關(guān)鍵詞：綠脫石；結(jié)構(gòu)二價(jià)鐵；還原程度；羥白由基（·OH）；天然DOM轉(zhuǎn)化

土壤和沉積物中廣泛存在含鐵黏土礦物，其結(jié)構(gòu)Fe（Ⅱ）氧化是含鐵黏土礦物在有氧一無(wú)氧界面產(chǎn)·OH的主要來(lái)源，而黏土礦物結(jié)構(gòu)Fe（Ⅲ）可通過(guò)化學(xué)或微生物機(jī)制還原成結(jié)構(gòu)Fe（Ⅱ）。黏土礦物結(jié)構(gòu)Fe（Ⅲ）的還原程度會(huì)隨環(huán)境中自然過(guò)程、人類活動(dòng)和生物因素等條件變化而不同，并且對(duì)黏土礦物Fe（Ⅱ）形態(tài)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響。一方面，還原程度會(huì)影響?zhàn)ね恋V物中Fe（Ⅱ）種類的賦存，研究表明，黏土礦物中結(jié)構(gòu)Fe（Ⅱ）比例隨著還原程度的升高而升高，邊緣態(tài)Fe（Ⅱ）的含量也隨著還原程度的升高而升高。另一方面，還原程度會(huì)影響?zhàn)ね恋V物結(jié)構(gòu)Fe（Ⅱ）的結(jié)構(gòu)形態(tài)，低還原程度的綠脫石僅含有二八面體Fe（Ⅱ），而高還原程度綠脫石結(jié)構(gòu)Fe（Ⅱ）以多種形態(tài)存在，如三八面體Fe（Ⅱ）和二八面體Fe（Ⅱ）。含鐵黏土礦物的氧化是地下黑暗環(huán)境產(chǎn)生．OH的重要途徑之一，而黏土礦物中不同F(xiàn)e（Ⅱ）種類和Fe（Ⅱ）結(jié)構(gòu)形態(tài)對(duì)．OH產(chǎn)生的響應(yīng)不同。研究表明，黏土礦物中邊緣態(tài)Fe（Ⅱ）會(huì)被優(yōu)先氧化生成．OH，并且結(jié)構(gòu)中三八面體Fe（Ⅱ）相較于二八面體Fe（Ⅱ）活性更強(qiáng)。因此，還原程度會(huì)影響含鐵黏土礦物Fe（Ⅱ）種類以及結(jié)構(gòu)形態(tài)從而影響-OH的形成。此外，已有研究證明還原程度會(huì)影響綠脫石中Fe（Ⅱ）的氧化速率及活化H202產(chǎn)生·OH的途徑，但關(guān)于不同還原程度的黏土礦物與02反應(yīng)形成·OH的機(jī)制差異目前還不清楚。

溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）作為有機(jī)質(zhì)中最活躍的部分，廣泛存在于土壤和沉積物中，并且與C02等溫室氣體的產(chǎn)生密切相關(guān)。一般研究認(rèn)為，土壤和沉積物中C02排放主要是生物作用主導(dǎo)，微生物以有機(jī)質(zhì)為碳源進(jìn)行呼吸作用、鐵還原和反硝化活動(dòng)產(chǎn)生C02。Page等首次發(fā)現(xiàn)了黑暗環(huán)境下北極凍土表層水和土壤孔隙水氧化過(guò)程中形成的．OH可直接礦化DOM釋放C02，且．OH礦化DOM釋放C02的效率與細(xì)菌礦化DOM釋放C02的效率相似。近年來(lái)，研究表明土壤和沉積物在有氧一無(wú)氧界面產(chǎn)生的·OH可以耦合礦化DOM并釋放C02。而含鐵黏土礦物對(duì)沉積物氧化產(chǎn)·OH起著重要貢獻(xiàn)，目前關(guān)于不同還原程度對(duì)含鐵黏土礦物產(chǎn)·OH的影響已被證實(shí)，然而不同還原程度黏土礦物產(chǎn)·OH對(duì)DOM礦化的影響目前還不清楚。

