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稻田土壤氮循环与砷形态转化耦合的研究进展

2023-10-07朱忆雯尹丹胡敏杜衍红洪泽彬程宽于焕云

生态环境学报 2023年7期
关键词:水稻研究

朱忆雯,尹丹,胡敏,杜衍红,洪泽彬,程宽,于焕云*

1.广东工业大学环境科学与工程学院,广东 广州 510006;2.广东省科学院生态环境与土壤研究所,广东 广州 510650;3.长江大学农学院,湖北 荆州 434000;4.常州大学环境科学与工程学院,江苏 常州 213164

砷是一种剧毒的类金属物质,普遍存在于自然环境中,长期接触会对人类健康产生极大威胁。农业环境中,利用砷污染地下水灌溉农作物是导致土壤与粮食砷含量超标的主要原因之一。与其他农作物相比,水稻更容易吸收土壤中的砷,导致稻米中砷超标,并通过食物链进入人体可造成慢性中毒,引发多种疾病(Sharma et al.,2021)。水稻作为最主要的农作物之一,全球一半的人口以稻米为主食,随着全球人口不断增加,水稻的需求也在增长(Bao et al.,2022),因此稻田砷污染问题备受关注。

稻田土壤中砷主要以无机砷(三价砷As(Ⅲ)、五价砷As(Ⅴ))存在,其次为有机砷(一甲基砷酸(MMA(Ⅴ))、二甲基砷酸(DMA(Ⅴ))等)。稻田土壤中砷转化一般包括砷氧化、砷还原、砷甲基化和脱甲基化等过程,主要是由微生物驱动,且受多种因素影响(Yamaguchi et al.,2011;Yang et al.,2022)。稻田常常施用大量氮肥,但仅有35%氮肥被水稻所吸收利用,过量施用氮肥可造成环境氮污染(朱兆良,2008)。稻田氮循环主要包括了硝化作用(Nitrification)、反硝化作用(Denitrification)、厌氧氨氧化(Anmmox)、铁氨氧化(Feammox)以及硝酸盐异化还原成铵(DNRA)等过程。稻田土壤砷转化与氮循环过程联系紧密。

稻田淹水条件下,砷氧化微生物可以硝酸盐为电子受体氧化As(Ⅲ),从而降低砷移动性(Lin et al.,2018;Li et al.,2019;Wu et al.,2021)。进一步研究发现,硝酸盐还原耦合砷氧化过程主要由具有完整反硝化基因的砷氧化微生物及硝酸盐还原微生物驱动(Li et al.,2019)。……

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