Tide-Triggered Production of Reactive Oxygen Species in Coastal Soils

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作者
Guoqiang Zhao,Binbin Wu,Xiaoshan Zheng,Baoliang Chen,Andreas Kappler,Chiheng Chu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (16): 11888-11896 被引量:117
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c03142
摘要

We report an unrecognized, tidal source of reactive oxygen species (ROS). Using a newly developed ROS-trapping gel film, we observed hot spots for ROS generation within ∼2.5 mm of coastal surface soil. Kinetic analyses showed rapid production of hydroxyl radicals (OH), superoxide (O2•-), and hydrogen peroxide (H2O2) upon a shift from high tide to low tide. The ROS production exhibited a distinct rhythmic fluctuation. The oscillations of the redox potential and dissolved oxygen concentration followed the same pattern as the OH production, suggesting the alternating oxic-anoxic conditions as the main geochemical drive for ROS production. Nationwide coastal field investigations confirmed the widespread and sustainable production of ROS via tidal processes (22.1-117.4 μmol/m2/day), which was 5- to 36-fold more efficient than those via classical photochemical routes (1.5-7.6 μmol/m2/day). Analyses of soil physicochemical properties demonstrated that soil redox-metastable components such as redox-active iron minerals and organic matter played a key role in storing electrons at high tide and shuttling electrons to infiltrated oxygen at low tide for ROS production. Our work sheds light on a ubiquitous but previously overlooked tidal source of ROS, which may accelerate carbon and metal cycles as well as pollutant degradation in coastal soils.
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