水稻根際等微氧條件土壤中微生物驅(qū)動亞鐵氧化過程較為普遍，形成的鐵氧化物表面正電荷豐富，可有效阻止重金屬從土壤向植物體遷移。然而，微氧環(huán)境過程及其多元素耦合循環(huán)研究，由于研究手段限制及關(guān)鍵證據(jù)獲取的難度，未能有效明確。中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國家重點實驗室研究員劉承帥課題組與廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所副研究員童輝等合作，采用氣氛可控式手套箱研究體系，在前期證實了亞鐵通過微氧型鐵氧化菌氧化沉淀，并進(jìn)一步老化成水鐵礦，該過程能有效氧化并固定活性態(tài)As(Ⅲ)（Geochimica et Cosmochimica Acta， 2019， 265， 95-108）。研究發(fā)現(xiàn)，鐵和砷的生物氧化過程中，大多數(shù)微生物需要有機(jī)物作為碳源提供能量供其生長，但是喀斯特碳酸鹽巖發(fā)育土壤中，碳主要以碳酸鹽形式存在，微生物如何利用無機(jī)碳獲取能量進(jìn)行亞鐵和砷氧化的過程仍不明確。

針對這一問題，課題組利用穩(wěn)定同位素核算探針技術(shù)（DNA-SIP）進(jìn)一步研究了喀斯特稻田土壤微氧亞鐵氧化過程中的碳固定機(jī)制及砷的轉(zhuǎn)化規(guī)律。結(jié)果表明，亞鐵氧化過程中碳的同化速率*高可達(dá)8.02 mmol C m-2 d-1，與之前報道的海洋中亞鐵或硫氧化過程中的碳同化速率接近。Bradyrhizobium、Cupriavidus、Hyphomicrobium、Kaistobacter、Mesorhizobium、Rhizobium為體系中主要參與碳同化的功能微生物。通過對高通量數(shù)據(jù)的預(yù)測分析，發(fā)現(xiàn)卡爾文循環(huán)（Calvin-Benson-Bassham）為微氧亞鐵氧化菌固碳的主要途徑。固碳的同時，生物亞鐵氧化過程形成的鐵氧化物能有效吸附固定體系中的砷，共沉淀態(tài)砷主要以As(V)形式存在，說明砷的生物氧化能促進(jìn)砷的沉淀，并形成二次礦物。研究表明，微氧型鐵氧化菌驅(qū)動的亞鐵氧化耦合碳固定過程能增加土壤中有機(jī)碳含量，并能促進(jìn)砷的氧化以及砷在鐵氧化物表面的吸附作用，有效降低砷的作物可利用性。該研究對于利用土壤鐵循環(huán)提高土壤肥力及降低重金屬污染風(fēng)險具有重要的支撐作用。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Environmental Science and Technology上，并被遴選為封面論文。研究工作得到國家自然科學(xué)基金項目和中科院前沿科學(xué)重點研究計劃等的資助。(生物谷Bioon.com）

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