Humic and Fulvic Acid Fractions Differentially Regulate Methane-Dependent Arsenate Reduction in Paddy Soils

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作者
Yu Zhang,Yu Chen,Fengjie Liu,Yves Plancherel,Andreas Kappler,Lina Zou,Olubukola Oluranti Babalola,Ayansina Segun Ayangbenro,Xianjin Tang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c12983
摘要

Arsenic (As) contamination in paddy soils threatens global food security because microbial reduction of arsenate (As(V)) to mobile arsenite (As(III)) drives As mobilization. Methane (CH4)-dependent As(V) reduction (M-AsR) is a key route coupling CH4 cycling to As release, yet how structurally distinct soil organic matter (SOM) fractions regulate this pathway remains poorly understood. Here we show that an aromatic, quinone-rich humic acid fraction enhances electron transfer and promotes coupling of CH4 oxidation to As(V) reduction, accelerating iron (Fe)-As mineral dissolution and increasing As(III) release by ∼1.5-fold. Accordingly, copy numbers of NC10-targeted pmoA, ANME-2d-targeted mcrA, and arrA increased by 116.6%, 126.5%, and ∼2.4-fold, respectively. In contrast, a carboxyl-rich fulvic fraction promoted acetate accumulation, thereby making CH4-driven metabolism thermodynamically unfavorable. NC10-targeted pmoA and ANME-2d-targeted mcrA signals consequently decreased by 95.3% and 89.6%, respectively, and M-AsR was largely blocked, with the CH4-driven As(III) component increasing by only 47.9%. Crucially, humic acid acts as an electron shuttle linking CH4 oxidation and As(V) reduction, while fulvic acid disrupts this coupling process via acetate accumulation, highlighting the need for molecular-level SOM characterization to predict As risks in flooded soils.
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