土壤重金屬的活化與根際土壤的pH值、氧氣含量（O?）和酶活性密切相關(guān)。本研究利用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）、平面光學(xué)傳感器（PO）、土壤原位酶譜分析以及薄層擴(kuò)散梯度（DGT）方法，研究了籽粒莧（Amaranthus hypochondriacus L.）在受污染土壤（含有鎘Cd、鉛Pb和鋅Zn）和未受污染土壤中的重金屬積累，以及根際和非根際土壤中溶解氧（DO）、pH值、土壤酶活性和痕量重金屬的動態(tài)變化。研究結(jié)果表明，在Cd、Pb和Zn的復(fù)合脅迫下，籽粒莧的生長受到顯著抑制，尤其是根和枝的生物量受到的影響最為明顯。籽粒莧根部的徑向氧損失（ROL）和堿化現(xiàn)象主要受根系生長和環(huán)境條件的影響。酶活性模式表明，酸性磷酸酶（ACP）、堿性磷酸酶（ALP）和β-葡萄糖苷酶（BG）的活性主要與根系相關(guān)，而在非根際土壤中這些酶的活性相對較低。在重金屬脅迫下，土壤熱點(diǎn)區(qū)域的ACP、ALP和BG活性增加。DO、pH值和土壤酶活性與Cd、Pb和Zn的存在顯著相關(guān)，影響根際中痕量金屬的活化機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)為理解根系引起的O?、pH值和土壤酶活性變化對土壤中痕量重金屬遷移能力的影響奠定了基礎(chǔ)。

本研究通過非破壞性原位檢測技術(shù)，如根際原位成像實驗，研究了籽粒莧（Amaranthus hypochondriacus）系統(tǒng)中土壤中金屬的遷移和轉(zhuǎn)運(yùn)的時空動態(tài)。研究結(jié)果直接揭示了根際O?、pH值、土壤酶活性和DGT檢測到的痕量金屬的空間分布模式。植物體內(nèi)過量積累的鎘（Cd）、鉛（Pb）和鋅（Zn）會導(dǎo)致多種毒性癥狀，包括生長受抑制和生物量減少。通過二維成像技術(shù)，我們觀察了其根際效率與Cd、Pb和Zn吸收之間的空間關(guān)系。隨著時間的推移，O?濃度先升高后降低，根際pH值變得更堿性，土壤酶活性增加。在各個區(qū)域中，根際土壤的O?、pH值和土壤酶活性均高于非根際土壤，且這些因素的變化主要集中在根系。通過結(jié)合平面光極（PO）、薄膜擴(kuò)散梯度（DGT）和土壤酶譜分析技術(shù)，我們揭示了土壤中污染物的遷移和轉(zhuǎn)化過程，進(jìn)一步增進(jìn)了我們對土壤和沉積物中生物地球化學(xué)過程的理解。然而，本研究提出的方法存在一定局限性。例如，由于平面光極（PO）主要依賴光學(xué)測量，根際O?和pH值的測量精度可能會受到環(huán)境因素的影響。通過優(yōu)化土壤參數(shù)和分析條件，并結(jié)合解吸電噴霧電離質(zhì)譜（DESI-MS）、DGT、PO和酶譜分析技術(shù)，將進(jìn)一步研究根-土界面根系分泌物的原位分布與重金屬土壤環(huán)境參數(shù)（如溶解氧、pH值和酶活性）之間的一般規(guī)律和具體差異。

在桂林理工大學(xué)蔣萍萍和游少鴻團(tuán)隊的研究中，智感環(huán)境的DGT和PO技術(shù)在籽粒莧根際微環(huán)境中激活痕量重金屬機(jī)制的研究中發(fā)揮了重要作用。DGT技術(shù)能夠評估土壤中重金屬的生物可利用性，通過測量特定時間內(nèi)通過擴(kuò)散膜的離子量來計算土壤中重金屬的濃度，從而準(zhǔn)確評估其對植物的潛在風(fēng)險。同時，DGT技術(shù)還能原位監(jiān)測重金屬在土壤固液界面上的動態(tài)平衡過程，捕捉其在土壤中的遷移路徑和轉(zhuǎn)化規(guī)律，為深入理解籽粒莧根際微環(huán)境中重金屬的激活機(jī)制提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。此外，DGT技術(shù)還可用于評估修復(fù)效果，為選擇最佳的修復(fù)方案提供依據(jù)，并監(jiān)測修復(fù)過程中重金屬的動態(tài)變化，為優(yōu)化修復(fù)策略提供科學(xué)依據(jù)。