近年来农田土壤镉污染情况加剧,影响农产品质量安全,镉通过食物链进入人体,可严重损害肾脏、心血管、肌肉骨骼和女性生殖系统。因此,治理农田土壤镉污染,保障农产品安全势在必行。硅酸和铁氢氧化物降低土壤中镉的生物有效性,进而缓解镉对水稻的胁迫作用已成共识;但其化学机制尚不完全明确。为此,开展硅、铁氢氧化物共存缓解水稻镉毒性的效应及其机制研究,对于揭示硅降低土壤镉生物有效性机制具有重要的理论意义。本文基于CD-MUSIC模型研究镉的硅-铁氢氧化物表面络合形态,旨在探究硅、铁氢氧化物二者共存情况下水稻镉毒性缓解的土壤化学机制。本文通过化学方法,获得高纯度硅酸盐处理的铁氢氧化物(水铁矿(Fh)、针铁矿(Goe)),应用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜、比表面积测定和酸碱电位滴定等手段,对其进行物理化学性质表征,通过水培及等温吸附-解吸试验结合CD-MUSIC模型,以期明确硅-铁氢氧化物(硅-水铁矿(Si-Fh)、硅-针铁矿(Si-Goe))缓解水稻镉毒害效应,揭示硅对酸性水稻土镉吸附行为的影响机制。主要结论如下:1.硅-铁氢氧化物可显著缓解水稻镉胁迫。镉胁迫下硅-铁氢氧化物和铁氢氧化物处理降低了水稻植株镉含量(P<0.05)、CAT活性(P<0.05)、POD活性(P<0.05)和MDA含量(P<0.05),缓解了膜脂过氧化和木质化作用;根组织分化完全、维管束环纹清晰、细胞结构饱满排列紧密;促进水稻幼苗生长,增强其抗镉胁迫能力,硅-铁氢氧化物处理缓解效果优于铁氢氧化物。2.硅-铁氢氧化物可显著促进镉的吸附。各处理对镉的吸附量,硅-铁氢氧化物相较于铁氢氧化物,促进镉吸附抑制镉解吸(P<0.05);各处理镉吸附量与pH正相关;非线性等温吸附方程Langmuir和Freundlich均能较好拟合镉的吸附,Freundlich的拟合效果均好于Langmuir,铁氢氧化物的镉吸附倾向于表面非均一的单层吸附。3.基于CD-MUSIC模型拟合,表明镉在硅-铁氢氧化物表面形成铁氢氧化物-硅-镉的三元表面络合物为硅对缓解酸性水稻土镉毒性的土壤化学机制。硅-铁氢氧化物表面活性羟基位数多于铁氢氧化物;硅-铁氢氧化物相较于铁氢氧化物的电荷零点左移,表面负电荷数增加。硅主要以双齿双核和单齿单核络合物形态吸附于铁氢氧化物表面,镉在铁氢氧化物表面的主要分布为双齿双核吸附形态,镉在硅铁氢氧化物表面可能形成铁氢氧化物-硅-镉三元表面络合物。综上所述,硅-铁氢氧化物可有效缓解水稻镉胁迫,降低水稻镉含量,缓解膜脂过氧化和木质化作用,增强根组织分化,增强抗镉胁迫能力;镉主要以静电吸附和配位吸附方式,在硅-铁氢氧化物表面生成铁氢氧化物-硅-镉三元表面络合物,而不被水稻所吸收。