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土壤酸化作用下腐植酸-Fe(III)络合机制与氧化还原性能

土壤酸化；腐植酸；Fe(III)；络合机制；氧化还原

近几十年来，由于人类活动影响，土壤酸化过程持续加剧。HA与Fe(III)对土壤酸碱度极为敏感，随着土壤pH降低，Fe(III)浓度会增加，而HA不仅会发生自组装团聚，还会改变与Fe(III)之间的络合作用。正确认识土壤酸化对HA与Fe(III)络合机制及其络合物氧化还原性能的影响对于揭示土壤酸化下的生物地球化学过程具有重要意义。本研究采用三维荧光光谱（3D-EEM）和傅里叶红外光谱（FTIR）研究了pH从7.0降低至4.0的土壤条件下，HA与Fe(III)之间的相互作用。同时，运用先进的原子力显微红外光谱（AFM-IR）可视化分析技术和扫描电子显微镜（SEM），深入分析了HA-Fe(III)络合物的纳米化学结构，并揭示了HA-Fe(III)络合物的结合机制。在此基础上，通过电化学工作站评估了随着土壤pH的降低，HA-Fe(III)络合物的氧化还原性能变化。研究结果表明，土壤pH降低使HA-Fe(III)颗粒倾向于聚集成更紧密的结构。此外，羧基和酚羟基是HA与Fe(III)主要结合的位点，同时Fe(III)也与HA中的荧光活性基团结合，导致HA发生荧光淬灭现象。HA-Fe(III)络合物的还原性较其氧化性更强，在酸性条件下，HA-Fe(III)的电子交换容量随Fe(III)浓度的增加变化显著，当加入的Fe(III)浓度升高至10 μM时，较未加Fe(III)的HA的电子交换容量（EEC）降低了28.84%，可能是由于低浓度Fe(III)占据了HA的部分可传递电子的位点，减弱了氧化还原能力，导致电子交换容量降低。本研究为土壤酸化过程中HA与Fe(III)离子相互作用的机制，并对这种相互作用可引起的潜在的地球化学过程提供了新的见解，可为评估和调控酸性土壤中C、N、S等元素循环及污染物迁移转化提供理论支撑。