本研究以不同還原程度的富鐵綠脫石（Fe含量23%）作為黏土礦物代表，揭示不同還原程度黏土礦物中的結(jié)構(gòu)Fe（Ⅱ）活化02產(chǎn)生．OH的差異和機(jī)制，并探究不同還原程度綠脫石產(chǎn)-OH誘導(dǎo)DOM氧化的規(guī)律。通過(guò)化學(xué)還原制備不同還原程度的綠脫石[Fe（Ⅱ）/Fe總：15%，22%，39%和56%]，通過(guò)批次實(shí)驗(yàn)研究不同還原程度的綠脫石活化0：產(chǎn)生．OH的規(guī)律及單位02轉(zhuǎn)化為-OH的效率。通過(guò)添加氮藍(lán)四唑（NBT），研究02在不同還原程度綠脫石界面的還原機(jī)制。通過(guò)2，2’一聯(lián)吡啶（BPY）絡(luò)合鈍化邊緣反應(yīng)位點(diǎn)，研究不同還原程度的綠脫石還原氧氣的位點(diǎn)。采用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）研究不同還原程度的綠脫石Fe（Ⅱ）結(jié)構(gòu)差異及氧化后Fe（Ⅱ）結(jié)構(gòu)變化。最后通過(guò)從湘江濕地沉積物中提取DOM，研究不同還原程度的綠脫石有氧氧化過(guò)程產(chǎn)-OH對(duì)DOM氧化產(chǎn)生C02的差異，進(jìn)一步揭示有氧條件下綠脫石氧化引起的氧化效應(yīng)與其還原程度的關(guān)系。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

苯甲酸鈉（BA，99.5%）、對(duì)羥基苯甲酸鈉（p-HBA．99.0%）和2，2’一聯(lián)吡啶（BPY，99.5%）購(gòu)自上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。氮藍(lán)四唑（NBT，AR）購(gòu)自美國(guó)Amresco公司。連二亞硫酸鈉（Na2S204，96.0%）購(gòu)自天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。綠脫石NAu -2購(gòu)自美國(guó)黏土礦物協(xié)會(huì)，結(jié)構(gòu)式為M0.72，其中M代表層間陽(yáng)離子，例如Na，Ca或者K。綠脫石經(jīng)研磨過(guò)200目篩（0.074mm）后，通過(guò)加入不同劑量的連二亞硫酸鈉還原劑對(duì)綠脫石進(jìn)行還原，以制備不同還原程度的綠脫石[Fe（Ⅱ）/Fe總：15%、22%、39%和56%]，制備過(guò)程可參考本課題組前期的研究。

DOM從濕地沉積物中提取，濕地沉積物樣品采集于湖南省長(zhǎng)沙市湘江濕地風(fēng)光帶。具體如下：在2022年7月漲水期于長(zhǎng)沙市湘江濕地風(fēng)光帶隨機(jī)選取5個(gè)采樣點(diǎn)，采集0.5～0.8m深的土壤沉積物，經(jīng)風(fēng)干、研磨、過(guò)0.15mm篩子后混勻樣品，密封保存。在DOM提取過(guò)程中，按照水土比2.5：1配成懸濁液，經(jīng)恒速電動(dòng)攪拌器攪拌提取8h，離心，上清液過(guò)0.45um濾膜，收集濾液，得到DOM儲(chǔ)備液。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

在厭氧手套箱中，配制含有10mmol·L-1 BA、20mmol·L-1硼酸鹽（pH=7.3）和Fe（Ⅱ）濃度為2.2mmol·L-1的還原態(tài)綠脫石懸濁液于250mL藍(lán)口瓶，反應(yīng)體積為25mL。將厭氧瓶移出手套箱，并置于避光的磁力攪拌器上（450r·min-1，25℃）攪拌，開蓋計(jì)時(shí)即氧化反應(yīng)開始。在氧化過(guò)程中，由于反應(yīng)液中有高濃度BA，并且BA和-OH反應(yīng)常數(shù)比較大因此·OH大部分被BA捕獲。在每個(gè)設(shè)定時(shí)間點(diǎn)（0、15、30、45、60、90min和120min）分別取0.2mL和0.6mL懸濁液用于測(cè)總Fe（Ⅱ）和對(duì)羥基苯甲酸鈉（p-HBA）。所有實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定3次。

