水稻屬于喜水作物，為保持充足的水分條件，在水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期內(nèi)，通常會(huì)進(jìn)行淹水種植；而在成熟期前兩周時(shí)，為促進(jìn)水稻籽?？焖俟酀{和便于收獲，又會(huì)需要進(jìn)行排水操作。在淹水-排水過程中，會(huì)使稻田周邊的土壤環(huán)境形成周期性的厭氧-好氧環(huán)境，從而顯著影響稻田的氧化還原條件，并進(jìn)一步影響金屬的活性及其在水稻中的富集。在這種氧化還原條件改變的情況下，土壤重金屬活性的驅(qū)動(dòng)機(jī)制會(huì)變得極其復(fù)雜，而現(xiàn)階段又缺乏定量描述其有效態(tài)的轉(zhuǎn)化過程的手段。

　　廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所劉同旭研究員團(tuán)隊(duì)，通過表面絡(luò)合模型和動(dòng)力學(xué)模型方法定量解析了厭氧-好氧條件下土壤關(guān)鍵元素生物地球化學(xué)過程驅(qū)動(dòng)的重金屬鎘、銻形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)采用了室內(nèi)培養(yǎng)的方式，以金屬鎘、銻為研究對(duì)象，研究了關(guān)鍵元素（鐵、氮、硫）在氧化還原循環(huán)過程中對(duì)鎘、銻形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，還原條件下，鎘的有效性會(huì)迅速下降，其驅(qū)動(dòng)機(jī)制與五價(jià)銻、三價(jià)銻的固定過程有關(guān)。而進(jìn)入氧化條件時(shí)，由于還原產(chǎn)物的迅速氧化，會(huì)促使鎘的有效性快速升高，但同時(shí)銻的有效性也會(huì)顯著降低。針對(duì)金屬鎘，團(tuán)隊(duì)建立了包含土壤元素轉(zhuǎn)化過程的動(dòng)力學(xué)模型，定量評(píng)價(jià)了鐵、碳、硫?qū)︽k有效性的影響，通過模型計(jì)算得到的有效態(tài)鎘含量，與稻米鎘含量呈極顯著相關(guān)性；針對(duì)金屬銻，團(tuán)隊(duì)則建立了銻形態(tài)轉(zhuǎn)化的基元反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，定量評(píng)價(jià)了五價(jià)銻的固定與還原過程，以及三價(jià)銻的氧化與固定過程，闡明了控制銻形態(tài)的關(guān)鍵過程。本研究基于土壤關(guān)鍵過程與模型，定量解析了土壤重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化過程，為金屬有效性及定向調(diào)控提供了理論依據(jù)。

　　相關(guān)研究成果技近期分別發(fā)表在地球化學(xué)期刊Chemical Geology和環(huán)境科學(xué)期刊Journal of Environmental Sciences上。

　　圖 土壤厭氧-好氧條件下土壤關(guān)鍵元素生物地球化學(xué)過程驅(qū)動(dòng)的重金屬鎘、銻形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制

　　論文信息：

　　[1] Yang Yang, Xiu Yuan, Wenting Chi, Pei Wang, Shiwen Hu, Fangbai Li, Xiaomin Li, Tongxu Liu, Yan Sun, Haoli Qin. Modelling evaluation of key cadmium transformation processes in acid paddy soil under alternating redox conditions. Chemical Geology. 2021, 581: 120409.

　　[2] Bingqing Xia, Yang Yang, Fangbai Li, Tongxu Liu. Kinetics of antimony biogeochemical processes under pre-definite anaerobic and aerobic conditions in a paddy soil. Journal of Environmental Sciences. 2022, 113: 269-280.

　　（省科學(xué)院土壤環(huán)境所土壤分子過程研究團(tuán)隊(duì) 楊陽、夏冰卿/供稿）