稻田土壤铊镉赋存及水稻吸收转运与分配研究取得进展

铊（Tl）对哺乳动物表现出比镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg）或砷（As）更强的急性毒性，已被包括中国和美国在内的多个国家列为优先控制污染物。已有研究显示，Tl可有效地从土壤向水稻中迁移，BCF常大于1，表明水稻对Tl具有较高的吸收富集能力，并可能对人类健康构成潜在风险。在典型Tl污染区，Cd常与Tl共存，且其同样易被水稻吸收。不同的是，相关研究表明水稻地上部对Tl与Cd的富集能力相当，但籽粒中Tl浓度显著低于Cd，这表明水稻对Tl和Cd的吸收、转运及籽粒分配过程可能存在显著差异，但其机制尚不明确。

为解决这一科学问题，中国科学院南京土壤研究所研究员吴龙华团队，通过设置不同水分条件处理下的水稻盆栽试验和根箱试验，采用平面光极（PO）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）等技术，探究了Tl、Cd在土壤-根系界面的环境行为，通过LA-ICP-MS成像、基因表达分析和典型Tl-Cd复合污染区田间水稻籽粒样品采集验证，解析了Tl和Cd在水稻节及糙米中的差异性转运与分配特征。结果表明，淹水处理降低了稻田土壤Tl、Cd的活性，其中Cd主要向可氧化态组分转化，而Tl则更多固定于残渣态组分。淹水促进了水稻根表铁锰胶膜的形成，通过增强Tl/Cd在根表的固持作用，降低了其向根内迁移。在水稻秸秆中，相对于Cd，Tl主要滞留在节中或会被转运至叶片，而Cd则更易通过节部调控转运至上一节并持续向籽粒运输。在水稻籽粒中，除糠层外，Cd主要分配于胚乳，而Tl则主要在胚中积累，并且籽粒Tl与K的空间分布模式高度一致。田间样品采集验证结果表明，占糙米质量88.0–91.1%的胚乳，贡献了66.0–86.0%的糙米Cd，但仅贡献了19.9–31.5%的糙米Tl；而质量占比为1.78–2.66%的胚，对糙米Cd的贡献仅为2.25–8.61%，对Tl的贡献却高达42.9–60.8%。基于上述结果，研究团队提出了Tl/Cd复合污染稻田的三种实用管理策略：（1）水分管理：通过优化灌溉模式，如持续淹水，可显著降低土壤中Tl/Cd有效性，进而减少水稻吸收；（2）秸秆管理：收获后及时移除水稻秸秆，减少Tl和Cd返回土壤重新进入农业循环；（3）籽粒加工：通过充分碾磨去除米糠和胚，可显著降低Tl相关健康风险，但对Cd的去除效果有限。研究成果对Tl-Cd复合污染稻田土壤安全生产及人体健康风险管理提供了理论支撑。

上述成果以“Contrasting Fate of Thallium and Cadmium in the Soil-Rice System: Convergent Rhizosphere Bioavailability Responses Yet Divergent Translocation and Grain Partitioning”为题发表在Environmental Science & Technology期刊，博士研究生余贤安、助理研究员周嘉文为论文第一作者，胡鹏杰副研究员、吴龙华研究员为通讯作者。该研究结果得到了国家自然科学基金的资助。

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稻田土壤铊镉赋存及水稻吸收-转运-分配过程示意图