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铁还原氧化和添加有机质对镉移动性的影响

镉，水稻土，有机质，铁还原氧化

土壤中含有大量的铁氧化物，但铁还原氧化对镉移动性的影响及其机制尚不明确。我们在生物反应器体系中研究了微生物铁还原及再氧化对镉移动性的影响。在第一个实验中，我们向西林瓶中加入纤铁矿、铁还原菌（Shewanella oneidensis MR-1）和溶解态镉（422 μg L^-1），厌氧培养32天后，我们发现相比不含菌的对照处理，微生物铁还原显著促进了镉的固定，其机制是铁氧化物和微生物细胞的吸附作用。在第二个实验中，我们将土壤中常见的四种铁氧化物（水铁矿、纤铁矿、针铁矿和赤铁矿）分别与铁还原菌S. oneidensis MR-1在培养基中先厌氧再有氧培养。体系中加入了具有实际意义的低浓度的溶解态镉（~200 μg L^-1）。结果表明，在四种铁氧化物体系种，微生物铁还原均显著促进了镉的固定，且Fe(II)再氧化不会导致镉的释放。



添加有机质（比如秸秆）可以促进淹水后土壤微生物铁还原。秸秆还田在农业中被普遍采用，但秸秆还田对水稻土镉移动性的影响尚不明确。我们通过土壤培养实验研究了添加秸秆对酸性和碱性水稻土镉移动性的影响。在第一个实验中，我们考察了一个酸性（pH 6.1）水稻土，该土壤含0.36 mg kg^-1镉。结果表明，添加水稻秸秆能显著促进土壤微生物铁还原，进而有效地固定具有实际意义的低浓度的镉。单独添加铁氧化物或硫酸盐则无效，因为不能消除电子供体（有机质）对微生物活动的限制。另外，排水后镉的活化有限。在第二个实验中，我们将秸秆添加到碱性（pH 7.9-8.2）水稻土中（镉含量约为1 mg kg^-1），测定了淹水、排水后土壤溶解态镉浓度。与酸性土壤不同，碱性土壤淹水后pH下降，溶解态镉浓度降低；排水后土壤pH上升，溶解态镉浓度升高。无论是淹水还是排水阶段，添加有机质相比对照均显著降低了土壤溶解态镉浓度。土壤TOC含量是影响溶解态镉浓度最主要的因素，pH次之。以上结果表明添加秸秆可促进水稻土中镉的固定，其机理在碱性及酸性土壤中不同。