Does soil rare earth element speciation control their phyto-availability and dissemination within plants?
La spéciation des terres rares contôle-t-elle la phyto-disponibilité et la dissémination dans les plantes ?
Résumé
Through field and laboratory studies of water, soil, and plant samples, this work was able to examine (1) geochemical triggers and (2) biological triggers of REE uptake in plants. In a first time, this was examined using field samples collected from three legacy mine sites in Portugal. Mining sites, where REE and other metals are readily solubilized by acid mine drainage (AMD), constitute ideal targets for identifying the effects of plant physiology and biological preference towards particular REE. Plants had similar signatures to soluble REE concentrations observed in local surface waters, leading the study to question which mineral-water interface interactions were responsible for soluble REE in these systems. Using BCR sequential extraction scheme to characterize the soil associated REE, the conducted study then compared the signature of REE in plant tissues to the signatures in different soil organic and mineral pools. Previous studies have asserted that only dissolved or exchangeable and carbonate bound mineral pools host potentially bioavailable REE. Our study demonstrated that oxidizable and reducible fractions may uniquely contribute to the soluble REE pool in AMD systems. One of the results from this chapter showed a minor increase in the amount of exchangeable and carbonate bound REE in samples collected from the rhizosphere as opposed to samples collected from bulk soils. A growing number of specialists in the field, cites the importance of exogenic organics associated with plant nutrient acquisition in influencing the solubility and uptake of trace nutrient metals in the rhizosphere. For this reason, a hypothesis was formed that nutrient stress to the plant may induce phyto-chelate exudation which would increase uptake and bioconcentration of REE. This did indeed demonstrate differences in REE acquisition across plant types and nutrient acquiring schemes.
Grâce à des études de terrain et de laboratoire portant sur des échantillons d'eaux, de sols et de végétaux, ce travail a permis d'analyser les déclencheurs (paramètres et processus) (1) géochimiques et (2) biologiques de l'absorption des terres rares (REE) par les plantes. Ces éléments ont d’abord été examinés à l'aide d'échantillons de terrain prélevés sur trois anciens sites miniers au Portugal. Les sites miniers, où les REE et d'autres métaux sont facilement solubilisés par les drainages miniers acides (DMA), constituent des cibles idéales pour identifier les effets de la physiologie des plantes et la sélectivité biologique des plantes pour des REE particulières. Les plantes prélevées sur ces sites ont montré des signatures en REE similaires aux concentrations de REE dissoutes presentes dans les eaux de surface locales; ce qui nous a conduit à nous interroger sur la nature des interactions à l'interface minéral-eau, responsables de la solubilisation des REE dans ces systèmes. En utilisant le schéma d'extraction séquentielle de type BCR pour caractériser les REE associées au sol, l'étude réalisée a ensuite permis de comparer la signature des REE dans les tissus végétaux aux signatures dans différentes phases organiques et minérales du sol. Des études antérieures ont affirmé que seules phases minérales dissoutes ou échangeables et liées aux carbonates contiennent des REE potentiellement biodisponibles. Notre étude a démontré que les fractions oxydables et réductibles peuvent contribuer de manière unique au pool de REE solubles dans les systèmes de DMA. L'un des résultats de cette étude a montré une augmentation mineure de la quantité de REE échangeables et liées au carbonate dans les échantillons prélevés dans la rhizosphère par rapport aux échantillons prélevés dans les sols globaux. Un nombre croissant de spécialistes du domaine, cite l'importance des matières organiques exogènes associées à l'acquisition de nutriments par les plantes, en influençant la solubilité et l'absorption des métaux nutritifs traces dans la rhizosphère. Nous avons ainsi proposé hypothèse selon laquelle le stress nutritif subi par la plante pourrait induire une exsudation de phyto-chélatants qui augmenterait l'absorption et la bioconcentration des REE. Cette hypothèse permet d’expliquer les différences observées dans l’absorption des REE selon les différents types de plantes et schémas d'acquisition des nutriments.
Origine : Version validée par le jury (STAR)