铁矿物具有巨大的比表面积和高的吸附亲和力等特性，通常被认为是有机碳的“锈汇”，在全球碳储存中发挥重要作用。然而，最新的研究表明微生物和铁矿物协同驱动的羟基自由基形成在有机碳分解中发挥着重要但被忽视的作用。铁矿物主要通过芬顿/类芬顿反应调控环境中羟基自由基的产生。当环境发生氧化还原波动时，微生物促使铁矿物发生氧化还原转化而影响其催化性能。目前，微生物群落-铁矿物互作如何影响羟基自由基的形成机制尚不清楚。
天津大学地科院余光辉教授利用长期定位施肥土壤富集微生物群落，探究了微生物群落-铁矿物协同驱动土壤泥浆中羟基自由基形成的途径和机制。研究发现，微生物和铁矿物协同驱动了土壤泥浆中羟基自由基的形成；培养21天后，培养体系中羟基自由基浓度可达100 nM。借助化学分析、同步辐射、高通量测序、随机森林和结构方程模型等分析手段和统计方法，研究发现微生物可通过调控超氧离子直接影响羟基自由基形成，也可通过驱动铁矿物转化而间接调控羟基自由基产生。其中，微生物驱动的铁矿物氧化还原转化是土壤泥浆中羟基自由基形成的主控因子；Geobacter, Paucimonas, Rhodocyclaceae_K82和Desulfotomaculum是土壤中控制羟基自由基产生的关键微生物属。该发现对全面认识表层地球系统中活性氧的形成途径具有重要意义，也可为深入理解氧化还原波动环境中碳周转和养分循环提供新认识。
相关成果发表在环境领域著名期刊《Water Research》。地科院余光辉教授为通讯作者，万丹博士为第一作者。合作者来自南京农业大学刘飞飞、德国图宾根大学Andreas Kappler教授、德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授、天津大学地科院陈玖斌教授等。
研究成果得到了国家自然科学基金项目（41977271，42003010）和中国博士后基金（2019M661028，2021T140507）的资助以及上海光源BL14W线站的支持。
论文信息：Dan Wan, Fei-Fei Liu, Jiu-Bin Chen, Andreas Kappler, Yakov Kuzyakov, Cong-Qiang Liu. Guang-Hui Yu*. Microbial community mediates hydroxyl radical production in soil slurries by iron redox transformation. Water Research, 2022, 220: 118669.
论文链接: https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118689
图1. 同步辐射扩展X射线吸收精细结构 (EXAFS)谱表明了微生物介导的铁矿物转化过程
图2.细菌群落多样性和结构及其与地球化学变量的关联
图3. 二价铁和羟基自由基形成的关键微生物属
图4.羟基自由基的形成途径及其与微生物、二价铁和新形成铁矿物的关联