為了進(jìn)一步探究綠脫石的還原程度對(duì)活化單位濃度的02產(chǎn)·OH效率，在厭氧手套箱中，配制含有10mmol·L-1BA、20mmol·L-1硼酸鹽（pH=7.3）和Fe（Ⅱ）濃度為2.2mmol·L-1的還原態(tài)綠脫石懸濁液于250mL藍(lán)口瓶，反應(yīng)體積為100mL。準(zhǔn)確移取8mL懸濁液于12mL的玻璃反應(yīng)瓶中，塞上厭氧塞，移出手套箱。向密封的反應(yīng)瓶子注入不同濃度的02（58.5、117、234、351umoI·L-1和458umol·L-1），然后置于搖床中（220r·min-1，25℃）于黑暗條件下振蕩。用02傳感儀（Fibox 4，德國(guó)）分別測(cè)液相和氣相剩余的02濃度，當(dāng)02濃度消耗完后停止反應(yīng)（約48h），并檢測(cè)對(duì)羥基苯甲酸鈉（p-HBA）和總Fe（Ⅱ）濃度。為了探究02在不同還原程度綠脫石體系中的得電子機(jī)制，在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入1～3mmol·L-1NBT猝滅綠脫石氧化時(shí)產(chǎn)生的超氧自由基（02）。另外，通過(guò)加入0.5mmol·L-1BPY探究綠脫石中的Fe（Ⅱ）與02反應(yīng)的位點(diǎn)，BPY會(huì)絡(luò)合邊緣位點(diǎn)Fe（Ⅱ），鈍化邊緣位點(diǎn)使其不發(fā)生電子傳遞反應(yīng)，而結(jié)構(gòu)內(nèi)部Fe（Ⅱ）被四面體層保護(hù)不與BPY反應(yīng)。以上所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)至少3次。

不同還原程度的綠脫石有氧氧化對(duì)DOM礦化和轉(zhuǎn)化：在厭氧手套箱中，配制含有綠脫石[Fe（Ⅱ）濃度為2.2mmol·L-1]、20mmol·L-1硼酸鹽（pH=7.3）和15mg·L-1 DOM的25mL懸濁液于250mL藍(lán)口瓶。然后，將藍(lán)口瓶移出手套箱通N2（gt;99.999%）去除藍(lán)口瓶中存在的C02[使用手提式C02濃度檢測(cè)儀（SKY2000-C02-M，深圳元特科技公司）測(cè)定C02濃度值為0]，迅速蓋上厭氧塞，用注射器抽出50mL氣體，同時(shí)，用另一只注射器向瓶中注射50mL 02，避光振蕩120min （250r·min-1. 25℃）。反應(yīng)結(jié)束后（120min）用注射器抽取藍(lán)口瓶頂空氣體，用于分析C02濃度變化。另取3mL反應(yīng)液離心，上清液過(guò)0.45um濾頭，用于分析氧化前后反應(yīng)液3DEEMs和XPS的變化。同時(shí)設(shè)置以下對(duì)照組試驗(yàn)：（a）純厭氧條件下C02變化：明確微生物可能的無(wú)氧呼吸產(chǎn)C02量。（b）·OH的貢獻(xiàn)：為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)Fe（Ⅱ）氧化產(chǎn)生·OH對(duì)有機(jī)碳礦化的貢獻(xiàn)，向反應(yīng)體系中添加20%的甲醇猝滅溶液中的·OH。

