交替氧化还原条件下稻田土壤团聚体重构对镉生物有效性的影响机制

针对稻田干湿交替引发的pe+pH波动导致团聚体结构变化及镉(Cd)迁移机制不明的问题，研究人员通过40天淹水-20天氧化模拟实验，揭示了游离铁氧化物(FeDCB)和无定形铁氧化物(FeOA)、有机碳(SOC)在团聚体重构中的差异化作用，发现微团聚体(<0.053 mm)更易富集Cd，为稻田Cd污染防控提供了理论依据。

　　

镉(Cd)污染是威胁全球粮食安全的隐形杀手，尤其在水稻种植区，长期摄入含Cd稻米会导致骨质疏松、肾功能损伤甚至癌症。稻田独特的干湿交替管理形成了动态变化的pe+pH环境（pe=-log₁₀(e^-)=Eh/59.2），这种电子-质子耦合转移的氧化还原波动会瓦解土壤团聚体结构，但如何影响Cd的分布仍是一团迷雾。中国农业科学院团队在《Journal of Environmental Sciences》发表的研究，首次揭示了pe+pH驱动下铁氧化物与有机碳的"拆建博弈"如何重塑Cd的命运。

研究采用广州、衡阳、嘉兴三地污染稻田土壤，通过40天淹水还原+20天氧化排水模拟实验，结合二硫苏糖醇-柠檬酸盐-碳酸氢盐(DCB)提取、DTPA-Cd（二乙烯三胺五乙酸提取态Cd）分析等技术，解析了团聚体粒径分布与Cd迁移规律。

主要结果

1. pe+pH波动与团聚体解体
   淹水使红壤pe+pH从8.32骤降至1.73，导致大团聚体(>2 mm)崩解为微团聚体(<0.053 mm)，平均重量直径(MWD)下降65.2%-73.2%。DCB提取实验证实，游离铁氧化物(Fe_DCB)对团聚体稳定的贡献远超无定形铁(Fe_OA)和SOC。

2. 铁氧化物与SOC的再分配
   还原条件下，16.8%的Fe_DCB溶解转化为Fe_OA，后者与SOC共同富集于微团聚体。氧化阶段pe+pH回升至9.56，但Fe_OA和SOC的"胶结作用"使微团聚体稳定性增强。

3. Cd的微观囚笼效应
   DTPA-Cd在微团聚体(0.52 mg/kg)中的浓度显著高于大团聚体(0.30 mg/kg)，表明Cd更易被微团聚体的铁-有机复合体固定，这与Fe_OA-SOC协同吸附机制密切相关。

结论与意义
该研究阐明了pe+pH通过调控Fe_DCB/Fe_OA转化和SOC迁移，主导了稻田团聚体的"破碎-重组"过程，最终决定Cd在微团聚体的富集规律。这一发现为通过水分管理（如调控淹水时长）定向诱导Cd钝化提供了新思路，对实现"低Cd水稻"安全生产具有重要实践价值。研究首次量化了不同铁形态对团聚体稳定性的贡献差异，建立了pe+pH-Fe-SOC-Cd的耦合模型，为重金属污染土壤修复理论增添了关键拼图。