重金属污染对生态系统、农产品质量及人体健康构成了严重威胁，查明土壤重金属污染的来源及迁移途径并对重金属污染农田进行持续、精准的治理与修复，是中国重金属污染状况下的国家需求。然而，重金属在农田污染及修复中有些迁移转化过程并不清楚，如吸附-解吸、络合-鳌合、沉淀-溶解等过程是如何影响元素迁移转化的？稳定同位素技术是解析土壤-植物系统元素迁移转化过程的有效手段，郭庆军研究团队利用非传统稳定同位素（镉同位素、锌同位素）等对典型铅锌矿污染区农田土壤-植物系统中元素的迁移转化过程及同位素分馏机理进行研究，为有效管防控和治理重金属污染农田提供参考依据，在农田重金属污染研究方面取得如下科研进展：

1、揭示了农田土壤中锌的迁移转化及其同位素的变化过程

    基于MC-ICP-MS技术，以铅锌矿区污染农田作为研究对象，明确了污染农田土壤的锌同位素组成及不同端元的来源贡献，探明了锌元素迁移转化过程及其同位素的变化机制，分析了淋溶作用、有机吸附和无机吸附对锌同位素组成的影响，并探讨了这三个过程与环境变量的关系。结果表明：农田土壤锌同位素分馏主要发生在0 ~ 30cm范围内，其组成主要受土壤背景和尾矿的影响，大气源和人工施肥的影响较小。在迁移转化过程中，锌主要以交换态、有机态和残态形式存在，导致土壤中锌同位素分馏的主要原因是有机质吸附和淋溶作用，无机矿物吸附的影响较小。

2、揭示了根际活化对典型超富集及耐性植物Cd迁移及同位素分馏过程的影响

    基于NanoSIMS和MC-ICP-MS等技术，以云南、河南和北京重金属污染农田土壤（重度、中度、轻度重金属污染）为研究对象，选取超富集植物（东南景天）和耐性植物（八宝景天）作为修复植物，通过添加根际活化剂，探明了在三种不同污染程度农田土壤中两类植物组织细胞的元素分布和Cd同位素组成特征，揭示了Cd在细胞壁上的沉淀/吸附和细胞内区域的分布是八宝景天耐Cd的主要机制；结合根际分泌有机酸过程植物根系及土壤Cd同位素分布特征，证实含有O/N官能团的有机物优先螯合重Cd同位素；通过研究不同含量蛋白质和金属硫蛋白的根/叶中Cd同位素的分馏，证实了含硫配体优先螯合轻Cd同位素。该研究表明有机配体在土壤-植物系统Cd同位素分馏和富集过程起着至关重要作用。

上述研究在《Environmental Science & Technology》等国际主流期刊上发表，获得了国家自然科学基金（联合重点基金、面上基金）、科技部重点研发等项目资助。

发表的论文如下：

 Rongwei Wei,Yizhang Liu,Fengxin Kang,Liyan Tian,Qiang Wei,Zhiying Li,Pei Xu,Huiying Hu,Qiyu Tan,Changqiu Zhao,Wei Li,Qingjun Guo*. 2024. Impact of rhizosphere biostimulation on Cd transport and isotope fractionation in Cd tolerant and hyperaccumulating plants based on MC-ICP-MS and NanoSIMS,Environmental Science & Technology,58,43,19408-19418. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c03674. (Nature Index)

 Jing Kong,Fang Huang,Rongfei Wei,Xinchao Zhang,Guangxu Zhu,Qingjun Guo*. 2024. Study on the variation mechanism of Zn isotope in polluted farmland soil, Journal of Hazardous Materials,479,135561. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135561.

图1 根际活化对超富集植物及耐性植物Cd转运和同位素分馏影响的机制示意图

图2 本研究被选为Environmental Science & Technology副封面Supplementary Cover文章

图3 铅锌矿区不同端元的锌同位素组成及锌同位素在农田土壤中的迁移转化