重大突破

　　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并促进污染物的转化，然而其产生机制尚不清楚。 

　　基于此，我院南京土壤研究所研究员王玉军团队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)，且1O2的表观光量子产率远高于一般地表水的值。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在光照下的电子转移，而3DOM*和1O2主要来源于光照DOM引发的系间窜跃和能量传递。采用超高分辨质谱对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。

　　稻田常用改良剂可能会改变上覆水的化学性质，进而影响上覆水中光活性物质的产生。秸秆和石灰的施用分别使 RIs 稳态浓度提高了 16.8 倍和 11.1 倍，而添加生物炭的影响有限。通过三维荧光光谱和超高分辨质谱分析，结合结构方程模型表明，在添加秸秆和石灰改良剂后，由于秸秆腐解和土壤有机质的溶出，上覆水中DOM浓度显著上升，且DOM中腐殖类物质大量增加，在光照下产生了更多的 RIs。

　　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，而3DOM*和.OH则是As(III)氧化的驱动因子。此外，RIs也会影响有机污染的降解过程，改良剂的施用显着地加快了 2,4-二氯苯酚（农药24D的水解/代谢产物）的降解速率，不同RIs对污染物降解路径差异显著，降解中间产物毒性差异较大，.OH介导的脱氯产物毒性大大降低，而3DOM*介导的二聚产物毒性增强。

　　研究成果阐明了稻田上覆水中光致活性物质的产生机制，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。以上研究结果分别在期刊Water Research和Environmental Science & Technology上发表，上述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。

　　论文链接：1，2 

　　稻田上覆水中光活性物质的产生机制

　　改良措施对稻田上覆水中光活性物质生成过程的影响