1.3分析方法

從反應(yīng)瓶中取0.6mL懸濁液直接和0.6mL甲醇混合以淬滅取樣過(guò)程中產(chǎn)生的·OH，用0.22um有機(jī)濾膜過(guò)濾。濾液中對(duì)羥基苯甲酸鈉的濃度用液相色譜（島津，LC-15C）測(cè)定。檢測(cè)器為紫外檢測(cè)器，色譜柱為Inter Sustain C18柱（4.6mmx250 mm）。流動(dòng)相為0.1%三氟乙酸：乙腈=65：35，流速為1mL·min-1，檢測(cè)波長(zhǎng)為255nm。該方法中對(duì)羥基苯甲酸鈉檢出限為0.1umol·L-1。．OH濃度由BA的氧化產(chǎn)物對(duì)羥基苯甲酸鈉濃度的5.87倍計(jì)算獲得。

氣體樣品中CO2含量采用氣相色譜儀（Agilent7890A，Agilent Technologies，美國(guó)）進(jìn)行測(cè)定。氣相色譜柱溫度為55℃，檢測(cè)器FID溫度為250℃，ECD檢測(cè)器溫度為300℃。載氣（干空氣及高純H2）流量分別為350mL·min-1和30mL·min-1，尾吹氣（N2）流量為5mL·min-1。

綠脫石懸濁液中Fe（Ⅱ）和總Fe分析采用由Amonette等改進(jìn)得到的方法。在設(shè)定的氧化時(shí)間點(diǎn)取樣，用混酸（3.6mol·L-1 H2S04+HF）消解后，采用鄰菲咯啉分光光度法在510nm處檢測(cè)總Fe（Ⅱ）濃度?？侳e測(cè)定時(shí)將消解后的溶液中Fe（Ⅲ）通過(guò)鹽酸羥胺還原成Fe（Ⅱ）后再進(jìn)行測(cè)定。

在相同實(shí)驗(yàn)條件下制備綠脫石樣品進(jìn)行表征實(shí)驗(yàn)。在厭氧手套箱中分別將反應(yīng)后的懸濁液樣品通過(guò)減壓過(guò)濾，收集固體組分，并置于手套箱中干燥、封裝好后保存于手套箱中備用。采用Nicolet i S50紅外光譜儀（Thermo Fisher Scientific，美國(guó)）對(duì)綠脫石官能團(tuán)進(jìn)行分析。所有樣品紅外光譜均采用ATR模式測(cè)試。記錄4000～400cm-1范圍內(nèi)的光譜，紅外光譜結(jié)果采用OMNIC軟件進(jìn)行分析。溶液中DOM的特征變化利用熒光分光光度計(jì)（F-4700，Hitachi，日本）進(jìn)行測(cè)試，獲得三維熒光激發(fā)發(fā)射矩陣光譜（3DEEMs）。3DEEMs激發(fā)光和發(fā)射光狹縫寬為5nm。光電倍增管電壓（PMT）為700V。激發(fā)波長(zhǎng)范圍和發(fā)射波長(zhǎng)范圍分別為200～500nm和200～600nm，波長(zhǎng)間隔5nm。掃描速度為2400nm·min-1。XPS表征使用ESCALAB 250Xi光電子能譜光譜儀進(jìn)行測(cè)試（賽默飛，美國(guó)），X射線放射源為AlKa（h=1486.6eV），功率150W．真空高于10-8Torr。以Cls為基準(zhǔn)進(jìn)行校正。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Origin 8.5軟件進(jìn)行做圖，采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，不同字母表示在0.05水平上具有差異顯著（Plt;0.05）。

