稻田锰促进土壤亚铁氧化固定镉的生物化学机制

It has been received increasing concerns that the environmental behavior of Fe(II) oxidation is very important on cadmium immobilization in soil. Manganese, with high background value in the soil of Guangxi province, plays important role on Fe circulation. But the bio-chemical mechanism of manganese enhancing Fe(II) oxidation and cadmium immobilization by microbe is still unclear. Therefore, in this project, Cadmium pollution paddy soil and rice will be selected as research object. Batch Experiments will be conducted to study the variation of FeOB, soil oxide mineral content and soil cadmium form under different manganese concentration level. These results will illuminate the bio-chemical processing of manganese promoting cadmium immobilization by Fe(II) oxidation and biomineralization under FeOB mediation. Pot experiments will be conducted to study the variation of FeOB and the cadmium sequestration in root surface Fe-Mn plaque under different manganese level. It will reveal the bio-chemical processing of manganese’s effect on cadmium sequestration by root surface Fe-Mn plaque under FeOB mediation. The cadmium concentration in different parts of rice will be detected to evaluate the role of manganese on reduction of soil cadmium bioavailability and the role of FeOB abundance on cadmium immobilization.The bio-chemical mechanism of manganese’s effect on FeOB will provide feasible methods in cadmium reduction in rice in the future.

土壤中铁循环对镉固定的环境行为备受关注，亚铁氧化成矿过程是镉吸附固定的重要途径。广西土壤锰背景值高，锰对铁循环有重要影响，但有关锰对微生物介导下的亚铁氧化及固定镉的影响及其生物化学机制研究鲜有报道。本研究以镉污染水稻土和水稻为研究对象，研究不同水平锰对土壤亚铁氧化菌（FeOB）丰度、氧化矿物及镉形态变化的影响，探明锰促进FeOB介导下亚铁氧化生物成矿固定镉的生物化学过程；研究不同水平锰对水稻根表铁锰膜形成及性质、根表铁锰膜FeOB丰度、根表铁锰膜镉固定能力，探明锰促进FeOB介导下亚铁氧化形成根表铁锰膜固定镉的生物化学过程；结合水稻不同部位镉含量的分析，阐明锰促进土壤亚铁氧化固定镉、降低土壤镉生物有效性和稻米镉累积机制，揭示锰增加FeOB丰度是促进土壤亚铁氧化固定镉的生物化学机制，为镉污染稻田治理和削减稻米镉累积研究与实践提供理论参考依据。

本研究以镉污染水稻土和水稻为研究对象，研究不同水平锰对土壤亚铁氧化菌（FeOB）丰度、氧化矿物及镉形态变化的影响，探明锰促进FeOB介导下亚铁氧化生物成矿固定镉的地球生物化学过程。具体结果如下：.施锰改变水稻生育前期土壤pH值、土壤Eh值，增加土壤中二价锰含量，降低二价铁含量。Mn800处理显著增加了水稻根际和非根际土壤Mn2+含量，同时降低了Fe2+含量，其中根际土壤Fe2+含量较CK降低了18.6%，非根际土壤Fe2+含量较CK降低了9.94%。根际土壤的Fe2+含量显著低于非根际土壤。施锰促进土壤中锰氧化物和根际中无定形铁氧化物的形成，Mn800处理根际土壤无定形铁氧化物相对于CK显著增加3.72%，表明锰促进了无定形铁氧化物在根际的生成。.施锰增加了土壤中锰氧化物含量，增强了无定形铁锰氧化物对镉的吸附并附着在土壤胶体中，降低了土壤中易于被植物利用的可交换态镉和碳酸盐结合态镉，增加了铁锰氧化物结合态镉的含量。在水稻成熟期，Mn400和Mn800处理土壤中无定形铁锰氧化物结合态镉含量增加了11.57%和13.22%，胶体镉含量增加了21.0%和29.4%；土壤可交换态镉含量显著降低，降低了10.49%和7.35%，而铁锰氧化物结合态镉含量显著增加，增加了10.20%和10.42%。施锰显著增加了根表铁锰膜锰含量以及分蘖期根表铁锰膜铁含量，增加了根系中锰含量以及苗期和分蘖期根系铁含量，显著降低了成熟期茎叶Cd含量51.2-71%，水稻籽粒Cd含量26.7%-31.0%。锰促进土壤中铁锰氧化物的形成及其对镉的固定，改变了土壤中镉的形态及有效性。.施锰促进非根际土壤中铁氧化菌Thiobacillus denitrificans (NC007404) 的丰度增加，提高根际无定形铁氧化物的含量。施锰激活了土壤中锰氧化菌，促进了非根际土壤中锰氧化菌Oxalobacteraceae bacterium AB 7(JQ033387)、根际土壤中锰氧化菌Pedomicrobium manganicum ATCC 33121(GU269549)的丰度增加。促进了土壤中铁锰的生物成矿。表明锰促进土壤亚铁氧化固定镉的过程受到微生物的介导。.施锰促进了亚铁在根表的氧化沉淀，有利于根表铁锰膜的形成，增加了根表铁锰膜中铁和锰的含量。施锰促进了土壤中无定形铁氧化物和锰氧化物的形成及其对镉的固定