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南京土壤所在稻田上覆水自由基过程及其环境效应研究中取得进展

放大字体  缩小字体 时间:2022-03-16 10:16 来源:中国科学院 原文:
核心提示:近期,中国科学院南京土壤研究所研究员王玉军团队研究了水稻不同生长期稻田上覆水的光化学过程,发现三重激发态溶解性有机物(3DOM*)、单线态氧(1O2)和羟基自由基(。OH)是主要的活性物质(RIs),且1O2的表观光量子产率远高于一般地表水的值。深入研究发现,DOM的性质和亚硝酸盐的浓度是影响RIs生成的关键调控因子,。OH主要产生于亚硝酸盐和DOM在光照下的电子转移,而3DOM*和1O2主要来源于光照DOM引发的系间窜跃和能量传递。
  稻田上覆水在自然光照下可能产生一系列的活性物质并促进污染物的转化,然而其产生机制尚不清楚。
 
  近期,中国科学院南京土壤研究所研究员王玉军团队研究了水稻不同生长期稻田上覆水的光化学过程,发现三重激发态溶解性有机物(3DOM*)、单线态氧(1O2)和羟基自由基(。OH)是主要的活性物质(RIs),且1O2的表观光量子产率远高于一般地表水的值。深入研究发现,DOM的性质和亚硝酸盐的浓度是影响RIs生成的关键调控因子,。OH主要产生于亚硝酸盐和DOM在光照下的电子转移,而3DOM*和1O2主要来源于光照DOM引发的系间窜跃和能量传递。采用超高分辨质谱对DOM性质进行分子层面的表征分析发现,相对分子量小、芳构化程度低和饱和度高的DOM能够产生更多RIs,而DOM中酚类物质则抑制了RIs生成。
 
  稻田常用改良剂可能会改变上覆水的化学性质,进而影响上覆水中光活性物质的产生。秸秆和石灰的施用分别使RIs稳态浓度提高16.8倍和11.1倍,而添加生物炭的影响有限。三维荧光光谱和超高分辨质谱分析结合结构方程模型表明,在添加秸秆和石灰改良剂后,由于秸秆腐解和土壤有机质的溶出,上覆水中DOM浓度显著上升,且DOM中腐殖类物质大量增加,在光照下产生更多RIs。
 
  上覆水形成的RIs对污染物的非生物具有重要贡献,产生的RIs显著促进稻田生态系统中三价砷(As(III))的氧化,而3DOM*和。OH则是As(III)氧化的驱动因子。此外,RIs也会影响有机污染的降解过程,改良剂的施用显著加快2,4-二氯苯酚(农药24D的水解/代谢产物)的降解速率,不同RIs对污染物降解路径差异显著,降解中间产物毒性差异较大,。OH介导的脱氯产物毒性大大降低,而3DOM*介导的二聚产物毒性增强。
 
  该研究阐明了稻田上覆水中光致活性物质的产生机制,为理解稻田生态系统污染物的非生物转化提供了新思路。
 
  相关成果发表在Water Research 和Environmental Science & Technology 上。研究得到国家自然科学基金重点项目和优秀青年基金的资助。
日期:2022-03-16
 
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