2結(jié)果與討論

2.1不同還原程度的綠脫石活化02產(chǎn)生羥自由基

如圖1所示，在pH 7.3條件下，不同還原程度綠脫石Fe（Ⅱ）氧化時(shí)，·OH累積濃度和Fe（Ⅱ）的氧化速率均符合先快后慢的變化趨勢(shì)。對(duì)于還原程度為15%的綠脫石，氧化120min后的累積·OH濃度為13.6umol·L-1，其中在前15min的·OH濃度達(dá)到9.7umol·L-1，之后的105min內(nèi)僅增加了3.9umol·L-1。對(duì)于還原程度為56%的綠脫石，氧化120min后的·OH累積濃度達(dá)27.1umol·L-1，其中反應(yīng)前15min迅速增加到15.9umol·L-1，之后的105min內(nèi)增加了11.2umol·L-1。因此，還原態(tài)綠脫石氧化過(guò)程中，·OH生成速率與綠脫石的還原程度有關(guān)，還原程度越高，·OH在相同時(shí)間內(nèi)的累積濃度越高。對(duì)于Fe（Ⅱ）的氧化，隨著還原程度從15%升高到56%，氧化120min后的Fe（Ⅱ）氧化量從39.4%升高到55.1%（圖1b）。通過(guò)數(shù)據(jù)擬合發(fā)現(xiàn)生成．OH的累積濃度與Fe（Ⅱ）氧化成線性相關(guān)，其斜率為1mmol·L-1 Fe（Ⅱ）氧化形成為1umol·L-1·OH的效率。隨著還原程度從15%升高到56%，綠脫石中的Fe（Ⅱ）氧化形成-OH的效率逐漸升高（圖1c）。以上結(jié)果表明，綠脫石中的Fe（Ⅱ）氧化形成uOH的速率和效率均隨綠脫石的還原程度的升高而升高。

2.2 02還原產(chǎn)生羥自由基的效率

為了進(jìn)一步探究還原程度對(duì)綠脫石活化氧氣的影響，我們分析了單位02轉(zhuǎn)化為·OH的效率。圖2a結(jié)果表明，·OH的生成濃度隨02消耗升高而升高，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合發(fā)現(xiàn)生成·OH的累積濃度與02消耗濃度呈線性相關(guān)性，其斜率為02轉(zhuǎn)化為uOH的效率。隨著還原程度從15%升高到56%，綠脫石活化02轉(zhuǎn)化為·OH的效率從3.3%提高到5.9%，說(shuō)明還原態(tài)綠脫石活化02生成．OH的效率與還原程度有關(guān)。

當(dāng)加入超氧自由基（02）猝滅劑NBT到綠脫石氧化體系后，1mmol·L-1的NBT可徹底地抑制還原程度為15%的綠脫石體系中的·OH的生成（圖2b）。對(duì)于還原程度為56%的綠脫石，加入1mmol·L-1NBT后，仍有部分02被活化形成·OH，并且02轉(zhuǎn)化為·OH的效率為1.0%。但是當(dāng)NBT的濃度增加至3mmol·L-1時(shí)，還原程度為56%的綠脫石活化02轉(zhuǎn)化為·OH的效率降為0%。該結(jié)果表明，02在不同還原程度的綠脫石表面的還原均是以單電子機(jī)制生成·OH（0202-H202-OH），但高還原程度的綠脫石氧化過(guò)程中生成的部分02-不易于被低濃度的NBT捕獲。這可能是由于進(jìn)入層間的NBT的濃度有限，在底面形成的02難以被NBT有效地捕獲。

為了驗(yàn)證上述猜測(cè)．我們加入BPY鈍化邊緣反應(yīng)位點(diǎn)。當(dāng)加入0.5mmol·L-1 BPY后，還原程度為15%的綠脫石體系中·OH的累積量幾乎可忽略不計(jì)（lt;3umol·L-1）。該結(jié)果表明，還原程度為15%的綠脫石體系主要是在邊緣位點(diǎn)活化氧氣產(chǎn)生·OH。而在還原程度為56%的綠脫石體系中，02初始濃度為458umoI·L-1時(shí)，加入0.5mmoI·L-1 BPY后，·OH的累積濃度仍有15umol·L-1，此時(shí)02消耗量為247umol·L-1（圖2c）。此外，在56%的綠脫石體系，BPY存在時(shí)·OH的累積濃度與02消耗濃度的線性分析表明02轉(zhuǎn)化為·OH的效率高達(dá)6.8%，高于未加BPY體系（5.9%）（圖2a，圖2c）。該結(jié)果表明，還原程度為56%的綠脫石體系，除了邊緣位點(diǎn)外，底面可能也是重要的反應(yīng)位點(diǎn)，并且02在底面活化還原形成．OH的效率高于邊緣面。

