屬的動(dòng)態(tài)變化，為優(yōu)化修復(fù)策略提供科學(xué)依據(jù)。