来源:X-MOL
铁矿物对土壤有机碳(SOC)的稳定化是陆地碳储存的重要途径,然而氧化还原波动会驱动铁矿物转化,从而改变矿物–有机质相互作用。铈(Ce)是一种高度氧化还原敏感的稀土元素,常吸附于活性铁相表面。目前尚不清楚Ce的吸附是否会影响铁的氧化还原循环以及铁–有机质复合体中有机碳的滞留能力。本研究在可控pH与氧化还原条件下,考察了环境相关浓度的Ce对针铁矿–和赤铁矿–腐殖酸有机–矿物复合体中溶解性有机碳(DOC)释放的影响。批量实验表明,Ce吸附在所有测试条件下均显著降低DOC释放量,在针铁矿–腐殖酸和赤铁矿–腐殖酸有机–矿物体系中最大降幅分别达76 ± 3%和73 ± 1%。光谱与显微分析结合密度泛函理论(DFT)计算表明,Ce介导的DOC滞留机制在不同有机–矿物体系中存在明显差异。在针铁矿–腐殖酸体系中,Ce主要在针铁矿表面形成内层络合物,光谱与DFT结果共同支持界面处Ce–Fe氧化还原相互作用的存在;在酸性或氧化还原波动条件下,该过程可能通过抑制针铁矿溶解及DOC释放,从而维持矿物–有机质结合。相比之下,在赤铁矿–腐殖酸体系中,Ce吸附主要通过与腐殖酸配体络合实现;而在碱性条件下,含Ce纳米颗粒可能进一步增强矿物–有机质间的黏附力,减少DOC释放。上述结果表明,在受控的Fe–有机质模型体系中,Ce可通过矿物特异性的路径增强有机碳滞留,这对富铁土壤中SOC的稳定化具有潜在意义。