2.3不同還原程度的綠脫石氧化后的結(jié)構(gòu)變化

圖3收集了不同還原程度的綠脫石的FTIR譜圖。綠脫石（Fe（Ⅱ）／Fe：0%）的FTIR在714、813cm-1和865cm-1有吸收峰。其中714cm-1和813cm-1的吸收峰分別是四面體層Fe（Ⅲ）和八面體層Fe（Ⅲ）-Fe（Ⅲ）-OH的特征吸收峰。865cm-1處吸收峰為八面體層A1-Fe（Ⅲ）-OH的振動(dòng)吸收峰。當(dāng)綠脫石被還原后，865cm-1處吸收峰在不斷減弱，這是因?yàn)樯傻腁1-Fe（Ⅱ）-OH在附近（867cm-1）有微弱的吸收。當(dāng)綠脫石的還原程度為56%時(shí)，F(xiàn)TIR在643、3542cm-1和3622cm-1處也有新吸收峰。其中3542cm-1為Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-OH的吸收峰伸縮振動(dòng)峰。在643cm-1和3622cm-1的吸收峰分別是Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-OH彎曲振動(dòng)和伸縮振動(dòng)的特征吸收峰。而還原程度為15%的樣品在643cm-1處沒(méi)有吸收峰。這說(shuō)明只有高還原程度的綠脫石八面體層中出現(xiàn)了Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）一OH，這主要?dú)w因于還原的Fe（Ⅱ）從順式一八面體遷移到反式一八面體。與還原程度為15%的樣品相比，還原程度為56%的樣品的Si-0的振動(dòng)峰發(fā)生了明顯的變化，其中在923cm-1有新的吸收峰，這可能是由于八面體層的三八面體Fe（Ⅱ）體積較大，導(dǎo)致四面體層被擠壓。還原程度為22%和39%的綠脫石紅外圖譜的變化介于還原程度為15%和56%的綠脫石之間。因此，與低還原程度相比，高還原程度的綠脫石八面體層中除了存在二八面體Fe（Ⅱ）[AI-Fe（Ⅱ）-OH和Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-OH]外，還存在高活性的Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-OH。

以還原程度為15%和56%的綠脫石體系為例，探究02濃度對(duì)綠脫石結(jié)構(gòu)變化的影響（圖4）。FTIR譜圖顯示，還原程度為15%的綠脫石與02反應(yīng)后結(jié)構(gòu)變化不明顯，而還原程度為56%的綠脫石在氧化過(guò)程中Fe-OH的振動(dòng)變化明顯。對(duì)于還原程度為56%的綠脫石，當(dāng)02的消耗量增至234umol·L-1，F(xiàn)e（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-OH的吸收峰（643cm-1）逐漸向高波數(shù)667cm-1偏移；此外，F(xiàn)e（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）一OH擠壓Si-0導(dǎo)致的吸收峰（923cm-1），在02消耗量為234umol·L-1時(shí)便消失。這些現(xiàn)象表明當(dāng)氧氣濃度有限時(shí)，優(yōu)先氧化Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）。另外，在3400～3670cm-1處的吸收峰，也隨02的消耗逐漸向高波數(shù)偏移，在波數(shù)為3560cm-1和3630cm-1處出現(xiàn)了較弱的肩峰，這可能是Fe（Ⅲ）-OH的伸縮振動(dòng)。因此，有限的02濃度條件下，高還原活性的綠脫石中的Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）會(huì)優(yōu)先被氧化。袁松虎研究組推測(cè)Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）會(huì)通過(guò)底面將電子注入給吸附在底面的02，并將其還原成. OH。本試驗(yàn)在綠脫石活化H202體系也發(fā)現(xiàn)了Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）在底面還原H202形成·OH的效率高于邊緣面。因此，對(duì)于還原程度為15%的綠脫石，其Fe（Ⅱ）主要是以二八面體Fe（Ⅱ）Al-Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）隨機(jī)存在于八面體層中，由于其活性有限，氧化主要是發(fā)生在邊緣位點(diǎn)（圖2b、圖2c）。綜合上述結(jié)果，不同還原程度的綠脫石中不同結(jié)構(gòu)Fe（Ⅱ）三八面體Fe（Ⅱ）和二八面體Fe（Ⅱ）與02反應(yīng)位點(diǎn)的差異會(huì)影響02轉(zhuǎn)化為·OH的效率。

