南京土壤所在稻田上覆水自由基過程及其環(huán)境效應(yīng)研究中取得進(jìn)展

　　稻田上覆水在自然光照下可能產(chǎn)生一系列的活性物質(zhì)并促進(jìn)污染物的轉(zhuǎn)化，然而其產(chǎn)生機(jī)制尚不清楚。

 

　　近期，中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員王玉軍團(tuán)隊(duì)研究了水稻不同生長期稻田上覆水的光化學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)三重激發(fā)態(tài)溶解性有機(jī)物（3DOM*）、單線態(tài)氧（1O2）和羥基自由基（。OH）是主要的活性物質(zhì)（RIs），且1O2的表觀光量子產(chǎn)率遠(yuǎn)高于一般地表水的值。深入研究發(fā)現(xiàn)，DOM的性質(zhì)和亞硝酸鹽的濃度是影響RIs生成的關(guān)鍵調(diào)控因子，。OH主要產(chǎn)生于亞硝酸鹽和DOM在光照下的電子轉(zhuǎn)移，而3DOM*和1O2主要來源于光照DOM引發(fā)的系間竄躍和能量傳遞。采用超高分辨質(zhì)譜對DOM性質(zhì)進(jìn)行分子層面的表征分析發(fā)現(xiàn)，相對分子量小、芳構(gòu)化程度低和飽和度高的DOM能夠產(chǎn)生更多RIs，而DOM中酚類物質(zhì)則抑制了RIs生成。

 

　　稻田常用改良劑可能會改變上覆水的化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響上覆水中光活性物質(zhì)的產(chǎn)生。秸稈和石灰的施用分別使RIs穩(wěn)態(tài)濃度提高16.8倍和11.1倍，而添加生物炭的影響有限。三維熒光光譜和超高分辨質(zhì)譜分析結(jié)合結(jié)構(gòu)方程模型表明，在添加秸稈和石灰改良劑后，由于秸稈腐解和土壤有機(jī)質(zhì)的溶出，上覆水中DOM濃度顯著上升，且DOM中腐殖類物質(zhì)大量增加，在光照下產(chǎn)生更多RIs。

 

　　上覆水形成的RIs對污染物的非生物具有重要貢獻(xiàn)，產(chǎn)生的RIs顯著促進(jìn)稻田生態(tài)系統(tǒng)中三價(jià)砷（As（III））的氧化，而3DOM*和。OH則是As（III）氧化的驅(qū)動(dòng)因子。此外，RIs也會影響有機(jī)污染的降解過程，改良劑的施用顯著加快2,4-二氯苯酚（農(nóng)藥24D的水解/代謝產(chǎn)物）的降解速率，不同RIs對污染物降解路徑差異顯著，降解中間產(chǎn)物毒性差異較大，。OH介導(dǎo)的脫氯產(chǎn)物毒性大大降低，而3DOM*介導(dǎo)的二聚產(chǎn)物毒性增強(qiáng)。

 

　　該研究闡明了稻田上覆水中光致活性物質(zhì)的產(chǎn)生機(jī)制，為理解稻田生態(tài)系統(tǒng)污染物的非生物轉(zhuǎn)化提供了新思路。

 

　　相關(guān)成果發(fā)表在Water Research 和Environmental Science & Technology 上。研究得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和優(yōu)秀青年基金的資助。