玄武巖發育稻田土壤中鎳、鉻、鉛形態轉化關鍵過程獲量化

　　廣東省科學院生態環境與土壤研究所研究員劉同旭團隊，成功量化了玄武巖發育稻田土壤中鎳、鉻、鉛形態轉化關鍵過程。近日，相關成果發表于《農業與食品化學雜志》（Journal of Agricultural and Food Chemistry）。

　　鎳、鉻、鉛等重金屬在稻田土壤中的遷移性和生物有效性是決定其在水稻中累積水平的關鍵因素。玄武巖風化形成的稻田土壤因母質特征，天然富集鎳和鉻，同時鉛在淹水-排水交替條件下的活化風險也不容忽視。然而，在氧化還原波動條件下，鐵氧化物、有機質及硫化物對這三種金屬協同轉化過程的相對貢獻尚不明確。

　　氧化還原波動條件下鐵氧化物、有機質和硫化物對稻田土壤中鎳、鉻、鉛釋放與固定的相對貢獻示意圖。研究團隊供圖

　　劉同旭團隊以廣東雷州半島玄武巖發育的地質高背景稻田土壤為研究對象，通過土壤微宇宙實驗模擬稻田淹水-排水交替條件，系統研究了鎳、鉻、鉛的形態轉化特征。研究同步測定了土壤pH、Eh、鐵氧化物形態、溶解性有機碳、硫酸鹽及硝酸鹽等關鍵因子的動態變化，并結合透射電鏡與表面電位滴定分析了土壤顆粒形貌與吸附位點的演變規律。

　　研究發現，在厭氧階段，三種金屬的有效態含量均顯著升高；而在好氧階段，三種金屬的有效態降低。為進一步定量揭示關鍵控制過程，團隊構建了耦合鐵-碳-氮-硫循環的多金屬動力學模型。

　　模型結果表明，鐵氧化還原循環是三種金屬和有機質釋放與固定的根本驅動力。在厭氧階段，鎳和鉛的活化以鐵氧化物的還原性溶解為主導，貢獻率分別達65.2%和93.5%；而鉻的活化則以有機質絡合為主導，貢獻率為83.6%。在好氧階段，鎳和鉛的固定以新生成的鐵氧化物的直接固定為主導，貢獻率分別為63.8%和81.5%；鉻的固定仍以有機質絡合為主導，貢獻率為82.6%。硫化物沉淀對三種金屬的凈貢獻均為負值（-0.8%至-5.3%），表明其對金屬厭氧釋放和好氧固定均起抑制作用。

　　該研究通過動力學建模定量區分了鐵氧化物、有機質和硫化物在氧化還原波動條件下對鎳、鉻、鉛形態轉化的貢獻，為地質高背景地區稻田土壤重金屬風險防控與水分調控策略提供了科學依據。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c12740