近日，香港AV 香港AV 何圣兵教授与日本理化研究所Keiichi Mochida教授合作在环境领域期刊《Environmental Science & Technology》在线发表了题为“Fate of Organic Carbon Shaped by Iron Minerals in Coastal Wetlands: Mechanisms and Implications”的研究成果。论文系统解析了滨海湿地场景下铁结合态有机碳（Fe-OC）转化的机制，为利用矿物铁循环作为滨海湿地蓝碳管理抓手提供了科学依据。此项工作是中日国际合作项目的重要成果，标志着两国科学家在应对气候变化、解析滨海关键碳汇过程方面取得了前沿进展。香港AV 中英国际低碳学院2023级硕士研究生邵嫣然为论文第一作者，香港AV 环境科学与工程学院长聘教授何圣兵为论文通讯作者。研究工作受到国家重点研发计划国际科技创新合作项目（2023YFE0101700）资助。
研究简介：
滨海湿地是地球上最有效的“蓝色碳汇”之一，但其固碳能力的稳定性深受铁矿物与有机碳复杂相互作用的调控。通过解析“滨海综合征”——即盐度波动、潮汐水动力和盐生植被对Fe-OC相互作用的协同调控，阐明了铁矿物通过多途径稳定化（吸附、共沉淀和团聚）以及氧化还原转变（包括Fe(III)还原和Fe(II)催化的活性氧产生）来控制OC的转化。论文强调了OC作为氧化还原介体（充当电子穿梭体和络合剂）在调控铁形态转化和生物有效性方面的积极作用，分析了盐度波动、潮汐水动力、植被根际及其联合效应对铁矿物与OC相互作用的动态调控，从机制上阐明了铁矿物如何影响滨海湿地的有机碳命运。
图文导读：
图1系统阐释了滨海湿地沉积物中，铁氧化物吸附溶解性有机碳（DOM）的多种物理化学机制。核心机制包括配体交换（有机官能团与矿物表面羟基形成内层配合物）、阳离子桥接（通过Ca²⁺/Mg²⁺等多价离子连接）、疏水相互作用、范德华力及氢键。强调了配体交换形成的化学键最为稳定，是长期保护有机碳的关键。此外，也反映了不同结晶度的铁氧化物（如水铁矿vs.针铁矿）对有机碳组分的吸附偏好存在差异。
图1 海岸湿地中铁矿物介导的OC封存机制。
图2直观展示了滨海湿地动态氧化还原条件下，铁与有机碳之间双向的耦合转化过程。左侧路径描绘了铁介导的有机碳保护机制，包括形成Fe-OC、团聚体物理保护和共沉淀封装。右侧路径则揭示了铁驱动有机碳矿化的机制，包括Fe(II)化学氧化（如芬顿反应）产生活性氧（ROS）直接氧化有机碳，以及微生物介导的异化铁还原（DIR）在还原Fe(III)矿物的同时氧化并释放此前被固定的有机碳。该图揭示了铁在碳循环中兼具“保护者”与“分解者”的双重角色。
图 2 铁矿物氧化还原过程对滨海湿地OC周转的影响。IOB，铁氧化细菌；IRB，铁还原细菌；OC，有机碳；ROS，活性氧。
图3揭示了潮汐淹没（高潮位/缺氧期）与暴露（低潮位/有氧期）循环如何通过协同调控“酶锁”（酚类物质抑制水解酶）和“铁门”（铁氧化还原状态控制碳固定与释放）两大机制，来支配滨海湿地的有机碳流向。高潮时，缺氧强化“酶锁”，同时开启“铁门”（Fe(III)还原，碳释放）；低潮时，有氧条件解除“酶锁”，促进微生物分解，同时关闭“铁门”（Fe(II)再氧化，碳重新固定）。
图 3 调节滨海湿地OC分解的“酶门”和“铁闸”机制示意图。Fe-OC，铁结合态有机碳；IOB，铁氧化细菌；IRB，铁还原细菌；OC，有机碳；ROL，径向氧损失。
图4阐述了滨海湿地盐生植物根际通过两个核心过程主动调控铁-有机碳微界面。过程一（径向氧损失，ROL）：根系向根际泌氧，将Fe(II)氧化为Fe(III)氧化物，形成“铁膜”，并通过吸附和共沉淀固定有机碳。过程二（根系分泌物，REs）：根系分泌有机酸等物质，可作为电子供体或螯合剂，促进Fe(III)矿物还原溶解，从而释放先前固定的有机碳。
图4 滨海湿地植被根际效应对Fe-OC的影响机制。Fe-OC，铁结合态有机碳；IOB，铁氧化细菌；IRB，铁还原细菌；OC，有机碳；REs，根系分泌物；ROL，径向氧损失。
作者简介：
邵嫣然，中英国际低碳学院2023级硕士研究生。以第一作者身份在Environmental Science & Technology上发表SCI论文1篇，授权国家发明专利1项，获得软件著作权1项。
何圣兵，香港AV 环境科学与工程学院长聘教授、博士生导师、党委副书记。长期致力于水污染控制与生态修复领域的教学与科研工作，主持多项国家级科研项目和企事业单位工程项目，在水环境治理领域具有丰富的研发工作经验，共发表学术论文200余篇，授权发明专利30余项。
Keiichi Mochida，日本理化学研究所教授，植物遗传学研究团队负责人。长期开展植物遗传学、植物基因工程及植物抗逆性研究，在Nature、Genome Biology、 iScience、Frontiers in Plant Science 等具有重要影响力的国际期刊上发表高水平学术论文60余篇。