太阳能光老化玉米叶片残体重塑土壤物理化学-生物过程及铁-镉生物地球化学过程

《Journal of Hazardous Materials》：Solar-Photoaged Maize Leaf Residues Reshape Soil Physicochemical–Biological Processes and Fe–Cd Biogeochemistry

　　

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  太阳光老化产生氧中心的环境持久自由基（EPFRs）和氧化还原活性溶解性有机质（DOM）。
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  EPFRs/DOM引发Fe(III)还原和Fe(II)再氧化，稳定Cd。
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  光老化生物质富集土壤碳但加速土壤酸化。
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  光老化生物质诱导根系氧化应激和生长抑制。

章节摘要

引言

农业废弃物的大量产生和重金属污染的广泛存在对全球农业的可持续发展构成了双重挑战[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]。作为有效的资源循环利用策略，生物质还田在增强土壤碳封存、改善土壤肥力和修复重金属污染方面展现出巨大潜力[8], [9], [10], [11], [12], [13]。然而，农业土壤，特别是受镉（Cd）污染的

生物质的太阳光老化诱导EPFRs的生成

生物质材料来源于华中农业大学试验田采收的鲜玉米叶。采集的玉米叶经自然风干，使用粉碎机初步粉碎，并通过100目筛分。所得生物质粉末密封保存在气密袋中。均质化的生物质粉末分为两份。一份暴露于自然阳光下60天（光照60天），而同一批次的另一份

太阳辐射驱动生物质中EPFRs的形成及其理化性质

玉米叶是一种丰富的农业残留物，且具有成熟的研究基础，本研究选用其作为研究对象（图S1）[37]。经过60个连续日期的户外自然风化/暴露后，所有生物质样品均表现出强烈的EPR信号。如图1a所示，EPR信号强度随照射时间显著增加，EPFRs浓度从1.0×10¹⁷线性上升至5.5×10¹⁷自旋/g（图1b）。线性拟合证实了

结论

本研究系统地阐明了太阳光老化通过自发产生寿命较长的氧中心EPFRs，将农业生物质转化为反应性环境调节剂。还田后，这些持久性自由基及其溶解性组分从根本上重塑了土壤环境和植物根圈。一方面，它们优化了有机碳库，但同时加速了局部酸化并对根系施加特异性氧化应激，导致

环境意义

作物残留物的太阳光老化产生氧中心EPFRs和氧化还原活性DOM。在土壤中，它们驱动Fe(III)/Fe(II)循环，富集碳和养分，但加速酸化并对根系施加氧化应激，限制植物生长。重要的是，这种EPFR-Fe级联反应将交换态Cd转化为稳定的矿物结合态，使Cd的生物有效性降低约50%，并减少了作物对Cd的积累。氧化压力还富集了铁还原微生物。本研究提供了

CRediT作者贡献声明

杨培林：资源、正式分析、数据整理。张小湖：监督、资金获取。金兴智：资源、正式分析、数据整理。王俊杰：资源、正式分析、数据整理。周曦：资源、正式分析、数据整理。苗媛媛：资源、正式分析、数据整理。冯洪科：写作–原稿、方法论、调查、正式分析。蔡鹏：写作–审阅与编辑、监督、项目管理、资金

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究受中国国家杰出青年科学基金（编号：42225706）、国家自然科学基金（编号：22076055, 42177281, 52372081和52073110）、湖北省创新团队（2023AFA009）、湖北省青年拔尖人才培养计划（310-119024043）、武汉·曙光计划知识创新工程（编号：2022020801020226）及中央高校基本科研业务费

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