賈漢忠教授團(tuán)隊(duì)在土壤微區(qū)活性氧的產(chǎn)生與效應(yīng)方面取得系列進(jìn)展

活性氧在環(huán)境中廣泛存在，并在污染物降解、元素循環(huán)和養(yǎng)分動態(tài)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。土壤作為一個(gè)動態(tài)且異質(zhì)性的系統(tǒng)，這有助于形成不同的具有特定的物理、化學(xué)和生物特性的微環(huán)境。特別是根際和碎屑際等微環(huán)境區(qū)域，通常被認(rèn)為是土壤中微生物活動的“熱點(diǎn)”，盡管這些區(qū)域僅占土壤總體積的1%-5%，但它們對養(yǎng)分循環(huán)和微生物與環(huán)境的相互作用起到了重要作用，并顯著影響更大尺度的生物地球化學(xué)過程。然而，關(guān)于土壤微環(huán)境中活性氧的生成機(jī)制和作用，相關(guān)研究仍相對較少。為填補(bǔ)這一空白，資源環(huán)境學(xué)院賈漢忠教授團(tuán)隊(duì)在土壤微環(huán)境區(qū)域活性氧的產(chǎn)生及其對土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化的影響方面取得了一系列重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)的兩項(xiàng)研究成果分別以“Novel insights into the factors influencing rhizosphere reactive oxygen species production and their role in polycyclic aromatic hydrocarbons transformation”和“Spatiotemporal dynamics of reactive oxygen species in the detritusphere and their critical roles in organic carbon mineralisation”為題，近期發(fā)表于土壤學(xué)領(lǐng)域的高質(zhì)量期刊《Soil Biology & Biochemistry》。

在第一項(xiàng)研究中，研究者以廣泛種植的玉米為研究對象，探究了根際環(huán)境中活性氧（超氧自由基、雙氧水和羥基自由基）隨著根系發(fā)育的時(shí)空變化，并分析了環(huán)境條件（如土壤水分、溫度和氧氣有效性）對根際活性氧生成的影響。研究發(fā)現(xiàn)，新發(fā)育的根際是活性氧產(chǎn)生的主要來源，且根際發(fā)育調(diào)節(jié)了活性氧的生成。環(huán)境溫度和土壤水分通過調(diào)節(jié)玉米根系分泌物的釋放，間接影響了水溶性酚和溶解性有機(jī)碳的變化，進(jìn)而影響了活性氧的產(chǎn)生。相反，氧氣則作為前體直接促進(jìn)了活性氧的生成。

圖1 玉米根際活性氧的產(chǎn)生

在第二項(xiàng)研究中，研究者以水稻殘茬為代表，探討了其周圍土壤中碎屑際區(qū)域活性氧隨殘茬腐解過程的動態(tài)變化及其在土壤有機(jī)碳礦化過程中的作用。研究表明，殘茬腐解調(diào)控了碎屑際活性氧的時(shí)空動態(tài)變化。超氧自由基的產(chǎn)生與酚氧化酶降解水溶性酚的過程密切相關(guān)，而雙氧水的產(chǎn)生則與微生物的直接分泌有關(guān)。隨著秸稈腐解，羥基自由基的主要驅(qū)動因子從Fe(II)轉(zhuǎn)變?yōu)樗崛B(tài)有機(jī)碳，且微生物在羥基自由基的產(chǎn)生過程中發(fā)揮了重要作用。活性氧顯著影響了碎屑層有機(jī)碳的礦化，其中羥基自由基和超氧自由基分別貢獻(xiàn)了15%和4%的二氧化碳排放，而雙氧水則減少了18%的二氧化碳排放。

圖2 碎屑際活性氧的產(chǎn)生及其對有機(jī)碳礦化的影響

這兩項(xiàng)研究為我們提供了關(guān)于土壤微環(huán)境區(qū)域活性氧產(chǎn)生、分布及其環(huán)境效應(yīng)的新見解，并揭示了活性氧在土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵作用。

資源環(huán)境學(xué)院博士研究生劉晉波和楊康杰分別為這兩項(xiàng)研究論文的第一作者，賈漢忠教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、三秦英才-科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才計(jì)劃以及陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目的資助。

原文鏈接1：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109562

原文鏈接2：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109700