新华网杭州8月4日电（记者郑可意）浙江大学研究团队近期一项研究发现，水稻根际中砷、铁等元素的转化不仅存在于季节性淹水-排水周期，在昼夜短时尺度上同样呈现规律性波动。夜间可能成为有毒砷释放风险升高的重要时段。这一发现为稻田砷污染精准防控和安全生产提供了新的理论依据。

  这项研究由浙江大学徐建明教授团队完成，研究成果以《微生物活性的昼夜变化影响水稻根际砷铁循环》为题，于近期在线发表于国际学术期刊《自然·地球科学》。

  水稻根际砷、铁元素昼夜循环图示。（图片由研究团队提供）

  砷是稻田土壤中广泛存在的有毒元素。由于水稻生长环境特殊，稻田长期处于淹水状态，土壤缺氧条件下微生物活动会促进砷的形态转化和迁移，增加稻米砷累积风险。

  “过去相关研究更多关注稻田砷含量的长期变化，但水稻本身具有明显的昼夜生理节律。”徐建明介绍，白天水稻光合作用能够向根际释放氧气，改善根际环境；夜间光合作用停止，根际供氧减少，氧化还原状态随之发生变化。昼夜交替是否会影响砷的活化和迁移，一直是该领域亟待回答的问题。

  为揭示其中机制，研究团队结合温室控制实验和野外田间验证，综合运用宏基因组学、宏转录组学以及生物地球化学分析等方法，对水稻根际砷、铁元素变化及微生物响应进行了系统研究。

  研究发现，夜间水稻根际环境更加缺氧，氧化还原电位下降至约-100毫伏，促进了砷、铁还原过程。与白天相比，夜间根际孔隙水中三价砷浓度由1.8毫克/升升高至2.9毫克/升，增加近60%；二价铁浓度同步升高24.9%。

  进一步研究发现，导致砷铁变化的关键并非微生物数量变化，而是微生物“活性”的昼夜调整。研究团队发现，参与铁还原和砷还原过程的关键功能基因，如arrA、omcS、omcZ、mtrC等，在夜间表达水平明显升高，相关功能菌的代谢活动显著增强，而菌群组成并未发生明显改变。

  研究团队解释，白天水稻根系释放氧气，能够抑制部分还原性微生物活动；夜间供氧停止后，根际逐渐形成厌氧环境，促进铁矿物还原溶解，原本吸附在铁氧化物上的砷随之释放并转化为更易迁移的三价砷。

  野外田间实验进一步验证了这一规律。当水稻被置于持续黑暗环境后，根际氧化还原状态、砷铁浓度以及相关微生物活性的昼夜差异均消失，表明自然光照周期是驱动根际砷铁循环节律的重要因素。

  “这一研究揭示了水稻根际砷铁循环的昼夜调控机制。”徐建明表示，相关发现提示，未来可结合自然昼夜节律优化农业管理措施，例如探索在清晨等特定时段排水，减少根际溶解态砷累积，从而降低水稻吸收砷的风险。

  研究团队认为，该成果为理解稻田污染物动态变化提供了新的视角，也为重金属污染农田安全利用、精准调控水稻砷吸收以及可持续农业发展提供了新的技术思路。（完）