贾汉忠教授团队发现土壤根际自由基热点的 时空分布与形成机制

近日，我院贾汉忠教授团队在根际土壤活性氧自由基的赋存特征及形成机制研究方面取得重要进展。研究成果以“Microscale Spatiotemporal Variation and Generation Mechanisms ofReactive Oxygen Species in the Rhizosphere of Ryegrass: Coupled Biotic−Abiotic Processes”为题发表于《Environmental Science & Technology》。资环学院博士研究生刘晋波为论文第一作者，贾汉忠教授为通讯作者。

活性氧（ROS）普遍存在于多种环境基质中，在元素循环和污染物降解中发挥至关重要的作用。土壤中ROS的生成通常与动态界面处的氧化还原反应有关，根际微界面存在较高的微生物活性、根系分泌物浓度、氧气含量、以及独特的pH特征，具有较高的反应活性，这些直接影响着界面电子传递和氧化还原等生物地球化学过程，有可能会诱导ROS的形成，但关于ROS在根际微界面的产生却知之甚少。因此，深入了解根际ROS的形成过程对全面探究根际土壤的生物地球化学过程具有重要意义。

贾汉忠教授团队长期从事土壤自由基的产生、积累及环境效应的研究。在前期工作的基础上，该团队首先通过化学发光法和自旋捕获法定性证实了根际土壤中ROS的存在与累积，进而用分子探针法定量了3种代表性ROS（如超氧自由基（O2），双氧水（H2O2）和羟基自由基（OH））的时空变化特征。在黑麦草的整个生命周期中，O2和H2O2含量呈先升高后降低的趋势，而OH含量呈持续下降的趋势；空间上，ROS含量在根际0 ~ 5 mm处保持较高水平，然后随着距离的增加而降低。不同土壤中ROS含量的变化顺序为黑土>砖红壤>黄棕土>塿土~红黄泥；土壤氧化还原组分（Fe(II)、DOC、水溶性酚）、根系分泌物和酶活性、以及微生物群落与结构也呈现出与ROS相似的变化趋势，表明黑麦草生长可能通过调节非生物和生物因子介导根际ROS的产生。结构方程模型表明，ROS的产生可能由Fe(II)和水溶性酚介导的电子转移、微生物群落驱动的胞外O2释放和Fe(II)/Fe(III)循环等非生物-生物过程共同调控。

该研究率先报道了某种植物全生命周期根际土壤中ROS的时空演变过程，为土壤ROS热点的提出提供了重要的理论基础，并为更加全面地认识根际污染物降解、碳周转和元素循环等生态环境效应提供了关键信息与科学依据。

该研究得到了国家自然科学基金的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c06167

编辑：赵杰

终审：李志