土壤硒镉摩尔比调控玉米系统中镉的生物有效性、积累与形态转化的机制研究

《Science of The Total Environment》：Bioavailability, accumulation, translocation and transformation of Cd depend on the molar ratio of soil Se-to-Cd: Evidence from a natural Se Cd rich soil-corn system

　　本文揭示了自然硒镉共富集土壤中，硒镉摩尔比（Se:Cd molar ratio）对镉的生物有效性、积累、转运及形态转化的调控作用。研究发现，土壤有效态Se:Cd摩尔比升高可显著降低根际土壤Cd生物有效性（p<0.05），并通过形成Se-Cd复合物、硒氢基（-SeH）螯合及维管束阻滞构成"三重屏障"机制，为硒镉协同区域农作物安全生产提供了新指标。

　　

土壤镉生物有效性与土壤有效态硒镉摩尔比的依赖关系

土壤样品中总硒和总镉浓度如图1-a所示。土壤总硒浓度范围在0.255至0.846 mg/kg（干重）之间，平均值和中位数分别为0.405和0.361 mg/kg（干重）。这些数值处于中国农业土壤典型范围（0.1–0.5 mg/kg干重，中位数约0.17 mg/kg干重）内，但我们土壤样品的中位硒含量显著高于全国水平。总镉浓度范围在0.102至1.210 mg/kg（干重）之间，平均值和中位数分别为0.342和0.246 mg/kg（干重）。这些值高于中国农业土壤镉背景值（0.074 mg/kg），表明研究区域存在明显的镉富集。

根际土壤中形成非生物有效性硒镉复合物作为镉的第一道屏障

最近在恩施硒富集区进行的一项研究揭示，硒镉摩尔比在影响硒镉复合物形成方面起着重要作用。这种现象显著影响了镉从土壤到根系的转运。观察到的负相关关系表明，硒和镉之间的相互作用抑制了镉从土壤向稻米的转运。基于以往研究，可以合理推测其机制涉及根际土壤中硒镉复合物的形成。这构成了限制镉从土壤进入植物根系的第一道物理化学屏障（屏障1）。

结论与未来展望

本研究表明，在土壤-玉米系统中，土壤有效态硒镉摩尔比显著影响镉（而非硒）的生物有效性、积累、转运和形态转化。此外，土壤-玉米系统中硒镉相互作用的机制包括"解毒"和"抑制"。理解硒镉摩尔比对于减轻植物和土壤中的镉胁迫、预测植物对重金属胁迫的响应以及管理作物安全生产具有巨大潜力。