中国地质大学（武汉）刘金铃团队JHM："Fe-S轮"——亚高山泥炭地甲基汞生成的新视角

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图3：基于偏最小二乘路径模型（PLS-PM）的"Fe-S轮"调控机制解析。

本研究通过构建偏最小二乘路径模型（PLS-PM，GOF>0.60，模型预测效能显著）（图3），系统揭示了不同硫/铁摩尔比（S/Fe）条件下"Fe-S轮"与土壤地球化学因子、微生物群落（A、B）及汞组分-甲基汞（C、D）的互作机制。模型结果表明，该泥炭地汞的形态转化与甲基化过程受"Fe-S轮"关键调控：当S/Fe>0.25时，铁硫耦合作用通过抑制水溶态汞（Hg-F1）向其他汞形态的转化，显著降低汞的生物有效性；同时促进汞转化为硫化态汞（Hg-F6），形成双重抑制甲基汞生成的屏障机制。而在S/Fe<0.25的低硫环境中，"Fe-S轮"驱动的腐殖酸结合态汞（Hg-F4）占比提升（达总汞的11.4%），其与溶解态有机质（DOM）的络合作用反而增强了汞的微生物可利用性，部分抵消了系统的甲基化抑制作用。值得注意的是，土壤有机质（SOM）和溶解氧（DO）作为核心驱动因子，通过调控铁硫氧化还原平衡（Eh波动达43 mV）和硫酸盐还原菌、铁还原菌功能菌群丰度（Shannon指数差异达1.03），动态影响着"Fe-S轮"的运转效率。这种基于S/Fe阈值的双向调控机制，为湿地汞风险精准防控提供了理论依据。

图4：全球泥炭地系统中甲基汞含量与S/Fe摩尔比的关联机制。

基于跨纬度泥炭地系统的多源观测数据整合分析（涵盖寒带至亚热带多个典型湿地区域），本研究揭示了S/Fe摩尔比对甲基汞含量的普适性调控规律。定量分析表明，在本研究区（亚热带亚高山泥炭地：r=-0.526, P<0.05, n=16）与全球数据集（r=-0.716, P<0.01, n=14）中，S/Fe摩尔比与甲基汞浓度均呈显著负相关（p<0.05）。这暗示着，尽管区域性地化背景（如硫酸盐输入通量、有机质组成）可能存在差异，但S/Fe摩尔比作为铁硫互作强度的量化指标，在汞生物地球化学循环中展现出显著的指示价值，为全球泥炭地汞风险评估提供了关键参数。

小结

本研究基于中纬度亚热带亚高山泥炭地系统，创新性提出"Fe-S轮"耦合循环概念模型，揭示了铁硫交互作用对汞生物地球化学过程的关键调控机制。需要强调的是，本概念模型在pH 4.38-5.01、Eh 262-305 mV的酸性弱氧化环境中展现出良好适用性，特别适用于硫铁比≤0.5的典型泥炭湿地生态系统。模型在其他湿地如滨海盐沼、水稻田等不同湿地类型中的适用性有待进一步验证。此外，目前主要解释铁硫耦合的宏观生态效应，其分子层面的反应路径及跨介质通量机制仍需深入解析。该理论框架的完善将为湿地汞污染防控提供重要科学依据，特别是在硫铁比阈值判定、生态修复材料开发等领域具有重要应用前景。

作者介绍

第一作者： 高鸣远 ，中国地质大学（武汉）地球科学学院，博士研究生在读。主要研究方向为土壤中汞的迁移转化与土壤汞的还原。以第一作者发表SCI论文1篇。邮箱：[email protected]

通讯作者：刘金铃， 中国地质大学（武汉）地球科学学院，教授，博士生导师。主要研究方向为重金属元素的表生地球化学及生态效应，重点开展表生环境中重金属Hg,Cd, Pb的源解析，迁移转化机制、生态环境效应等相关研究工作。先后主持国家自然科学基金2项，骨干参与科技部重点研发计划、国家自然科学基金重大项目等多项课题。以第一/通讯作者身份在Geochimica et Cosmochimica Acta, Water Research, Environmental Science & Technology等期刊发表SCI论文30余篇。主持和参编教材2部，参与出版学术专著1项。 邮箱：[email protected]

JHM家族期刊包括Journal of Hazardous Materials (JHM)，Journal of Hazardous Materials Letters (JHM Letters), 和Journal of Hazardous Materials Advances (JHMA)。三本期刊拥有相同的scope，侧重在环境危险物质的迁移，影响，检测，和去除。旗舰期刊JHM发表高水平科研和综述文章，JHM Letters完全开放获取，发表Letter-type科研和前沿综述文章（3000字限制，4副图/表），JHMA定位为中档开放获取期刊。

来源： JHM Family

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