The importance of iron redox reactions and mineral transformations for the fate of phosphorus in the environment

铁氧化还原反应和矿物转化对于环境中磷的归宿的重要性

基本信息

项目摘要

Phosphorus (P) is an essential but limiting micronutrient for all living organisms and can significantly affect global biogeochemical cycles, ultimately regulating global primary productivity. Environmental P cycle is known to strongly couple with Fe redox cycling, since Fe minerals are abundant in nature, have high surface areas, and have strong P adsorption capacity. Fe(III) oxide-bound P is reported to account for about 9% of P sequestration from water columns of lakes and up to 70.4% in lake sediments and soils. Fe(III) oxides are readily subject to microbial or abiotical reductive dissolution under anoxic conditions, leading to P mobilization or the formation of the Fe(II)-phosphate mineral vivianite. Aqueous and solid Fe(II) species can undergo microbial and abiotic oxidation under both oxic and anoxic conditions in natural environments, resulting in P retention by newly formed Fe(III) oxide minerals. However, an in-depth understanding of how Fe redox cycling affects the transformation of Fe phases and the subsequent fate (mobilization vs retention) of phosphorous is still lacking. The key aim of this proposal is to understand the critical roles of Fe redox reactions and mineral (trans)formations for P cycling in complex environmental settings. Specifically, we will (1) follow the (trans)formation of abiogenic and biogenic Fe(III) oxide minerals during microbial reduction in the presence of P and determine its effect on the fate of P; (2) determine the (trans)formation of vivianite during microbial vs abiotic oxidation and its effect on the fate of P; (3) determine the (trans)formation of Fe(III) phosphate minerals in the co-presence of Fe(III)- and sulphate-reducing bacteria and its effect on the fate of P; (4) determine the (trans)formation of Fe minerals under cyclic redox conditions and its effect on the speciation and fate of P in redox transitions of natural environments. The expected results will deepen our current knowledge on the coupled Fe and P cycles in natural environments and will help to comprehensively understand global P cycling on Earth.
磷(P)是所有生物体必需但限制性的微量营养素,可以显著影响全球生态地球化学循环,最终调节全球初级生产力。环境中的磷循环与铁的氧化还原循环密切相关,因为铁矿物在自然界中含量丰富,具有高的比表面积和强的磷吸附能力。据报道,Fe(III)氧化物结合的磷约占9%的湖泊水体和高达70.4%的湖泊沉积物和土壤中的磷螯合。铁(III)氧化物在缺氧条件下容易受到微生物或非生物还原溶解,导致P动员或形成Fe(II)-磷酸盐矿物蓝铁矿。在自然环境中,水溶液和固体Fe(II)物种在好氧和缺氧条件下都可以进行微生物和非生物氧化,从而导致新形成的Fe(III)氧化物矿物对P的保留。然而,铁氧化还原循环如何影响铁相的转化和随后的命运(动员与保留)的磷仍然缺乏深入的了解。该建议的主要目的是了解铁的氧化还原反应和矿物(transforms)的关键作用,在复杂的环境设置中的P循环。具体而言,我们将(1)在存在P的情况下,在微生物还原过程中追踪非生物和生物Fe(III)氧化物矿物的(反)形成,并确定其对P的归宿的影响;(2)确定在微生物与非生物氧化过程中蓝铁矿的(反)形成及其对P的归宿的影响;(3)确定在Fe(III)-和硫酸盐还原菌共存下Fe(III)磷酸盐矿物的(反)形成及其对P的归趋的影响;(4)确定铁矿物在循环氧化还原条件下的(转化)过程及其对自然环境氧化还原过程中磷的形态和归宿的影响。预期的结果将加深我们目前的知识在自然环境中耦合铁和磷循环,将有助于全面了解全球地球上的磷循环。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr. Andreas Kappler其他文献

Professor Dr. Andreas Kappler的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr. Andreas Kappler', 18)}}的其他基金

