地质高背景稻田土壤中铬形态转化关键机制获揭示

广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员刘同旭团队研究揭示了地质高背景稻田土壤中铬形态转化关键机制。近日，相关成果发表于《地球化学与宇宙化学学报》（Geochimica et Cosmochimica Acta）。

铬是自然界中广泛存在的重金属元素，在玄武岩风化形成的稻田土壤中铬显著富集，其迁移性和生物有效性是决定其在水稻中累积水平的关键因素。因此，深入理解土壤-水稻系统中铬的形态转化机制，对科学评估其环境行为和健康风险具有重要意义。目前，控制铬在玄武岩风化形成的稻田土壤中形态转化的关键过程尚不明确。

淹水与排水条件下铁氧化物和有机质对稻田土壤铬释放与固定的相对贡献示意图。研究团队供图

研究团队以广东雷州半岛玄武岩风化形成的地质高背景稻田土壤为研究对象，通过盆栽实验模拟水稻生长过程中典型的淹水-排水交替条件，系统研究了铬的形态转化特征。研究同步测试了土壤化学性质（如Eh、pH、铁氧化物、溶解性有机碳、硫酸盐及氮素）和物理性质（如紫外-可见光谱特征、孔径分布和表面位点浓度）的动态变化。结果表明，在淹水阶段，土壤中有效态铬含量显著升高；而在排水阶段则显著降低。稻米中铬的浓度超过稻米铬安全限值，表明该土壤中铬具有较高的生物有效性，对人体健康构成潜在风险。

为定量揭示铬转化的关键因素，团队构建了动力学模型。研究发现，在淹水阶段，有效态铬的释放主要由铁氧化物驱动，其贡献率为76.4%，而有机质的贡献相对较小，为23.6%。在排水阶段，铬的固定过程同样以铁氧化物为主导，其贡献率为76.6%，有机质的贡献为23.4%。进一步分析发现，在铁氧化物中，亚稳态铁氧化物在铬固定过程中起主导作用，占铁氧化物总贡献的91.6%。该过程主要通过物理包埋或表面吸附的方式，将有效态铬固定于无定形或微晶态铁氧化物中。相比之下，稳定态铁氧化物占铁氧化物总贡献的8.4%，其作用机制主要表现为有效态铬进入铁氧化物晶格结构。

该研究为揭示稻田土壤中控制铬形态转化的关键过程提供了新视角，同时为地质高背景地区稻田土壤的安全利用、铬污染风险防控以及粮食安全保障提供了科学支撑。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.12.050