水分耦合硫酸鹽驅動鐵/硫循環(huán)降低水稻砷積累的作用機制取得進展

　　稻田干濕交替的環(huán)境驅動了土壤一系列的氧化還原反應，大量研究表明水分和硫酸鹽對土壤As活性和水稻As積累有顯著影響，但關于水分耦合硫酸鹽對土壤-水稻系統(tǒng)中As遷移積累的作用和機制尚不明確。

　　為此，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)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(tǒng)中As遷移積累的影響及其機理。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%。但是，土壤有效As含量變化與籽粒砷含量變化并不完全對應。只有在FM處理下，硫酸鹽施用顯著降低土壤有效As含量，從而降低了稻米As積累；F和M條件下硫酸鹽施用主要通過提升土壤pH，促進了水稻根表鐵膜的形成，從而抑制了As的轉運；此外，水分管理和硫酸鹽單獨或相互作用影響了鐵硫微生物的豐度，耦合鐵硫氧化還原過程調控了土壤As形態(tài)。在F和FM條件下，硫酸鹽抑制了鐵還原菌，但促進了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(huán)細菌的參與調節(jié)As的吸附和釋放，影響吸附態(tài)As組分。因此，硫酸鹽的添加會促進鐵膜中As固定，調節(jié)微生物鐵/硫循環(huán)(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(yǎng)分管理對農(nóng)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(huán)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(chǎn)提供指導。

　　近期，該研究成果以題為Key process for reducing grains arsenic by applying sulfate varies with irrigation mode: Dual effects of microbe-mediated arsenic transformation and iron plaque的論文發(fā)表在期刊Environmental Pollution上。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFD1700102）、國家自然科學基金項（42077374, 42277032）和國家麻類產(chǎn)業(yè)技術體系（CARS-16-E09）資助。

　　論文鏈接

　　水分耦合硫酸鹽驅動鐵/硫循環(huán)降低水稻砷積累的作用機理圖

　　灌漿期各處理細菌豐度(Candidateus、Koribacter、Geobacter和sulphitalea)與土壤理化指標之間的關系(a)。3種水分管理下4種細菌豐度與上述土壤理化指標的關系(b)。F處理下Geobacter豐度與KH₂PO₄-As、As-F4的關系(c)。FM處理下Koribacter豐度與KH₂PO₄-As、As-F3的關系(d)。M處理下，Geobacter豐度與KH₂PO₄-As、As-F2的關系(e)。sulphitalea豐度與KH₂PO₄-As、As-F2的關系(f)。

　　三種水分管理下土壤有效態(tài)砷、鐵膜砷、莖/根、籽粒/莖和水稻砷之間的結構方程模型(SEM)