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水稻通过径向泌氧在根际形成微氧环境，从而在根表及周围几毫米范围内生成铁氧化物胶膜（即铁膜）。铁膜作为阻止重金属进入水稻根系的重要屏障，在重金属的移动性与有效性中发挥关键作用。铁膜的形成及其对重金属的吸附和固定能力受到多种因素的影响，包括根系泌氧、根际pH值和氧化还原电位（Eh）、有机质含量以及微生物活动等。然而，目前尚不清楚在整个水稻生育期内，哪些因素在铁膜的形成及其对重金属的吸附固定过程中起主导作用，以及这些因素的相对贡献。
为解决这一问题，广东省科学院生态环境与土壤研究所刘同旭研究员团队应用随机森林模型，定量解析了水稻生育期内铁膜形成及其对重金属镉、砷吸附固定的主要驱动因子及其相对贡献。研究结果表明，水稻根系泌氧速率和铁膜中相关微生物的丰度是铁膜形成的关键驱动因素，其相对贡献范围为1.4%到81%。在铁膜吸附固定砷的过程中，水稻根系的泌氧速率和铁膜的量是主要决定因素。
铁膜形成及其对重金属吸附固定的主控因子分析
其次，受到根际土壤总铁含量、砷还原菌及有机质降解菌相对丰度的影响，这些因素的相对贡献为6.0%到11.7%。与此不同，铁膜对镉的吸附固定主要受到根际土壤中铵根离子的竞争吸附以及有机质降解菌相对丰度的影响，其相对贡献分别为25.5%到23.5%。
上述研究为理解水稻全生育期内铁膜的形成及其对重金属吸附固定过程提供了重要见解。研究成果发表在中科院一区期刊Science of the Total Environment 上，广东省科学院生态环境与土壤研究所于焕云研究员担任论文第一作者和通讯作者，王琦研究员和刘同旭研究员参与该工作。研究得到国家自然科学基金及广东省基金等项目的支持。
论文信息：
Huan-Yun Yu, Yafei Xu, Qi Wang, Min Hu, Xiaoqing Zhang, Tongxu Liu, Controlling factors of iron plaque formation and its adsorption of cadmium and arsenic throughout the entire life cycle of rice plants. Science of the Total Environment, 2024, 953: 176106.
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969724062624
来源：广东省科学院生态环境与土壤所 土壤分子团队 于焕云
