广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员刘同旭团队，成功量化了玄武岩发育稻田土壤中镍、铬、铅形态转化关键过程。近日，相关成果发表于《农业与食品化学杂志》（Journal of Agricultural and Food Chemistry）。

镍、铬、铅等重金属在稻田土壤中的迁移性和生物有效性是决定其在水稻中累积水平的关键因素。玄武岩风化形成的稻田土壤因母质特征，天然富集镍和铬，同时铅在淹水-排水交替条件下的活化风险也不容忽视。然而，在氧化还原波动条件下，铁氧化物、有机质及硫化物对这三种金属协同转化过程的相对贡献尚不明确。

氧化还原波动条件下铁氧化物、有机质和硫化物对稻田土壤中镍、铬、铅释放与固定的相对贡献示意图。研究团队供图

刘同旭团队以广东雷州半岛玄武岩发育的地质高背景稻田土壤为研究对象，通过土壤微宇宙实验模拟稻田淹水-排水交替条件，系统研究了镍、铬、铅的形态转化特征。研究同步测定了土壤pH、Eh、铁氧化物形态、溶解性有机碳、硫酸盐及硝酸盐等关键因子的动态变化，并结合透射电镜与表面电位滴定分析了土壤颗粒形貌与吸附位点的演变规律。

研究发现，在厌氧阶段，三种金属的有效态含量均显著升高；而在好氧阶段，三种金属的有效态降低。为进一步定量揭示关键控制过程，团队构建了耦合铁-碳-氮-硫循环的多金属动力学模型。

模型结果表明，铁氧化还原循环是三种金属和有机质释放与固定的根本驱动力。在厌氧阶段，镍和铅的活化以铁氧化物的还原性溶解为主导，贡献率分别达65.2%和93.5%；而铬的活化则以有机质络合为主导，贡献率为83.6%。在好氧阶段，镍和铅的固定以新生成的铁氧化物的直接固定为主导，贡献率分别为63.8%和81.5%；铬的固定仍以有机质络合为主导，贡献率为82.6%。硫化物沉淀对三种金属的净贡献均为负值（-0.8%至-5.3%），表明其对金属厌氧释放和好氧固定均起抑制作用。

该研究通过动力学建模定量区分了铁氧化物、有机质和硫化物在氧化还原波动条件下对镍、铬、铅形态转化的贡献，为地质高背景地区稻田土壤重金属风险防控与水分调控策略提供了科学依据。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c12740