101 / 2023-10-20 10:30:25

重金属污染土壤修复过程中铁锰氧化物作用与功能调控

重金属污染,铁锰氧化物,钝化,土壤修复,吸附

农田土壤重金属污染威胁粮食生产安全，而钝化修复降低重金属活性与生物有效性是实现粮食作物（如小麦）安全生产的有效途径，也是污染农田边生产边修复重要发展模式。铁锰氧化物是土壤中广泛存在的高吸附氧化活性矿物，然而其对弱碱性旱地土壤Cd的钝化性能及小麦Cd富集的影响尚不清楚。本工作采用腐殖酸、生物炭和沸石复合物钝化修复河南省新乡市境内弱碱性麦田土壤，实现了小麦安全生产与应用示范，主要作用还是调控土壤铁锰氧化物功能降低了Cd活性，并采用盆栽实验进一步验证了铁锰氧化物对弱碱性旱地土壤Cd的钝化效果和机理。结果表明腐殖酸钾、生物炭和沸石复合修复剂在钝化Cd同时，可调控土壤中铁锰氧化物吸附固定重金属作用，将土壤可交换态Cd转化为铁锰氧化物结合态Cd，进而使高污染（Cd含量4.26 ± mg kg⁻¹）土壤中有效Cd含量下降76.5%−84.8%，实现了小麦的安全生产。单一组分对固定Cd的贡献顺序为腐殖酸钾 > 生物炭 > 沸石。而对重金属污染严重的场地土壤，可通过小分子有机酸还原土壤铁锰氧化物降低其结合重金属含量，淋洗辅助电化学吸附或光化学絮凝技术成功实现了重金属污染场地土壤的修复。柠檬酸能有效提取土壤重金属，降低重金属有效态和铁锰氧化物结合态，对场地土壤重金属污染有好的去除效果；电化学吸附与电化学絮凝是有效的技术去除水体及淋洗液中重金属；有机酸淋洗与直接太阳光照结合的方法可用于重金属污染土壤修复。上述方法具有低能耗和低成本优势。这些结果为重金属污染农田和场地土壤修复提供了新策略。

关键词：重金属污染，铁锰氧化物，钝化，淋洗，土壤修复

致谢：感谢国家自然科学基金 (项目编号：42077133)，国家“万人计划”科技创新人才项目和华中农业大学-中国农业科学院深圳农业基因组研究所合作基金(SZYJY2022035)的资助。