Nitrate-reducing Fe(II)-oxidizing microorganisms in a geochemical and mineralogical Mars terrestrial analogue (Rio Tinto, Spain)
地球化学和矿物学火星陆地类似物中的硝酸盐还原 Fe(II) 氧化微生物(力拓,西班牙)
  • 批准号:
    462461224
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Investigating the roles of Fe(II)-silicate and Fe(III)-silicate complexes and nanoparticles in the survival of early cyanobacteria and photoferrotrophic bacteria
研究 Fe(II)-硅酸盐和 Fe(III)-硅酸盐复合物和纳米颗粒在早期蓝藻和光铁营养细菌存活中的作用
  • 批准号:
    404675831
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
The biogeochemical coupling of Cd and Fe cycles in agricultural soils under varying redox and geochemical conditions
不同氧化还原和地球化学条件下农业土壤中镉和铁循环的生物地球化学耦合
  • 批准号:
    408293668
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Sustainable approaches to minimize arsenic in drinking water and rice in Vietnam
越南采用可持续方法最大限度地减少饮用水和大米中的砷含量
  • 批准号:
    400079674
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Chemical signatures of magnetite produced by iron-metabolizing bacteria
铁代谢细菌产生的磁铁矿的化学特征
  • 批准号:
    287174037
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Microbial Fe(II) oxidation and heavy metal co-precipitation in the Rio Tinto region, Spain
西班牙力拓地区的微生物 Fe(II) 氧化和重金属共沉淀
  • 批准号:
    329562988
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Geochemical patterns and microbial contribution to iron plaque formation in the rice plant (Oryza sativa) rhizosphere
地球化学模式和微生物对水稻根际铁斑形成的贡献
  • 批准号:
    271022541
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Microbial oxidation of Fe(II)-natural organic matter complexes
Fe(II)-天然有机物复合物的微生物氧化
  • 批准号:
    277898458
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Mechanism of microbial humic substance electron shuttling to Fe(III) minerals
微生物腐殖质电子穿梭至Fe(III)矿物的机理
  • 批准号:
    278914994
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
From a modern highly mineralized spring to the Paleoproterozoic ocean: geomicrobiology and isotopic biogeochemistry of the Arvadi spring, Switzerland
从现代高度矿化的泉水到古元古代海洋:瑞士阿瓦迪泉水的地球微生物学和同位素生物地球化学
  • 批准号:
    234745564
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants

相似国自然基金

IRON MAN正调控铁信号核心转录因子FIT的分子机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
碳-铁-微生物对滩涂围垦稻田土壤团聚体形成和稳定的调控机制
  • 批准号:
    41977088
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    61.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
铁螯合剂对蛋白酶体抑制剂所致神经元变性的拮抗作用
  • 批准号:
    30670748
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    8.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
含过渡金属聚硅氮烷陶瓷前驱体的合成及其热解研究
  • 批准号:
    50403027
  • 批准年份:
    2004
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Novel Membranes for High-performance Zinc-Iron Redox Flow Batteries
用于高性能锌铁氧化还原液流电池的新型膜
  • 批准号:
    DP240102891
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Discovery Projects
Mechanistic insights of microbial exudates in complexation and redox kinetics of iron and copper in aquatic environments
水生环境中铁和铜络合和氧化还原动力学中微生物渗出物的机理见解
  • 批准号:
    22KF0076
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Collaborative Research: GLOW: Iron Redox Reactions in Magma Oceans and Differentiation of Rocky Planets
合作研究:GLOW:岩浆海洋中的铁氧化还原反应和岩石行星的分异
  • 批准号:
    2317025
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Towards a Quantum-Mechanical Understanding of Redox Chemistry in Proteins
对蛋白质氧化还原化学的量子力学理解
  • 批准号:
    10606459
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Novel redox mechanisms of oxygenated phospholipids in chronic and diabetic kidney disease
慢性和糖尿病肾病中含氧磷脂的新氧化还原机制
  • 批准号:
    10752954
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Multinuclear Dioxygen-Utilizing Copper Enzymes: Diverse Roles for Aromatic Redox Active Amino Acids
多核双氧利用铜酶:芳香族氧化还原活性氨基酸的多种作用
  • 批准号:
    10714992
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Collaborative Research: GLOW: Iron Redox Reactions in Magma Oceans and Differentiation of Rocky Planets
合作研究:GLOW:岩浆海洋中的铁氧化还原反应和岩石行星的分异
  • 批准号:
    2317026
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: GLOW: Iron Redox Reactions in Magma Oceans and Differentiation of Rocky Planets
合作研究:GLOW:岩浆海洋中的铁氧化还原反应和岩石行星的分异
  • 批准号:
    2317024
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Cerebral Vascular Redox Regulation in Stroke
中风中的脑血管氧化还原调节
  • 批准号:
    10745153
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Redox manipulation of iron to improve glioblastoma therapy: A phase 1 trial
铁的氧化还原操作可改善胶质母细胞瘤治疗:1 期试验
  • 批准号:
    10651509
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了