植物根系吸收是放射性核素从土壤向植物转移的主要途径，因此，在过去几十年中，尤其是切尔诺贝利核电站事故后进行了广泛研究。根系对核素的吸收主要与土壤溶液中该核素的浓度、土壤溶液化学组成和植物的富集能力直接有关。植物吸收放射性核素还与菌根共生有关(Entry et al. 1999)。

(一)土壤因子

土壤因子(即土壤的物理化学性质)可以通过影响放射性核素在土壤中的生物有效性而影响根系吸收。土壤性质对植物吸收放射性核素的影响随核素种类而变，因为不同核素以不同化学形态(包括电荷数、氧化还原状况和离子半径)存在于土壤溶液中。通常土壤黏粒矿物含量、有机质含量、pH、阳离子交换量和土壤水分状况是主要的影响因素。

关于土壤因子对植物吸收放射性铯和锶的研究已有较多报道。放射性Cs转移系数(TF值)与土壤有机质成正相关。植物吸收放射锶随pH的上升而下降，但pH不影响植物对铯的吸收(Bergeij k et al. 1992)。然而，这些关系并没有广泛的适用性，比如，Bilo等(1993)发现谷类作物对放射性铯的吸收与pH呈负相关，并且与阳离子交换量、阳离子总量
和盐基饱和度等都有关系。由于目前还没有关于大量放射性核素的系统数据．尚无法得出关于土壤因子和植物吸收之间的一般结论。通常来讲，土壤溶液中的放射性核素仅占土壤中总放射性含量的一小部分。因此，凡是能够影响土壤溶液中放射性核素浓度缓冲能力的因子都会影响到植物对核素的吸收。

对有些放射性核素而言，例如铀，它们在土壤溶液中的形态与植物吸收之间的关系较为密切。溶液中铀的形态主要受pH影响(图7-1)，而铀形态对植物吸收有很大的关系。在以铀的碳酸盐为主要组分的石灰性土壤上，植物在地上部和根系积累了最多的铀，而在酸性黏土上，铀主要以Fe, Mn结合态存在，植物积累铀最少。土壤矿物对U(Ⅵ)的吸附随pH升高(在pH<7情况下)而增加，降低pH则发生解吸。在土壤和水体中，铀能够如同与CO₃^2-和OH^-复合一样，与SO₄^2-和PO₄^3-形成复合物。这些复合物能够提高铀的总溶解度。从修复土壤的角度考虑，对U(Ⅵ)在土壤中的化学行为进行详细研究将有助于正确决策。在pH为5时，UO₂²⁺是主要形态，这一形态的铀易被植物吸收，当pH<5时，土壤中铀的生物有效性非常低，很难为植物所吸收；土壤pH影响铀从根部向地上部转移，在pH为6和8时，豌豆吸收的铀主要富集在根系中，很少一部分被转移至茎部(Ebbs et al. 1999)。

(二)离子交互作用

植物根系对放射性核素的吸收通常与该核素在化学和物理性质上相似的元素有很大关系。这些经典的相似元素对包括³ H/H(即³HHO和H₂O)、Cs/K、Sr/Ca、Tc/S(和硝酸根)、As/P、Cr/P和U/P等。这里的离子交互作用是指放射性核素与其非放射性的相似化学元素之间的作用。最广泛研究的元素对是Cs/K。钾可以有效地竞争根表面的离子吸附位，因此增加溶液中钾离子的浓度可以有效地降低植物对铯的吸收。溶液中钾离子浓度与铯吸收可以用一个负指数方程来描述(图7-2)。这一负指数方程表明，当溶液钾离子浓度高于一个临界值后，继续增加钾离子浓度并不能继续抑制铯的吸收。施用K肥亦能够降低盆栽和田间小区的水稻对¹³⁷ Cs的吸收，使水稻植株中¹³⁷ CS的累积减少了22％～55％，这是因为随着K肥施用量的增加，土壤中交换性¹³⁷ Cs的浓度下降(朱永懿等1998，1999)：

y=5.77-7.06x    r＝0.838(p＜0.05)     (7-8)

式中，y为土壤中交换性¹³⁷ Cs的浓度，x为K肥施用量。

图7-2  外源钾浓度对春小麦吸收放射性铯的影响(Zhu 2001)

增加土壤溶液中NO₃^-的浓度可以降低菠菜叶片中99 TcO₄^-的浓度，向土壤中施用NO₃^-可以有效地降低99 TcO₄^-在牧草中的转移系数。这种抑制作用很可能与NO₃^-和99 TcO₄^-之间在根系吸收过程中的竞争作用有关。此外，土壤溶液中的磷酸根可以有效地抑制植物对铀的吸收(图7-3)。

(三)植物吸收核素的种类差异

不同植物种类或品种对放射性核素的吸收积累能力不同口已有关于不同植物吸收积累放射性核素的研究，主要涉及放射性危险评价和放射生态学等领域，从表7-8可以看到不同作物吸收积累放射性的TF值有很大的差别。植物吸收放射性核素的基因型差异可以根据植物对相似营养元素的吸收来预测。

图7-3  溶液培养条件下磷素供应又引厦物(豌豆幼苗)

吸收积累铀的影响(Ebbs et al. 1999)

Ebbs等(1999)研究了12种植物对铀的吸收积累能力，发现不同植物对铀的积累能力存在很大的差别。不同植物对铀吸收能力与累积模式存在很大差异，这也适合于不同植物修复过程选择相应特殊植物的基础。早期有研究人员从34种植物中筛选铀的富集植物，发现虽然不同植物积累铀的能力存在明显差异，但铀主要累积在根中，目前尚没有一种植物具有超积累铀的特征。向日葵(Helianthus annuus)和印度芥菜(Brassica Juncea)比其他植物积累了更多的铀，因而被选作铀富集植物。在矿区自然生长的植物对于环境污染往往进化形成特殊的适应机制，这些植物类群实际上是可用于矿区生态恢复的备选植物种质库，很多重金属超积累植物正是从这些植物中发现的。利用作物或野生植物对放射性核素吸收的基因型差异可以在植物修复技术体系中得以应用。