2.4結(jié)構(gòu)Fe（Ⅱ）有氧氧化耦合天然有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化

為了進(jìn)一步探究還原程度對(duì)綠脫石活化氧氣產(chǎn)生．OH對(duì)碳排放的環(huán)境效應(yīng)，分析了不同還原程度綠脫石對(duì)DOM礦化的影響。圖5結(jié)果表明，在厭氧條件下，C02的累積濃度在低還原程度（15%和22%）與高還原程度（39%和56%）之間存在顯著差異（Plt;0.05），但CO2的累積濃度（以C計(jì)）都在23.5-25.5ug范圍內(nèi)波動(dòng)。而在有氧條件下，在4種還原程度的綠脫石中的DOM礦化產(chǎn)生C02的累積濃度顯著高于厭氧條件下的，且當(dāng)綠脫石的還原程度從15%增加到56%時(shí)，DOM礦化生成CO2的累積濃度從68.5ug增加到122.0ug，且各還原程度之間的CO2的累積濃度存在顯著性差異（Plt;0.05）。這表明有氧過(guò)程會(huì)促進(jìn)DOM的礦化，且綠脫石的還原程度也會(huì)影響DOM的礦化。因此，除了微生物作用外，化學(xué)氧化過(guò)程產(chǎn)生的．OH也可能會(huì)促進(jìn)DOM的礦化。為了驗(yàn)證此猜測(cè)，采用了10%的甲醇猝滅綠脫石氧化過(guò)程中的·OH。結(jié)果表明，10%的甲醇會(huì)抑制C02的產(chǎn)生，其中C02的累積濃度由68.5～122.0ug減少至45.5-54.0ug，并且抑制程度隨著還原程度的升高而升高。因此，可以推斷·OH貢獻(xiàn)了DOM的礦化，且·OH礦化DOM形成C02的含量隨綠脫石還原程度的升高而升高。

為了探究還原綠脫石氧化過(guò)程中產(chǎn)生的．OH對(duì)土壤DOM轉(zhuǎn)化的影響，檢測(cè)了還原程度為15%和56%的綠脫石氧化前后溶液中DOM的三維熒光激發(fā)發(fā)射矩陣光譜（3DEEMs）。氧化前，還原程度為15%的綠脫石酪氨酸芳香蛋白類有機(jī)質(zhì)熒光強(qiáng)度高于還原程度為56%的，但色氨酸芳香蛋白類、腐植酸類、富里酸類、可溶性微生物產(chǎn)物類熒光強(qiáng)度低于還原程度為56%的（圖6a、圖6c和表1）。氧化后，還原程度為15%和56%的3DEEMs熒光強(qiáng)度均變?nèi)酰€原程度為15%的整體熒光強(qiáng)度下降更明顯（圖6b，d）。其中，酪氨酸芳香蛋白類、可溶性微生物產(chǎn)物類、富里酸類和腐植酸類DOM的熒光強(qiáng)度在15%的綠脫石體系中下降最明顯，而在56%的綠脫石中熒光強(qiáng)度仍較強(qiáng)，這與氧化過(guò)程C02生成趨勢(shì)不一致。對(duì)體系中DOM變化進(jìn)行測(cè)定，還原程度為15%和56%綠脫石體系中的DOM含量由初始的15.0mg·L-1分別下降至氧化后的6.58mg·L-1和8.81mg·L-1。溶液中DOM在氧化過(guò)程中的變化包括了吸附和礦化等。氧化后還原程度為15%的綠脫石體系C02生成量更少而DOM含量下降更多，這可能是因?yàn)榉磻?yīng)體系是控制綠脫石結(jié)構(gòu)Fe（Ⅱ）含量相同，因此還原程度為15%體系內(nèi)的綠脫石顆粒濃度（3.7g·L-1）約是還原程度為56%（1g·L-1）的3.7倍，還原程度為15%的綠脫石體系顆粒濃度更高，對(duì)DOM的吸附可能也更多。此外，氧化后體系內(nèi)形成了更多的含氧官能團(tuán)（如COO），有利于DOM吸附在綠脫石上。為了進(jìn)一步探究還原程度對(duì)DOM轉(zhuǎn)化的影響，本試驗(yàn)通過(guò)XPS分析了不同還原程度氧化前后其含C官能團(tuán)的變化。

