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)并促進污染物的轉(zhuǎn)化，然而其產(chǎn)生機制尚不清楚。

近期，中國科學院南京土壤研究所研究員王玉軍團隊研究了水稻不同生長期稻田上覆水的光化學過程，發(fā)現(xiàn)三重激發(fā)態(tài)溶解性有機物（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性質(zhì)，進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，產(chǎn)生的RIs顯著促進稻田生態(tài)系統(tǒng)中三價砷（As(III)）的氧化，而3DOM*和.OH則是As(III)氧化的驅(qū)動因子。此外，RIs也會影響有機污染的降解過程，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介導的脫氯產(chǎn)物毒性大大降低，而3DOM*介導的二聚產(chǎn)物毒性增強。

該研究闡明了稻田上覆水中光致活性物質(zhì)的產(chǎn)生機制，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。

(來源：南京土壤研究所)