土壤中Fe(II)/Cu(II)相互作用过程及铜老化效应研究

土壤铜的老化效应已被广泛研究，但其老化过程机制尚不清楚。依据华南土壤铁的生物地球化学过程强烈发生的特点，在前期研究的基础上，我们提出Fe(II)/Cu(II)相互作用是土壤铜老化的关键过程，以及铜老化过程主要受铁循环过程所控制。本项目以土壤中铁/铜相互作用过程为核心，铜老化固定效应为对象，主要研究模拟体系中铁/铜相互作用的非生物机制与生物化学机制，阐明均相与多相体系中亚铁、铁还原菌等在铜形态转化及其老化过程中的角色与功能。在此基础上，研究红壤与水稻土中铜的老化效应，阐明土壤理化和生化性质与铁/铜相互作用及其铜老化效应的关系，揭示土壤体系中铁/铜相互作用及其铜老化过程的土壤生物化学机制。可丰富华南土壤中铁循环与重金属循环转化的相互关系研究，为土壤多组分相互作用研究提供重要参考。

铜既是植物生长发育的必需微量元素又是需要控制的土壤重金属元素之一。铜在土壤中的化学价态与形态、生物有效性、毒性及迁移性等特征涉及一系列的氧化还原反应，尤与土壤中铁元素的氧化还原过程密切相关。我们以土壤中Fe(II)/Cu(II)相互作用过程为核心，土壤铜老化固定效应为研究对象，主要研究了铁还原菌作用下土壤体系中Fe(II)/Cu(II)相互作用及铜老化过程的生物化学机制。主要创新性进展包括：(1)证明了吸附态Fe(II)物种是界面邻硝基苯酚(2-NP)还原转化的活性物种。发现吸附态Fe(II)物种的还原电位与矿物界面特征、反应pH条件密切相关，其氧化峰电位(Ep)高低与2-NP还原转化速率值(k)呈显著负相关线性关系。(2)阐明了模拟界面体系中（TiO2/高岭土/α-FeOOH）Fe(II)/Cu(II)相互作用及其对2-NP还原转化影响的化学机制。发现Fe(II)/Cu(II)相互作用影响活性Fe(II)物种的Ep，低浓度的铜能够促使活性Fe(II)物种的Ep负移，促进污染物的k，反之亦然。同时，发现在α-FeOOH界面体系中Fe(II)/Cu(II)相互作用具有较低的Ep以及较高的吸附铁密度，2-NP相对具有较快的k。(3)阐明了土壤体系中Fe(II)/Cu(II)相互作用下土壤铁还原过程影响五氯酚(PCP)还原转化的生物地球化学机制。发现Fe(II)/Cu(II)发生相互作用能促进PCP的k；随着Fe(II)/Cu(II)相互作用的加剧，铜物种由易提取态逐渐往难提取态转化，证实Fe(II)/Cu(II)相互作用能加速土壤中铜物种的老化速率。(4) 初步阐明了铁还原作用下Fe(II)/Cu(II)相互作用及其铜形态转化的相互作用机制。发现Fe(II)/Cu(II)相互作用不仅促进铜物种老化速率，而且铜物种价态也由氧化态往还原态转变；发现过渡金属铜的加入会抑制铁氧化物还原-溶解-重结晶过程中由低结晶度往高结晶度晶相转变的速率。上述研究为深入开展土壤铁循环与重金属形态转化过程之间的相互作用机理研究提供借鉴，并可拓展至土壤界面重金属形态转化及脱毒研究。今后可深入研究土壤重金属元素与铁生物地球化学循环过程的相互作用关系及机制。项目已经发表SCI论文6篇，7人次参加全国学术会议，并作口头报告5次。协助培养博士研究生1名。