稻田土壤砷迁移转化的微生物驱动机制及其对稻米砷积累的调控作用

《Environmental Pollution》：Microbial drivers controlling arsenic mobilization in paddy soils and arsenic accumulation in rice grains

本文通过野外调查与厌氧培养实验，揭示了淹水稻田中砷迁移转化的关键微生物驱动机制。研究发现铁还原菌Geobacteraceae和Clostridium sensu stricto 10通过驱动Fe(Ⅲ)矿物还原溶解促进砷释放，并首次证实土壤溶液中溶解态砷浓度与稻米砷积累量呈显著正相关（r=0.78, P<0.001），为稻米砷污染风险预测提供了微生物指示指标。

　　

研究亮点

通过野外配对采样与室内厌氧培养相结合的方法，系统揭示了控制稻田土壤砷活化及稻米砷积累的关键微生物驱动因子。研究发现砷活化主要受铁(Ⅲ)矿物还原溶解驱动，并鉴定出Geobacteraceae和Clostridium sensu stricto 10为核心驱动类群。研究首次建立土壤溶液溶解态砷浓度与稻米砷含量的定量关系模型，为砷污染风险评估提供新指标。

土壤性质及水稻砷积累特征

在湖南省湘江流域14个稻田采集的配对土壤-水稻样品分析显示，土壤总砷含量范围为9.5-49.9 mg kg^-1，稻米、谷壳和秸秆中砷含量分别为0.04-0.39、0.07-3.32和0.26-14.57 mg kg^-1。值得注意的是，土壤总砷与稻米砷含量无显著相关性，而厌氧培养实验表明溶解态砷浓度与稻米砷积累呈极显著正相关。

湘江流域砷污染状况

湘江流域作为中国主要稻米产区，部分区域因采矿和冶炼活动导致土壤砷污染。本研究显示流域内稻米砷含量存在12.7倍变异，凸显了区域砷污染的空间异质性。通过多元统计分析，揭示了土壤理化性质与微生物群落结构共同调控砷生物有效性的复杂机制。

结论

本研究证实稻米砷积累主要受厌氧条件下土壤溶液溶解态砷浓度控制。铁(氧氢)氧化物的还原溶解过程由Geobacteraceae和Clostridium等关键微生物类群驱动，显著增强了淹水稻田中砷的活化。研究成果为制定稻米砷污染风险管控策略提供了微生物学依据。