石灰岩地区环境中碘的植物有效性及其地球化学控制机制

环境中碘的植物有效性是碘缺乏病（IDD）病区成因的核心问题之一。碘分析技术的突破使病区成因的揭示时机已成熟。利用我国地域差异明显、控制环境中碘分异的自然条件多样的特点，可厘清各种难以辨析的因素影响，以破解石灰岩地区IDD更易流行的地球化学机制这一研究热点和难题。在拟定的研究区，分析环境中植物可利用碘（即土壤水溶性碘、近地层空气碘）的含量及形态分布对植物富集碘的影响，结合实验室盆栽研究，搞清根系和叶片对不同形态碘的富集作用，揭示环境中碘的植物有效性。分析海洋影响、土壤发育、母岩、地形、植物生长、水热条件和人为活动对环境中植物有效性碘的影响，结合实验室模拟研究，揭示环境中植物有效性碘的地球化学控制机制。该研究将揭示IDD病区形成的地球化学机制，为适量补碘控制IDD提供理论指导；有望通过干预关键地球化学过程来提高植物对环境中碘的利用率，为IDD防治探寻新的途径；进一步完善碘的地球化学循环理论。

以贵州贵阳的石灰岩地区周家寨村、新把火村、罗吏村、阿栗村、头堡村为研究区域，以相邻的砂岩地区老把火村、白云岩地区草坝村和蔡家关为对照区域；以近海的山东莒县石灰岩地区前石窑村为研究区域，以相邻的花岗岩地区崮西村为对照区域；以贵州省织金县石灰岩地区水淹坝和水依村为研究区域，以相邻的砂岩地区菁脚村和玄武岩地区水塘村为对照；以江西省上高县石灰岩地区石灰塘村为研究区域，相邻的花岗岩地区田心村为对照。采集了当地的蔬菜、土壤、空气、大气降水、地表水和地下水，测定了其碘含量及形态分布，分析了土壤的常量元素、微量元素和pH值。为搞清海洋对陆地环境碘的贡献，采集了10个省的17个县的大气降水，并测定了其碘的含量及形态分布，分析了其常量及微量元素组成，以搞清大气降水中碘各种来源的贡献。实验室模拟实验，研究了土培、砂培时植物对碘的富集作用，尤其是，水培对溶液中碘离子、碘酸根，对空气中单质碘和甲基碘的富集作用。结果表明：根系能够有效富集土壤和水溶液中的碘，并能将碘传输到叶片；叶片能够吸收、富集空气中的碘，并将碘输送到根部；茎部更多的是作为碘输送的通道，对碘的富集能力较低；多数植物根系对碘离子的富集能力强于碘酸根的，碘离子更易被植物吸收、富集；多数植物对单质碘的富集能力强于甲基碘的，单质碘更易被多数植物吸收、利用。大气降水、地表水中碘绝大多数都是有机结合态碘，在无机碘中主要赋存形态为碘离子；土壤水溶性碘中绝大多数也为有机结合态碘，无机碘中主要为碘离子。海洋对陆地环境中碘的影响范围非常有限，直接影响不超过80km；内陆大气环境中气态碘主要为有机结合态碘，主要人为排放源是燃煤，石灰岩地区空气中有机结合态碘多低于相邻地区的。土壤水溶性碘含量占其总碘的百分比很低，种植蔬菜品种的不同对土壤水溶性碘含量有一定的影响，但水溶性碘含量主要受控于土壤本身的性质。土壤pH值与水溶性碘离子含量显著负相关，土壤固碘组分含量高将降低其水溶性碘含量，石灰岩地区发育程度较低的土壤的水溶性碘离子含量大多较低，这同时可能也影响着土壤碘向空气中的挥发，从而降低了空气中植物有效性碘的含量。因此，提高石灰岩地区土壤的酸性可能有利于植物对环境中碘的吸收、富集。