我院教师黄高翔在土壤重金属镉污染修复方面取得系列重要进展

发布时间:2021-12-06浏览次数:341


近期,我院土地利用与生态治理校级科研团队教师黄高翔博士在环境科学与生态学领域国际顶级期刊Journal of Hazardous Materials连续发表3篇重要研究成果,该期刊(影响因子:10.588)在环境科学与工程领域全球CiteScore排名前3%(共146本),是环境科学与生态学领域国际顶级期刊。

重金属镉是我国土壤环境超标率最高的污染物,严重威胁我国粮食安全和人体健康。当前流行的耕地镉污染修复技术总体呈现高成本低效率、区域适应性差等特点,难以实现大规模应用。微量元素农艺调控技术是一项操作轻简、低成本、环境依赖性小的新兴技术,但降镉机制不明确、应用模式不健全等技术瓶颈限制了该技术的应用。本研究通过阐明微量元素的降镉机制、创制了微量元素降镉新技术、新产品,田间应用降镉效率高达70%以上。主要研究结果如下:

(1)锰是水稻生长必需微量元素,根系锰转运蛋白OsNramp5对环境镉离子的迁移转运发挥重要作用,造成锰-镉拮抗效应。本研究利用水培、盆栽、田间小区试验,发现外源锰对水稻根系Cd转运基因OsIRT1OsNramp5表达的影响存在剂量效应(图1);锰促进水稻根表铁锰氧化物胶膜对镉的“屏障效应”,进而抑制水稻根系吸收镉(Huang et al., 2021a. Journal of Hazardous Materials; Huang et al., 2021b. Pedosphere)。


1 包膜缓释锰肥降镉机制与效能

(2)本研究发现锰元素的降镉效能与之土壤生物有效性呈正相关,通过合成高分子聚合物(水基聚丙烯酸酯乳液)研制了包膜缓释锰肥(图1),极大地提高了锰元素施入土壤后的时效性和植物利用率,大大提高了对水稻的降镉效率(Huang et al., 2021a. Journal of Hazardous Materials);常规土壤酸性改良方式(施石灰)抑制土壤锰的化学活性,通过关键期追施锰肥可弥补锰亏缺诱发的逆向拮抗效应(图2),糙米降镉率高达70%左右(Huang et al., 2021c. Journal of Hazardous Materials)。


2 石灰联合关键期追施锰肥降镉机制与效能

(3)铁锰氧化物胶膜是水稻根系吸收镉的天然屏障,其厚度和动态变化受环境铁锰供给、根系泌氧量(ROL)的影响,进而决定了阻镉效能。本研究通过丹麦氧微电极探针技术发现根系氧化酶活性、活性氧水平诱发了根系泌氧的垂直变化,影响根表铁锰氧化物胶膜的形成,进而触发对镉的“屏障效应”,且该过程受微量元素铁、锰、硒的调控(Huang et al., 2020. Journal of Hazardous Materials)。

3 水稻根表铁锰氧化物胶膜及硒调控过程

以上研究成果为江西省轻中度镉超标耕地的安全利用提供了理论支撑和技术保障。土地利用与生态治理团队黄高翔老师自2019年入职我院以来,积极投身科研和社会服务工作,受江西省农业农村厅委托指导赣东片区受污染耕地修复工作,与合作单位在江西南昌、鹰潭、新余、抚州等地多次进行试点示范,取得了突出的社会、经济与生态效益,为打造美丽中国“江西样板”贡献我校科技力量。

4 抚州试点示范项目

相关论文链接:

论文1 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389421028661?via%3Dihub

论文2 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389420308499?via%3Dihub

论文3 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389421005604?via%3Dihub