环境条件下锑的厌氧氧化机制：pH值、土壤吸附与微生物群落的多元互作

针对锑(Sb)污染土壤修复的关键科学问题，研究人员通过构建土壤/无土微宇宙体系，系统研究了环境条件下Sb(III)的厌氧氧化行为。发现土壤对Sb(III)吸附率高达96.5%，酸性条件促进Sb(V)吸附；微生物通过pH依赖性表面吸附和胞内积累参与Sb转化，并富集了Bacillus等厌氧Sb氧化菌群。该研究为阐明Sb在厌氧环境中的迁移转化机制提供了重要理论依据。

　　

锑（Sb）作为与砷同族的剧毒重金属，在采矿活动区造成的土壤污染已成为全球性环境问题。中国湖南锡矿山（XKS）作为世界最大锑矿，土壤Sb浓度最高达5045 mg/kg，远超安全标准。传统认为Sb(III)主要在好氧条件下氧化为低毒的Sb(V)，而厌氧环境中以还原反应为主。但最新研究发现，硝酸盐可作为电子受体驱动Sb(III)厌氧氧化，且微生物可能通过砷酸氧化酶(AioAB)或锑酸氧化酶(AnoA)参与该过程。然而，环境条件下pH值、土壤吸附与微生物群落的协同作用机制尚不明确，这严重制约了Sb污染土壤修复策略的开发。

针对这一科学瓶颈，中国科研机构的研究团队在《Journal of Geochemical Exploration》发表重要成果。他们采用XKS矿区长期淹水土壤，构建了不同pH梯度（4/7/10）的厌氧微宇宙体系，结合吸附实验、X射线光电子能谱和16S rRNA测序技术，系统解析了Sb的转化规律。研究发现：在初始pH 7的土壤体系中，硝酸盐还原与Sb(III)氧化呈现显著相关性，21天内Sb(III)氧化率达35.8%，且氧化产物Sb(V)主要吸附于土壤固相；酸性条件（pH 4）更利于Sb(V)的土壤吸附（19.4% vs 中性条件12.3%），而碱性条件下微生物表面吸附的Sb(III)占比高达67%。微生物群落分析揭示，土壤存在显著富集了Bacillus、Ensifer等潜在厌氧Sb氧化菌，其相对丰度与体系氧化还原电位(Eh)变化呈负相关。

关键技术方法包括：1）采集XKS矿区20 cm深度淹水土壤建立微宇宙系统；2）采用HPLC-ICP-MS测定Sb形态；3）通过批量吸附实验量化土壤/微生物对Sb(III)/Sb(V)的吸附；4）利用16S rRNA基因测序解析微生物群落结构。

主要研究结果：

1. 硝酸盐依赖的土壤体系Sb(III)氧化：中性pH条件下氧化效率最高，酸性环境促进Sb(V)吸附，碱性环境抑制氧化过程。

2. pH梯度下的Sb吸附特征：土壤对Sb(III)吸附能力（96.5%）显著高于Sb(V)，且随pH降低而增强；微生物在pH 10时表面吸附Sb(III)占比达67%，中性条件下胞内Sb积累量最高。

3. 微生物群落响应：土壤存在显著提升群落α多样性，富集的Bacillus可能通过AnoA酶催化Sb(III)氧化，而Ensifer可能参与硝酸盐还原耦合Sb氧化。

该研究创新性揭示了环境条件下Sb厌氧氧化的多因素调控机制：土壤吸附主导Sb的固持，而微生物通过物种特异性代谢与pH依赖性吸附共同调控氧化进程。这些发现为开发基于pH调控和功能菌群强化的Sb污染修复技术提供了理论支撑，特别对矿山淹水区等厌氧环境的生态修复具有重要指导价值。研究同时指出，未来需进一步解析AnoA酶系分子机制及土壤有机质对Sb氧化的影响。