影响红壤团聚体中重金属解吸运移的根际有机质电子穿梭机制

土壤团聚体是土壤中重金属富集隐藏的结构体。土壤团聚体内的矿物生物还原作用影响重金属的解吸运移及生物有效性，是影响植物修复重金属污染土壤的重要因素。本研究通过建立土壤团聚体模拟体系，定量分析典型土壤有机质通过电子穿梭机制对团聚体微细孔隙内矿物溶移的影响，以获得孔隙内重金属的解吸动力学；同时，通过根箱培养与田间原位采样试验，本研究将揭示典型土壤重金属富集植物根际环境中有机质对团聚体中矿物生物还原与重金属解吸运移的影响。通过综合应用高分辨液相质谱法、氧化还原滴定法、荧光光谱法、电化学分析法等方法，本研究还将探明根际有机质进行电子穿梭的氧化还原活性基团。本项目的顺利实施将揭示土壤复杂体系中土壤团聚体结构、根际有机质、以及微生物的交互作用，从而从分子水平上理解影响重金属解析运移的电子转移化学机制，为提高污染土壤植物修复的环境治理效率提供理论依据。

本项目对不同有机物质（包括根际分泌物）分布下红壤团聚体体系中铁还原过程及重金属分布展开研究，结果表明：（1）有机物质对土壤团聚体体系的铁还原-重金属运移起到重要影响。葡萄糖与腐殖酸的配比影响着铁锰生物还原溶出过程，并改变铁锰在土壤固相上的分布，特别是腐殖酸对于无定形铁矿物还是针铁矿的生物还原过程均起到重要作用，影响矿物的可还原程度及其还原溶出速率。（2）土壤团聚体粒径分布影响亚铁的还原溶出，粘粒组>原土组>粉粒组>砂粒组，同时重金属锌等的再分布过程也会随团聚体粒径不同而发生变化。（3）低分子有机酸在根际有机分泌物中占据重要比例，其存在浓度影响柠檬酸铁/无定形铁矿物/针铁矿的铁还原过程，改变铜等金属离子的分布规律。（4）基于高分子凝胶技术构建铁矿物/土壤模拟团聚体体系，设置微宇宙培养实验，探讨土壤团聚体孔隙结构对铁还原的影响，发现Fe2+离子释放过程受到有效铁还原表面位点数、Fe2+吸附/沉淀速率和有效AQDS含量三方面因子的协同影响，随着团聚体结构差异与AQDS含量变化，亚铁还原溶出动力学参数K和Logγ呈现不同变化规律；而在铁还原的同时，重金属的释放过程也随着团聚体结构差异而呈现不同规律。（5）在引入根际可溶性有机质（DOM）的铁还原体系中，生物还原作用大小依次为：稀释5倍DOM>非根际DOM>空白>根际DOM，对铜离子释放的促进作用大小依次为：非根际土DOM>空白>稀释5倍根际DOM>根际DOM；而对锌/铁/锰离子释放的促进作用大小依次为：稀释5倍根际DOM>非根际DOM>空白>根际DOM。（6）设置根箱实验，发现种植玉米后铁矿物凝胶体系中亚铁浓度相比空白对照组略有升高，但差异出现在21天后，这可能说明植物种植对于铁还原的影响需要一个缓冲期以释放形成足够的根际有机质，而遮光处理对于水稻土凝胶体系中亚铁浓度影响较为明显；而在水稻根箱体系中，土壤样品的HCl可提取态亚铁离子浓度高于对照，同时，水稻的种植对于HCl可提取态铜离子浓度有一定的提升，但在长期作用下铜离子浓度反而比对照组略低。（7）在种植景天的田间试验中，植物的存在对土壤酸可提取态亚铁有一定促进作用，而锌/镍/钴/镉的酸可提取态含量也均略有增加，植物根际分泌的有机物质对铁还原-重金属运移带来重要影响。