近日，环境科学领域top期刊Journal of Hazardous Materials以“Fate of Cd during mineral transformation by sulfate-reducing bacteria inclay-size fractions from soils with high geochemical background”为题发表了西南大学地理科学学院岩溶环境重庆市重点实验室赵万苍课题组关于地质高背景成因的Cd在矿物-微生物反应过程中Cd归趋的最新研究成果。

我国西南岩溶区分布面积广、重金属超标率高、地质成因复杂，是典型的地质高背景区域之一，母岩差异风化导致区域内土壤中的Cd含量高。矿物-微生物界面钝化土壤重金属（Cd）能够降低潜在Cd的生物有效性。然而，对于地质高背景成因的Cd在矿物-微生物反应过程中Cd的归趋尚需深入理解。针对上述问题，本研究以重庆市秀山县为代表的研究区内7个地层内含分别以碳酸盐岩、硅酸盐岩为母岩的土壤粘粒作为研究对象，选取硫酸盐还原菌(SRB)构建了SRB-Clay体系，采用粘粒、次生矿物相及Cd赋存形态结合XRD、XPS等光谱表征手段对SRB参与反应粘粒中的主要矿物（含铁矿物、粘土矿物）进行了Cd地球化学形态探讨。研究发现：SRB能够加速土壤风化。SRB更倾向于利用以母岩为碳酸盐岩风化的土壤粘粒，使其粘粒中的Cd在固液相之间实现再分配，进而降低土壤中的生物有效形态的Cd浓度。同时，SRB能够通过改变Cd的赋存形态促进Cd的再分配。另外，通过比较SRB反应前后的产物提取无定形铁结合态（Fe_-OX）及结晶铁氧化物（Fe_-CBD）两种粘粒组分，研究者发现在SRB的作用下，Fe_-OX中Fe（Ⅲ）首先被还原为Fe（Ⅱ），Fe（Ⅱ）可能与S^2-或CO₃^2-形成FeS、FeCO₃等次生铁矿物，并为游离Cd²⁺提供层间空位，形成次生Cd-Fe共沉淀，促进Cd在次生铁矿物赋存于Fe_-CBD中，加速Fe_-OX向Fe_-CBD转化。该研究为理解微生物在加速矿物相固定Cd过程提供新视野。

论文第一作者为2021级硕士研究生颜星，赵万苍副教授为通讯作者。

文章在线检索链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132213

图1 土壤（TCd-soil），粘粒（TCd-clay）及其添加SRB后（TCd-clay+SRB）的Cd含量

               图2不同含铁粘粒组分与SRB反应前后XPS谱图（左图为全谱图，右图为Fe精细谱图，图中绿色及紫色峰线为Fe³⁺，蓝色及黄色峰线为Fe²⁺）