水分耦合硫酸鹽驅動鐵／硫循環降低水稻砷積累的作用機制研究獲進展

　　稻田干濕交替的環境驅動了土壤一系列的氧化還原反應。有研究表明水分和硫酸鹽對土壤As活性與水稻As積累具有顯著影響，但關于水分耦合硫酸鹽對土壤-水稻系統中As遷移積累的作用和機制尚不明確。

　　中國科學院亞熱帶農業生態研究所黃道友研究團隊通過水稻盆栽試驗，研究了3種水分管理方式和5種硫酸鹽水平對土壤-水稻系統中As遷移積累的影響及機理。結果表明，在淹水（F）、淹濕交替（FM）和濕潤（M）條件下，外源硫酸鹽的添加顯著降低了稻米As含量（分別降低了60.1%、46.7%和70.5%）。然而，土壤有效As含量變化與籽粒砷含量變化不完全對應。只有在FM處理下，硫酸鹽施用顯著降低土壤有效As含量，從而降低稻米As積累；F和M條件下硫酸鹽施用主要通過提升土壤pH，促進水稻根表鐵膜的形成，進而抑制As的轉運；此外，水分管理和硫酸鹽單獨或相互作用影響鐵硫微生物的豐度，耦合鐵硫氧化還原過程調控土壤As形態。在F和FM條件下，硫酸鹽抑制鐵還原菌，但促進Fe氧化細菌生長，導致As與鐵錳氧化物結合增加；在M條件下，硫酸鹽介導鐵/硫循環細菌的參與調節As的吸附和釋放，影響吸附態As組分。因此，硫酸鹽的添加會促進鐵膜中As固定，調節微生物鐵/硫循環（受水分影響）促進As固定化，從而抑制As向稻米的轉運。水分和養分管理對農田重金屬污染修復具有重要的作用。本研究通過水分耦合硫酸鹽施加，揭示了不同水分和硫酸鹽管理條件下，土壤鐵硫循環過程調控砷活性的微生物作用機理，為砷污染稻田降砷提供低成本管理方案，為稻米安全生產提供指導。

　　近期，相關研究成果以Key process for reducing grains arsenic by applying sulfate varies with irrigation mode: Dual effects of microbe-mediated arsenic transformation and iron plaque為題，發表在《環境污染》（Environmental Pollution）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和國家麻類產業技術體系的支持。