二价铁-腐殖质相互作用驱动磷固定化：揭示蓝铁矿形成的分子机制及其环境意义

针对腐殖质(HS)与Fe(II)相互作用对磷(P)固定化机制不清的科学问题，研究人员通过XRD、FTIR和SEM等表征技术，揭示了中性厌氧条件下Fe(II)-HS复合物促进蓝铁矿(vivianite)结晶的关键路径。研究发现Fe/P摩尔比≥2.2时，即使存在HS仍可使溶解态P降至0.3 mg/L以下，为土壤Fe-C-P生物地球化学循环和富营养化控制提供了新见解。

　　

在自然环境中，磷(P)既是生命必需元素，又是引发水体富营养化的关键因子。尽管铁氧化物对P的固定作用已被广泛认知，但腐殖质(HS)与二价铁(Fe(II))的相互作用如何调控P的归趋，始终是环境地球化学领域的未解之谜。传统观点认为HS会通过竞争吸附抑制P固定，但近期在酸性富HS沉积物中观测到的反常P滞留现象，向这一理论发起了挑战。

为破解这一科学难题，中国的研究团队在《Journal of Environmental Sciences》发表重要成果。研究者通过设计Fe(II)-HS-P三元体系实验，结合先进表征技术，首次阐明了HS存在下蓝铁矿(vivianite)结晶的分子机制。研究采用X射线衍射(XRD)鉴定矿物相组成，傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析官能团相互作用，扫描电镜(SEM)观察微观形貌，系统探究了pH、Fe/P比等参数对P固定效率的影响。

Fe/P摩尔比调控溶解态P
当Fe/P比从0.8提升至2.2时，溶解P浓度从286.7 mg/L骤降至0.3 mg/L以下。HS虽通过配体交换竞争抑制P吸附，但高Fe/P比仍能驱动蓝铁矿结晶主导P固定。

pH对P固定的影响
中性条件(pH 7)最利于蓝铁矿形成，XRD显示其衍射峰强度在酸性(pH 5)或碱性(pH 9)环境下显著减弱，表明Fe物种形态变化直接影响结晶过程。

HS的作用机制
FTIR证实HS通过羧基与Fe(II)络合，但SEM观察到其既可包裹Fe(II)抑制水解，又能参与形成含碳蓝铁矿。这种双重作用解释了HS浓度与P固定效率的非线性关系。

该研究突破性地揭示了Fe(II)-HS-P三元体系的三种反应路径：P直接与Fe(II)形成蓝铁矿、P与HS生成HS-P复合物、P与Fe(II)-OM物种共结晶为含碳蓝铁矿。这些发现不仅完善了Fe-C-P生物地球化学循环理论，更对湿地修复、磷资源回收等实际应用具有重要指导价值。特别是证实通过调控Fe/P比可在富HS环境中实现高效P固定，为发展新型富营养化控制技术提供了科学依据。