综述：追踪磷石膏无害化处理现状与关键路径

本文系统探讨冻融循环（FTC）与冻融时长比（FTR）对棕壤吸附铅离子（Pb2+）的影响机制，通过表征技术揭示其通过提升阳离子交换容量（CEC）和有机质（OM）含量增强重金属固定能力，为寒温带土壤污染修复提供理论依据。

　　

Abstract

寒温带永冻区土壤污染对生态系统构成严重威胁。本研究通过调控冻融循环（FTC：0-9次）与冻融时长比（FTR：1:2、1:1、2:1），系统解析棕壤对Pb²⁺的固定机制。结果表明：在FTC₆（6次循环）与FTR_1/1条件下，Pb²⁺吸附量达峰值3.49 mg/g，解吸率最低（2.19%）。X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征显示，冻融作用促进矿物溶解与表面官能团（羟基、羧基）暴露，使阳离子交换容量（CEC）提升8.46%，有机质（OM）含量增加24.23%，进而通过离子交换与表面络合主导Pb²⁺固定。本研究为气候变局下寒温带土壤重金属风险评估与修复技术优化提供了理论基础。

Introduction

土壤重金属污染中，铅（Pb）因其高毒性、难降解性及生物富集性成为典型代表。棕壤作为温带关键土壤类型，覆盖全球12%陆地面积，但其中等CEC、高黏土矿物与OM含量特性易在工农业活动压力下积累重金属。冻融循环（FTC）作为中高纬度常见自然现象，通过冰晶生长重塑土壤孔隙结构，调控矿物风化与OM分解，进而影响重金属形态转化。现有研究多聚焦FTC次数或单周期时长对碳氮循环的影响，而对FTC与FTR耦合作用下棕壤Pb²⁺吸附-解吸动力学机制的认识仍存空白。本研究旨在阐明：（1）FTC与FTR对Pb²⁺吸附-解吸行为的调控规律；（2）冻融胁迫下棕壤理化性质演变；（3）基于动力学与等温吸附模型的多维度界面机制，为寒温带土壤污染治理提供科学依据。

Materials and reagents

实验所用硝酸铅（Pb(NO₃)₂）、硝酸（HNO₃）等试剂均为分析纯，棕壤样品采自沈阳耕地表层（0-20 cm），经风干研磨后过100目筛备用。

Characterization of UFT, FTCs and FTRs

扫描电镜（SEM）显示，冻融后棕壤表面产生裂隙与定向孔隙（图1a-e）。随着FTC次数增加，土壤颗粒由初始致密状态渐变为松散团聚结构，FTR_1/1条件下孔隙结构最发达。XRD图谱证实冻融促进黏土矿物（如蒙脱石）溶解，FTIR检测到羟基（-OH）与羧基（-COOH）振动峰增强，EDS与XPS进一步验证Pb²⁺通过离子交换与表面络合途径固定于土壤颗粒活性位点。

Conclusions

本研究通过调控FTC与FTR制备系列棕壤吸附材料，明确FTC₆与FTR_1/1为最优参数组合。冻融激活通过提升CEC与OM含量，强化Pb²⁺的离子交换与表面络合作用，显著降低其环境迁移性。研究成果为寒温带土壤重金属污染修复技术的参数优化提供了理论支撑。

CRediT authorship contribution statement

魏宇：文稿撰写、实验设计与数据分析；王立新：表征技术支持；穆欣瑞：样品测试；陈曦：资源协调；李海波：课题设计与基金资助。

Declaration of competing interest

作者声明无利益冲突。

Acknowledgment

本研究获国家重点研发计划（2024YFC2909605）、沈阳市黑土专项（24-216-2-07）及中央高校基本科研业务费（N25BSS006）资助。