引言
锑（Sb）是一种全球分布广泛的类金属，因其毒性、生物累积潜力及疑似致癌性而日益受到环境关注 [1], [2]。受采矿和冶炼、煤炭燃烧以及废弃物处置影响的土壤、沉积物和水体中，广泛记录了锑浓度升高的现象，常常超过生态和健康基准阈值 [3], [4]。仅中国就拥有全球约70–80%的锑储量，并提供全球大部分锑产量，湖南等省份的密集采矿活动造成了广泛的污染遗留问题 [1], [5]。一旦释放到环境中，锑会通过作物吸收和饮用水进入食物链，对人类健康构成直接威胁 [2], [6]。
在自然环境中，锑主要以三价Sb(III)和五价Sb(V)形式存在，二者在迁移性和毒性上的差异决定了其环境命运。Sb(III)通常更易活化和毒性更强，而Sb(V)在氧化条件下占主导，且表现出更高的热力学稳定性 [7], [8]。因此，氧化还原条件对锑的形态和传输起主要控制作用，尽管矿物-水界面的吸附、共沉淀以及微生物介导的转化也发挥关键的调控作用 [9], [10]。
在影响锑迁移性的矿物相中，铁（氧）氢氧化物被广泛认为是有效的地球化学屏障，因其高表面反应活性、在自然环境中的丰富存在以及对Sb(III)和Sb(V)的强亲和力 [9], [10]。除传统的铁的氢氧化物如铁鳞石和针铁矿外，明矾石（KFe3(SO4)2(OH)6）——一种亚稳态的三价铁氧羟硫酸盐矿物——作为酸性环境中潜在的锑载体日益受到关注 [11], [12]。明矾石通常在酸性矿山排水（AMD）、酸性岩排水（ARD）和酸性硫酸盐土壤（ASS）中的强酸性氧化条件下形成 [12], [13]。其晶体结构可容纳广泛的离子替代，使类金属如锑和砷能够进入结构位点和表面位点 [14]。野外调查记录显示，来自AMD环境的明矾石中锑浓度可达数千 mg/kg，表明明矾石是酸性环境中锑的重要但可能是短暂存在的汇 [11], [13]。
微生物介导的Fe(III)还原是控制含铁矿物环境中锑迁移性的关键过程 [15]。异化铁还原菌（DIRB）将有机碳氧化与铁的（氧）氢氧化物和Fe(III)硫酸盐相中结构Fe(III)的酶促还原相偶联，驱动还原性溶解并释放共同富集的微量元素 [15], [16]。实验室研究表明，微生物对铁矿物的Fe(III)还原可将大量Sb(V)释放到溶液中，释放程度取决于矿物结晶度、锑负载量和微生物铁还原活性 [17], [18]。相反，再氧化条件下微生物对Fe(II)的氧化促进次生Fe(III)（氧）氢氧化物的沉淀，这些次生矿物通过吸附和共沉淀成为锑的反应性吸附剂。这两种相反的构成了一个动态的铁氧化还原循环，从根本上控制着锑在固相和水相之间的分配 [19]。
尽管取得了这些进展，在微生物驱动的动态氧化还原条件下，与明矾石相关的锑的命运仍缺乏明确认识。非生物Fe(II)诱导的明矾石转化已被证明可通过明矾石溶解和次生铁矿物的形成来改变锑和砷的分配 [20], [21]。微生物学研究进一步利用纯培养物和定义明确的铁矿物体系证明了Fe(III)还原与锑迁移性之间的耦合关系。例如，已研究了含锑铁鳞石在微生物Fe(III)还原过程中的锑活化 [15], [16]，包括产硫化物的地杆菌（Geobacter sulfurreducens）对含Sb(V)铁鳞石的还原 [17], [18]，同时利用氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）考察了生物介导的明矾石形成过程中锑的命运 [21], [22]。这些研究共同为理解铁-锑耦合提供了重要的机制基础。在此基础上，研究这些过程在土壤来源微生物群落存在下以及与自然环境中相关的周期性氧化还原波动中如何发展仍具有重要价值。
在自然AMD系统和ASS湿地中，明矾石、锑和多样的铁还原微生物群落通常共存 [22]，然而在反复氧化还原波动条件下，微生物铁循环与明矾石系统中锑再分配之间的相互作用仍缺乏充分理解。ASS湿地和河岸带的季节性水位波动引入了反复的干湿循环，产生了交替的氧化和缺氧条件，驱动铁矿物溶解、再沉淀和锑再分配的耦合过程 [22], [23]。因此，在恒定氧化还原条件下评估的锑滞留可能会显著低估在相关氧化还原波动下的再活化风险 [7], [24]。
为弥补这一空白，我们设计了一个受控孵化实验，将预加载锑的明矾石与土壤来源的微生物群落在反复的氧化-缺氧交替条件下进行耦合。进一步将鸟枪法宏基因组学与水相和固相分析相结合，将锑的再分配与铁循环微生物类群和功能基因联系起来。具体目标为：(i) 量化在不同环境条件（pH、锑负载量和有机改良剂）下氧化还原循环过程中锑释放和再固定的时间动态；(ii) 利用互补的矿物学和光谱学表征鉴定负责锑再固定的次生铁矿物相；以及 (iii) 通过鸟枪法宏基因组测序表征微生物群落响应和铁循环功能基因分布。这些发现为预测受氧化还原波动的含明矾石酸性环境中锑的行为提供了机制框架。
