南京土壤所在稻田上覆水自由基过程及其环境效应研究方面取得进展

　　

水稻是全球约一半人的主食，也是全球种植最广泛的作物之一。稻田上覆水在自然光照下可能产生一系列的活性物质如自由基等并对污染物的转化具有重要的贡献，然而相关的过程机制尚不清楚。

基于此，中国科学院南京土壤研究所王玉军课题组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)，并且¹O₂的表观光量子产率远高于典型地表水的值。进一步深入研究发现，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在光照下的电荷转移，而³DOM^*和¹O₂主要来源于光照DOM引发的系间窜跃和能量传递。采用三维荧光光谱和傅里叶变换离子回旋质谱对DOM性质进行了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能够产生更多的RIs，而DOM中的酚类物质则抑制了RIs的生成。此外，上覆水形成的RIs对污染物的非生物具有重要的贡献，产生的RIs显著促进了稻田生态系统中三价砷（As(III)）的氧化，其氧化速率提高了1.8-3.4倍，而³DOM^*和^.OH则是As(III)氧化的驱动因子。该研究成果率先阐明了不同生长周期稻田上覆水的自由基过程，为理解稻田生态系统污染物的非生物转化提供了新的思路。

以上研究结果以题为“Photochemical characterization of paddy water during rice cultivation: Formation of reactive intermediates for As(III) oxidation”在Water Research期刊上发表。该研究得到了国家自然科学基金重点项目和优秀青年基金的资助。

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稻田上覆水中活性物质的产生机制