稀土元素在植物中的分异机制 (I) 小麦不同器官中的稀土元素分异模式及形成机制

以小麦为植物材料，利用外源稀土添加、营养液培养等人工控制手段，研究了稀土元素在植物体内的分异效应，并探讨了分异效应产生的机制。结果表明，稀土元素在小麦不同器官中出现显著分异。根系出现中稀土(MREE)富集特征和“M”型四重效应，分析是由稀土元素与PO4^3-的选择性沉淀造成。小麦地上部分稀土元素分布出现“W”型四重效应，分析也是由根部磷沉淀造成。与此同时，小麦茎部相对富集轻稀土(LREE)，叶中相对富集重稀土(HREE)。运用VMINTEQ程序计算了木质部溶液中稀土元素的结合形态主要有LnEDTA^-和Ln^3 (Ln指稀土元素)，但仅有LnEDTA^-表现出HREE相对富集特征，其他形态则表现出LREE相对富集特征。分析叶部LREE／HREE分异是吸收LnEDTA^-造成，而茎部LREE／HREE分异则是吸收Ln^3 和其他形态稀土的结果。细胞壁对Ln^3 的吸附也是导致以上分异特征的重要因素。     

外施稀土在农田生态系中的生物地球化学循环与残留

选择已广泛使用稀土微肥的大兴县庞各庄小麦种植区内, 进行稀土喷施常规量、土施常规量及3倍常规量和对照4种处理的田间实验. 以各地块的耕层土壤为主体, 观测、收集和测定了与之相关各项源汇物质及它们所载带稀土的通量. 结果表明, 未施稀土的地块中, 由降雨、降雪、灌水、复合肥、尿素和降尘等主要源物质载带的稀土输入量极少, 每年共计仅有19.3 g·hm-2 左右; 而外施稀土的地块中, 稀土输入量显著增高. 喷施或土施常规量所输入的稀土分别为对照地块总输入量的9.7和106倍. 但在对照和施用不同量稀土的4个地块中, 由小麦植株的收获和雨水下渗所引起的稀土总输出量都很相近, 而且均以收获期的小麦植株为主要输出物质, 各部位的稀土输出量排序均为根>叶>茎>颍壳>籽粒. 由计算结果得知, 在对照地块的耕层土壤中稀土输出量与输入量基本平衡, 不会发生稀土累积; 而在外施稀土的地块中, 随着外施稀土量的增加, 耕层土壤中的稀土累积量有相应增高, 如果多年连续土施常规量稀土, 仅需159年就会使耕层土壤中稀土含量增加1倍, 发生环境污染有较大的潜在危险; 而采用喷施(常规量)的方法累积速度低得多, 需要2008年才能使耕层土壤中稀土含量增加1倍.     

土壤中稀土对有效氮形态分配和转化的影响

在土壤旱作和淹水培养两种方式下, 通过添加外源稀土研究了黄褐土中稀土对有效氮形态分配和转化的影响.结果表明, 在旱培条件下, 土壤中稀土含量的提高增加铵态氮和水解氮的含量, 减少硝态氮的含量, 两周内增加矿质态氮的含量, 八周以后则无显著影响; 有效氮的含量在稀土含量较低时升高, 高含量时则下降, 实验确定外源稀土对旱培土壤有效氮作用的无观察效应浓度(NOEC)为443.8 mg*kg-1. 在淹水培养条件下, 稀土含量较低时对土壤铵态氮和水解氮含量无显著影响, 含量较高时则降低铵态氮和水解氮含量, 外源稀土对淹水土壤铵态氮和水解氮含量影响的无观察效应浓度分别为 171.2, 256.9 mg*kg-1. 分析表明, 土壤中稀土含量的变化对氮素的影响在旱培条件下主要与稀土对土壤硝化过程作用有关, 淹水条件下与稀土对土壤氨化过程作用有关.     

潮间带水体各要素中稀土元素的含量及其分布模式

以天津沿海潮间带为对象,通过P507萃淋树脂分离富集和ICP MS测定,探讨了潮间带海水和沉积物各要素中稀土元素的含量及分布模式。研究结果表明,潮间带海水中溶解态稀土含量均值为0.461μg·L-1,原水和沉积物孔隙水中稀土含量均值分别为4.98和0.845μg·L-1,其分布模式与内陆天然河流相似,与远洋深海差别较大。沉积物和悬浮物中稀土含量均值分别为161.2及168.1mg·kg-1,明显低于天然河流,但高于东海大陆架沉积物。潮间带沉积物、悬浮物主要源于陆地滨海土壤,其演化过程与天然河流相近,而与东海大陆架深海沉积物不同。天津沿海污染物的排海对潮间带稀土含量分布直接影响不明显。     

稀土在植物抗逆中的生理作用

论述了近年来关于稀土元素在植物抵抗干旱、高温、低温、盐渍、病虫害、重金属污染等逆境中的作用。稀土元素在植物抗逆中可能的生理作用机制为：稀土离子与细胞膜上的磷脂结合，调节钙代谢，改变细胞膜的通透性和稳定性，提高细胞膜的保护功能；稀土离子能提高植物体内的保护酶活性，减少自由基积累，增强植物的抗逆性。     

稀土元素在植物中的分异研究进展

有关对稀土农用的理论和实践、天然和农业生态系统中稀土的地球化学行为及稀土的增产生理过程与毒理等方面已开展了大量研究,而对稀土进入植物体内的迁移过程、分布分异现象和机制缺乏必要的了解。稀土元素在植物中的分异研究有助于“示踪”稀土元素在土壤(溶液)-植物系统中的迁移路径,进而查明控制稀土元素迁移和积累的体外和体内敏感因素。本文结合近5年的研究工作,就近年来国内外有关稀土元素在植物中的分异现象、机制及其研究意义进行了综述,并展望了此方面的研究趋势,期望能为稀土以及重金属的生物有效性研究开辟一条新思路。