磷(P)作为水体富营养化的关键限制性营养元素,其环境地球化学行为(吸附-解吸、沉淀-溶解、迁移-固定)对生态系统健康具有重要影响。在还原性沉积物或水-岩界面环境中,亚铁(Fe(Ⅱ))的氧化还原活性及其与有机质(如腐殖酸)或矿物(如铁氧化物、黏土矿物)的相互作用,显著调控磷的形态转化与固定效率。传统研究多聚焦于Fe(ⅡI)氧化物对磷的吸附/共沉淀作用,但在动态氧化还原条件下,Fe(Ⅱ)的再氧化过程(如次生铁矿物的生成)以及有机质介导的电子传递、络合作用对P固定机制的影响仍存在认知空白。实际上,环境中Fe(Ⅱ)与有机质/矿物的相互作用是一种无机-有机的界面反应,P的固定与迁移必定受到该反应的调控。为此,本研究围绕游离态亚铁(Fe(Ⅱ)_aq)与有机质/矿物相互作用对P固定的调控机制,运用多学科交叉方法(环境地球化学、矿物学),通过模拟O₂驱动的Fe(Ⅱ)氧化过程,研究有机质/矿物界面的P固定机制,分析厌氧条件下有机质介导的Fe-P相互作用,结合pH、Fe/P比等多参数的环境因子研究,系统揭示动态氧化还原界面中P的形态转化与滞留规律,为富营养化水体修复与磷循环理论创新提供科学依据。所获主要研究认识如下: (1)为探讨厌氧条件下Fe(Ⅱ)-HS相互作用对P的固定机制,系统考察了初始HS浓度、pH、Fe/P摩尔比等环境因子对P吸附固定的影响。研究发现,随着Fe/P摩尔比值的增加,反应后上清液中的残余P浓度逐渐降低,同时残余Fe(Ⅱ)浓度也减少,表明磷的固定与Fe(Ⅱ)浓度密切相关。且在不同pH条件下,酸性环境中上清液中的P浓度明显低于碱性条件,这表明Fe(Ⅱ)在酸性环境中更有利于磷的固定,而在碱性条件下,溶液中的氢氧根离子(OH^-)可能竞争吸附位点,抑制磷的固定。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析表明,磷在Fe-HS-P体系中主要以蓝铁矿(Fe₃(PO₄)₂·8H₂O)的形式存在,这种矿物形式对于磷的长期稳定具有重要意义。此外,HS中的羧基基团与Fe(Ⅱ)之间的络合作用,减少了Fe(Ⅱ)与磷的结合,从而降低了磷的固定效率,并可能改变Fe-P表面特性,影响磷的固定行为。这些发现有助于理解厌氧环境中游离态Fe(Ⅱ)、有机质和P之间的相互作用,并为控制厌氧环境中磷的迁移和转化提供了新的思路。 (2)为研究氧气驱动下Fe(Ⅱ)氧化过程对P的作用,以磷酸氢二钠作为P源,通过分析溶液中P和Fe浓度,并利用XRD、FTIR等技术对次生矿物进行分析,考察了浓度、时间影响下Fe(Ⅱ)在有氧条件下的次生矿物的生成以及对P的吸附机制。结果发现,Fe(Ⅱ)迅速氧化为Fe(ⅡI),生成铁氧化物(纤铁矿)通过吸附或共沉淀有效固定P。HS的加入显著延缓了Fe(Ⅱ)氧化速率,导致初期铁氧化物生成减少,P去除效率降低XRD、FTIR和XPS分析确认P以PO?3?形式通过Fe-O-P键固定于铁氧化物表面,HS改变了铁的氧化态和表面化学性质。研究结果还发现Fe(Ⅱ)和P浓度的动态变化,可能与铁氧化物相变有关。这些发现为环境系统中P的迁移与管理提供了重要理论依据。 (3)选择蒙脱石和高岭石为研究对象,聚焦黏土矿物(蒙脱石和高岭石)存在下Fe(Ⅱ)氧化作用对P固定路径的调控机制。结果发现:蒙脱石依赖层间吸附与弱氧化,而高岭石通过表面氧化及次生矿物生成调控P的赋存。Fe-P共存下矿物表面非晶态相比例增加,抑制晶态铁氧化物的特征振动信号,且高岭石体系在Fe-P-Al三元络合物形成下出现硅氧振动峰偏移。 以上研究结果表明,P的环境地球化学行为受溶液中Fe(Ⅱ)浓度、有机质/矿物、氧化还原条件变化的影响。深入探究铁-有机质-矿物-环境因子的协同作用对P固定过程的调控机制,有助于阐明Fe-P耦合循环在碳-铁-磷多元素生物地球化学循环中的关键作用,深化对铁矿物介导的磷地球化学过程的理解,为富营养化水体修复、农业面源磷流失控制及沉积物内源磷释放阻控技术提供理论支撑,并为全球碳-磷-铁循环耦合研究提供新视角。