水稻介导的污染稻田土壤镉砷提取：水磷协同调控pe+pH的优化策略与机制

本研究通过整合水分管理（连续淹水、间歇灌溉、湿润灌溉）与磷肥施用（钙镁磷肥与磷酸二氢铵），系统性优化土壤pe+pH（氧化还原电位与pH复合参数），显著增强水稻对污染稻田中镉(Cd)和砷(As)的植物提取效率，为重金属复合污染土壤的农业绿色修复提供技术可行且经济有效的策略。

　　

Section snippets

Rhizospheric pe+pH modulation by water management and phosphate fertilization enhanced Cd and As solubility

土壤氧化还原电位(Eh)和pH在不同磷肥与水分管理模式下呈现显著协同变化（图1a、b），共同驱动pe+pH的动态波动（图1c）。水稻根际pH在生长期间表现为连续淹水(F) > 湿润灌溉(M) > 间歇灌溉(I)（图1a），而Eh则呈现相反趋势（图1b）。这种差异源于连续淹水处理中的厌氧H?–e?耦合过程：土壤铁锰氧化物还原反应消耗电子(e?)和质子(H?)，从而使pH趋近中性并降低Eh。间歇灌溉则通过延长排水期促进氧气扩散，维持较高Eh并降低pH。磷酸二氢铵(ADP)的施用进一步降低pH，而钙镁磷肥(CMP)的碱性则中和土壤酸度。值得注意的是，间歇灌溉配施磷酸二氢铵(IADP)处理在整个生长周期中达到最高pe+pH均值（8.30），而连续淹水配施钙镁磷肥(FCMP)处理则获得最低值（3.50）。pe+pH的升高显著促进非晶态铁氧化物向结晶态转化，减少对Cd的固定；同时较低pH加剧H?与Cd2?在吸附位点的竞争，促进Cd解吸。相反，pe+pH的降低（如FCMP处理）强化厌氧环境，驱动含砷铁氧化物还原溶解，释放孔隙水中的As。

Conclusions

本研究评估了磷肥与水分管理通过调控pe+pH以增强水稻对土壤Cd和As提取效率的效应。结果表明：（1）IADP处理提升土壤pe+pH水平，高度好氧条件促进铁矿物结晶，减少非晶态铁氧化物对Cd的固定；较低pH加剧H?与Cd2?的吸附竞争，促进Cd活化与水稻吸收，最终使土壤中植物有效态Cd降低0.32 mg/kg（降幅19%）；（2）FCMP处理降低pe+pH，强化厌氧环境，促进As(V)还原为As(III)及铁氧化物溶解，显著增加水稻对As的富集，使植物有效态As降低4.3 mg/kg（降幅13%）；（3）湿润灌溉配施磷酸二氢铵(MADP)实现Cd（降14%）与As（降6%）的同步去除；（4）成熟期表层土壤（0–5 cm）中DGT-Labile态Cd和As在IADP与FCMP处理下较下层（6–14 cm）分别降低68%与10%，表明表层生物有效态重金属优先被水稻提取。该策略为稻田重金属污染修复提供了可规模化应用的技术路径。