硒（Se）对人类和许多其他生物来说是一种双刃剑般的微量营养素（Rayman, 2012）。膳食中硒摄入不足（例如，成人每天<30 μg至900 μg）会导致硒中毒（Rayman, 2012; Winkel et al., 2015）。膳食硒摄入量在很大程度上取决于地球关键带中硒的含量和形态及其对农作物的生物可利用性（Ullah et al., 2019）。因此，关键带中硒的反应性和迁移性对人类的硒状态至关重要。
硒在关键带的地下环境中以无机和有机两种形式存在（Pi et al., 2023; Sharma et al., 2015）。氧化的无机硒阴离子硒酸盐（Se(VI)）和亚硒酸盐（Se(IV)）比还原态的元素硒（Se0）和硒化物（Se(-II)）更具溶解性和迁移性（Fernández-Martínez and Charlet, 2009）。因此，特别是在碱性条件下，Se(VI)和Se(IV)不仅生物可利用性更高，而且过量时对人类和生态系统更有害（Lemly, 2004; Luoma and Presser, 2009; Natasha et al., 2018）。此外，含硒的氨基酸，包括硒半胱氨酸（SeCys）和硒代蛋氨酸（SeMet），在非饱和带和天然水中含量显著，因为它们对维持植物功能和生长至关重要（Luo et al., 2019; Qin et al., 2012; Winkel et al., 2015）。这两种有机硒物种可以通过在半胱氨酸和蛋氨酸分子中用硒替代硫（S）或通过还原态无机硒的有机化产生（Dhillon et al., 2010; Li et al., 2017; Natasha et al., 2018）。化学形态的变化导致吸附性质的高度多样性，进而影响硒的迁移性和生物可利用性（Chan et al., 2009; Fernández-Martínez and Charlet, 2009; Han et al., 2011, 2012; Rovira et al., 2008）。因此，理解限制关键带中各种硒物种吸附行为的进程和因素对于维持人体饮食中适当的硒水平至关重要。
铁氧化物矿物对硒的吸附代表了硒的一个重要储存库，它与水相（例如孔隙水）处于动态交换状态，因此对于预测土壤和水体中硒的迁移和固定至关重要（表S1）（Balistrieri and Chao, 1990; Jordan et al., 2013; Martinez et al., 2006; Nakamaru and Altansuvd, 2014; Peak and Sparks, 2002; Rovira et al., 2008; Yue et al., 2020）。这些由铁氧化物介导的吸附过程也与基于吸附的硒污染水处理相关，其中含铁材料被广泛用于固定可溶性硒物种（Bonhoure et al., 2006; Wang et al., 2025; Olegario et al., 2010）。在各种铁氧化物矿物中，非晶态的赤铁矿和晶态的针铁矿由于在土壤和沉积物中的广泛存在以及对各种硒物种的高亲和力而起着主要作用（Balistrieri and Chao, 1990; Das et al., 2013; Pi et al., 2023; Rovira et al., 2008）。铁介导的吸附可能受到多种因素的影响，包括环境pH值、离子强度、铁氧化物矿物的形态、硒的形态以及竞争成分（Balistrieri and Chao, 1987; Constantino et al., 2017; Favorito et al., 2018; Fukushi and Sverjensky, 2007; Sharma et al., 2015）。在酸性/中性条件下，与赤铁矿相比，由于表面积较小和形态更规则，晶态针铁矿对Se(VI)的吸附能力较低（Fukushi and Sverjensky, 2007; Peak and Sparks, 2002）。在相同的pH值和离子强度下，Se(IV)在赤铁矿和针铁矿上的吸附强度通常高于Se(VI)（Favorito et al., 2018; Rovira et al., 2008）。这种差异通常归因于Se(IV)与铁氧化物矿物之间更强烈、更特定的表面相互作用，而Se(VI)的吸附可能对表面电荷和静电力的敏感性更强，这取决于反应条件，如表面负载（Fukushi and Sverjensky, 2007; Manceau and Charlet, 1994; Peak and Sparks, 2002; Su and Suarez, 2000; Wijnja and Schulthess, 2000）。尽管如此，随着pH值的升高，Se(IV)和Se(VI)对铁氧化物矿物的吸附亲和力都会降低，在强碱性条件下最终变得高度迁移（Balistrieri and Chao, 1990; Kersten and Vlasova, 2013）。
与其他环境因素相比，尽管温度在限制铁氧化物矿物介导的吸附反应的动力学和热力学方面起着重要作用（Balistrieri and Chao, 1987; Banerjee et al., 2008; Dabizha and Kersten, 2020; Estes and Powell, 2020; Yang et al., 2017），但在研究硒物种的吸附行为时却很少考虑。天然水体和土壤系统的温度可能从零下到几十摄氏度不等，并且每天和季节性地波动（Hu and Feng, 2003; van Vliet et al., 2013）。在地球寒冷区域关键带中，随着快速且剧烈的温度波动和频繁的冻融循环，温度效应成为一个特别突出的问题（Pi et al., 2021; Wagner-Riddle et al., 2017; Wang et al., 2017）。显著的温度变化可能会改变铁氧化物的表面性质以及硒形态的热力学，最终影响其对多种硒物种的吸附能力（Dabizha and Kersten, 2020; Kersten and Vlasova, 2013; S?derlund et al., 2016）。现有数据表明，温度会改变许多微量元素的吸附行为，包括那些与硒具有相似化学性质和地球化学行为的元素（例如硫和砷）在各种铁氧化物矿物上的吸附行为（Banerjee et al., 2008; Juang and Wu, 2002; Kersten and Vlasova, 2009）。例如，随着溶液温度从20°C升至40°C，砷酸盐和亚砷酸盐在颗粒状氢氧化铁上的吸附速率增加，这与吸附反应的吸热性质一致（Banerjee et al., 2008）。研究发现，在20°C至75°C的温度范围内，Se(VI)在针铁矿上的吸附强度减弱，表明Se(VI)的吸附是放热的（Kersten and Vlasova, 2013）。总体而言，温度效应可能因吸附机制的不同而异。然而，关于温度对铁氧化物矿物吸附Se(IV)和有机硒物种的影响的研究仍然有限。这方面的有限信息限制了我们预测受显著季节性甚至日变化环境影响下的自然生态系统中硒的迁移和固定动态以及生物可利用性的能力，特别是在最容易受到气候变化影响的寒冷地区农业生态系统中。
鉴于上述知识空白，本研究旨在阐明温度对四种代表性硒物种（Se(IV)、Se(VI)、SeCys和SeMet）在赤铁矿和针铁矿上吸附的影响，这两种铁氧化物矿物是关键带土壤和水环境中最常见的。通过在广泛的水温（5-40°C）和pH值（5-9）范围内进行吸附等温线研究，并结合吸附动力学和热力学建模，我们得出了定量描述硒物种在铁氧化物矿物上吸附机制的动力学和热力学参数。我们的结果为理解变化温度对自然陆地环境中无机和有机硒物种迁移性的影响提供了新的见解，对于解码世界农业生态系统中的硒生物可利用性具有特别的意义。
