基于红壤风化特征的典型有机氯还原脱氯界面交互反应研究

红壤界面有机氯还原脱氯转化过程是环境土壤化学的热点与难点科学问题。我们前期的研究证实红壤母质是首要的影响因素。红壤界面有机氯还原脱氯与亚铁吸附、铁氧化物还原溶解、铁还原菌的铁呼吸等过程构成三个重要的交互反应。但这些过程的华南红壤区域特征一直是个研究空白。本项目以华南不同母质发育的红壤为对象，研究基于红壤风化特征的还原脱氯与铁物种循环的上述三个交互反应。重点研究不同母质发育红壤界面五氯酚等有机氯的脱氯转化动力学、活性铁物种氧化还原电位、铁氧化物还原溶解动力学等过程与红壤的地带性风化特征值（包括风化率特征值与主要理化性质）的定量关系，揭示基于华南红壤风化特征的脱氯转化与铁物种循环交互反应的地带性关系；研究它们与红壤的非地带性风化特征值（包括主要化学成分与氧化铁等次生矿物）的定量关系，揭示基于华南红壤风化特征的脱氯转化与铁物种循环交互反应的非地带性关系。具有重要的科学意义。

红壤矿物界面有机氯还原脱氯转化过程与铁的生物地球化学循环过程密切相关。我们选取了华南不同母质类型及不同土地利用方式下的土壤共31种(0~20厘米)作为研究对象，研究了不同母质发育红壤的异化铁还原、有机氯还原脱氯与土壤理化性质、风化特征的关系。主要创新性进展包括：(1)阐明了红壤铁物种含量与理化性质、风化指标的关系。发现土壤pH值影响是土壤铁物种形态与含量的重要因素，土壤风化指标受脱硅富铝化过程的控制，脱硅富铝化过程越强，氧化铁的自由度与游离度越高。(2)阐明了红壤铁循环与五氯酚还原脱氯的地球化学机制。添加碳源(柠檬酸、乳酸)促进吸附态Fe(II)的生成，促进土壤中五氯酚的还原转化；发现铁还原速率、五氯酚还原速率与土壤风化指数存在极显著的相关性；逐步回归分析结果表明，铁形态是影响五氯酚还原的关键地球化学指标；脱硅富铁铝化作用越强，五氯酚还原转化的化学作用越强；铁还原与五氯酚还原转化速率排序为：沉积物≥冲积物>石灰岩≥花岗岩；水稻土>森林土。(3) 阐明了稻田土壤中五氯酚还原转化的生物地球化学机制。选取珠三角地区花岗岩、沉积物与冲积物发育的4种水稻土为研究对象，研究了五氯酚还原转化与铁还原动力学，利用Logistic方程拟合五氯酚最大还原速率，借助高通量测序分析了五氯酚还原过程中微生物群落结果演变；定量PCR技术分析了脱氯功能菌脱卤素杆菌、铁还原功能菌地杆菌与希瓦氏菌、细菌总数的基因拷贝数。生物统计结果表明，地杆菌的相对含量与土壤总铁与络合态铁含量存在显著的正相关；土壤alpha多样性chao1和PD_Whole_tree这两个指标与总铁与游离铁含量呈显著的正相关。通过本项目的实施，我们可以肯定，母质与土地利用方式是决定土壤铁还原与五氯酚还原转化相互作用的关键因素，而氧化铁游离度与活化度是最为重要的土壤风化指标。上述研究为深入阐明华南铁循环与有机氯还原脱氯相互作用的生物地球化学机制提供了重要依据。今后可深入研究土壤铁还原群落、脱氯还原群落与地球化学指标的关系。已经发表SCI论文5篇，11人次参加全国学术会议，并作口头报告7次。培养博士研究生2名。还有4篇相关论文在整理之中。