XPS圖譜顯示（圖7），還原程度為15%和56%的綠脫石氧化前溶液中DOM的官能團(tuán)都以C=C（284.6 eV）、C-C/C-H（ 285 eV）和C-0（286.2 eV）為主。還原程度為15%的綠脫石DOM的C=C、CC/C-H和C-O官能團(tuán)占比分別是40.0%、27.7%和28.5%，還原程度為56%的綠脫石各官能團(tuán)占比分別為44.9%、28.7%和21.2%。氧化過(guò)程中，還原程度為15%和56%的綠脫石DOM中C=C官能團(tuán)占比分別由40.0%和44.9%下降至30.1%和32.8%，分別下降了9.9個(gè)和12.1個(gè)百分點(diǎn)；而其C-C/C-H官能團(tuán)占比則由27.7%和28.7%上升至30.6%和36.5%，分別上升了2.9個(gè)和7.8個(gè)百分點(diǎn)；同時(shí)，還原程度為15%和56%的含氧官能團(tuán)[C-O （286.2 eV）、C=0（287.8eV）和C00（289 eV）]占比分別升高了3.9個(gè)和4.3個(gè)百分點(diǎn)。XPS結(jié)果表明，與還原程度15%的綠脫石相比，還原程度56%的綠脫石氧化后的DOM發(fā)生了更多C=C鍵的斷裂并生成了更多的含氧基團(tuán)，其可能是因?yàn)檠趸^(guò)程中．OH可以通過(guò)開環(huán)和羥基化反應(yīng)加到芳香族結(jié)構(gòu)或烯烴上，使DOM發(fā)生礦化或轉(zhuǎn)化。另外，在固相XPS圖譜中也發(fā)現(xiàn)了與液相DOM中相似的規(guī)律，還原程度56%的綠脫石較還原程度15%的綠脫石發(fā)生更多C=C鍵的斷裂并生成了更多的含氧基團(tuán)，說(shuō)明．OH也促進(jìn)了吸附在綠脫石礦物上的DOM的礦化或轉(zhuǎn)化。綜上所述，高還原程度綠脫石能使體系中DOM發(fā)生更多的轉(zhuǎn)化或礦化。

3結(jié)論

（1）還原態(tài)綠脫石活化02產(chǎn)生. OH效率隨結(jié)構(gòu)Fe（Ⅲ）還原程度的升高而升高。低還原程度的綠脫石結(jié)構(gòu)中的Fe（Ⅱ）主要在邊緣位點(diǎn)還原02產(chǎn)生．OH。高還原程度的綠脫石高活性的三八面體Fe（Ⅱ）一Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）優(yōu)先在底面還原02產(chǎn)生. OH，并且02在底面活化產(chǎn)生．OH的效率高于邊緣位點(diǎn)。02無(wú)論是邊緣位點(diǎn)還是底面位點(diǎn)還原，其都是通過(guò)單電子機(jī)制被還原形成·OH。

（2）還原態(tài)綠脫石活化02產(chǎn)生．OH對(duì)有機(jī)質(zhì)的礦化隨結(jié)構(gòu)Fe（Ⅲ）還原程度的升高而升高。還原態(tài)綠脫石產(chǎn)生的·OH可將沉積物或土壤中的溶解性有機(jī)質(zhì)氧化形成C02。

（3）含鐵黏土礦物的還原程度的差異在地下環(huán)境中普遍存在，通過(guò)土壤或沉積物中含鐵黏土礦物的還原程度預(yù)測(cè)含鐵黏土礦物氧化過(guò)程中產(chǎn)生-OH容量和有機(jī)質(zhì)的礦化情況，對(duì)揭示土壤碳循環(huán)具有重要意義。