水分耦合硫酸盐驱动铁/硫循环降低水稻砷积累的作用机制研究获进展

　　稻田干湿交替的环境驱动了土壤一系列的氧化还原反应。有研究表明水分和硫酸盐对土壤As活性与水稻As积累具有显著影响，但关于水分耦合硫酸盐对土壤-水稻系统中As迁移积累的作用和机制尚不明确。

 

　　中国科学院亚热带农业生态研究所黄道友研究团队通过水稻盆栽试验，研究了3种水分管理方式和5种硫酸盐水平对土壤-水稻系统中As迁移积累的影响及机理。结果表明，在淹水（F）、淹湿交替（FM）和湿润（M）条件下，外源硫酸盐的添加显著降低了稻米As含量（分别降低了60.1%、46.7%和70.5%）。然而，土壤有效As含量变化与籽粒砷含量变化不完全对应。只有在FM处理下，硫酸盐施用显著降低土壤有效As含量，从而降低稻米As积累；F和M条件下硫酸盐施用主要通过提升土壤pH，促进水稻根表铁膜的形成，进而抑制As的转运；此外，水分管理和硫酸盐单独或相互作用影响铁硫微生物的丰度，耦合铁硫氧化还原过程调控土壤As形态。在F和FM条件下，硫酸盐抑制铁还原菌，但促进Fe氧化细菌生长，导致As与铁锰氧化物结合增加；在M条件下，硫酸盐介导铁/硫循环细菌的参与调节As的吸附和释放，影响吸附态As组分。因此，硫酸盐的添加会促进铁膜中As固定，调节微生物铁/硫循环（受水分影响）促进As固定化，从而抑制As向稻米的转运。水分和养分管理对农田重金属污染修复具有重要的作用。本研究通过水分耦合硫酸盐施加，揭示了不同水分和硫酸盐管理条件下，土壤铁硫循环过程调控砷活性的微生物作用机理，为砷污染稻田降砷提供低成本管理方案，为稻米安全生产提供指导。

 

　　近期，相关研究成果以Key process for reducing grains arsenic by applying sulfate varies with irrigation mode: Dual effects of microbe-mediated arsenic transformation and iron plaque为题，发表在《环境污染》（Environmental Pollution）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和国家麻类产业技术体系的支持。