土壤-水稻系统砷的生物地球化学过程研究进展

来源：《农业环境科学学报》2019 年 07 期

作者：吴川，安文慧，薛生国*，江星星，崔梦倩，钱子妍

单位：中南大学冶金与环境学院

摘   要

本文综述了具有不同渗氧能力基因型水稻对土壤砷结合形态、水稻根表铁膜、砷吸收的影响以及不同根际氧化还原条件对土壤砷形态、水稻砷积累、砷转运载体表达的影响，分析了硅的不同施加量对水稻砷吸收的研究进展及其作用机制，从土壤铁矿物氧化和还原两个方面总结了根际铁循环对砷环境行为的影响以及对砷污染土壤修复的潜在价值，以期为最终降低水稻砷吸收提供理论参考。

微生物介导的铁氧化还原对砷的环境行为如砷的溶解释放、吸附沉淀、形态转化等有重要影响，而铁细菌的胞外电子传递过程促进了铁的矿物相转化并耦合砷的钝化，在未来工作中值得进一步关注和研究。

展   望：

鉴于水稻As 污染对人体健康存在严重威胁，如何能更有效地降低As 污染的环境风险仍是我国环境保护中必须关注的重点。

因此，针对目前As 污染问题，未来的研究应着重于以下几方面：识别水稻对有机砷的吸收和转运途径；研究不同根际氧化还原条件对土壤As、铁微生物群落，以及As 的形态和生物地球化学行为的影响；基于目前研究成果，针对As 污染土壤开展大田实验，确定Si 的最适添加方式，研究Si 的施加对As 污染土壤的修复效果及机理。

迄今为止，大量的As/Fe 氧化还原菌被成功分离、培养和研究，但环境中存在大量未分离的微生物，因对微生物介导的铁氧化还原过程中耦合的As 转化及迁移的认识尚有不足，未来研究工作可着眼于以下几个方面：

能够耦合As 生物地球化学循环的铁氧化菌和铁还原菌的筛选分离及微生物基因组学研究；采用具有As 氧化还原甲基化能力的铁氧化/还原菌株研究不同类型铁矿物生物还原条件下As/Fe 迁移和形态变化及矿物相转换，研究微生物介导下的铁氧化还原过程反应机制；开展田间试验研究微生物驱动对水稻根际和非根际土壤形成的铁氧化物矿物组成、土壤微尺度As 化学行为的影响；通过分子生物学等手段，研究不同元素（如 N、S、P 等）或有机物（如生物质炭等）作为电子穿梭体对铁氧化还原菌、As 功能性微生物反应的影响；采用电化学分析方法、光谱计量学手段分析反应过程中铁氧化还原菌与其他元素间的电子传递机制及含铁矿物-生物质炭-微生物耦合的胞外电子传递过程对Fe 的生物成矿耦合As 钝化的影响机制，为最终降低As 污染的环境风险提供理论基础。