蒙脱石基改良剂对土壤-小白菜（Brassica chinensis L.）系统中汞（Hg(II)）污染的固定效果及修复机制

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Immobilization effects and remediation mechanisms of montmorillonite-based amendments for Hg(II) contamination in soil-pakchoi ( Brassica chinensis L.) system

蔬菜中汞污染的土壤修复技术研究及机制分析。通过施用蒙脱石基（ISH-Mt、GSH-Mt、BSH-Mt）改良剂，显著降低土壤-菠菜系统汞有效性（HCl和Na2S2O3提取态汞减少58.4%-66.3%和80.3%-98.7%），使菠菜茎叶汞含量（4.07-5.06 μg/kg）低于国家标准（10 μg/kg）。同时促进菠菜生长（生物量增加37.3%-63.7%）和土壤酶活性（提高15.4%-62.6%），揭示改良剂通过硫基与汞离子螯合（FC1→FC2/FC4转化率>93%）抑制汞迁移，降低植物吸收并改善土壤质量的协同机制。

　　汞（Hg）污染已成为全球范围内的一个重大环境与健康问题，其神经毒性和不可逆的健康影响对生态系统和人类健康构成了严重威胁。特别是在农业土壤中，汞污染不仅影响土壤质量，还通过食物链进入人体，导致汞摄入风险。本文研究了蒙脱石（Mt）及其改性材料（ISH-Mt、GSH-Mt和BSH-Mt）对种植在严重汞污染土壤中的芥蓝（pakchoi）进行修复的效果与机制。这些改性材料在土壤中施用后，显著降低了芥蓝地上部分和地下部分的汞浓度，从而有效缓解了汞污染带来的健康风险，同时提升了植物生长和土壤质量。

在当前的汞污染治理中，多种技术被用于减轻土壤-蔬菜系统中的重金属污染，例如农艺调控、低积累品种种植、叶面喷洒和钝化处理等。然而，这些方法在处理中度汞污染或高成本的品种改良方面效果有限。因此，寻找一种高效、低成本且环境友好的修复方法显得尤为重要。蒙脱石作为一种具有独特层状结构和优良物理化学性质的黏土矿物，如纳米级颗粒尺寸、大比表面积、高阳离子交换容量等，被广泛应用于环境修复领域。本文进一步开发了三种带有硫醇基团（-SH）的蒙脱石改性材料，以探索其在土壤-芥蓝系统中对汞污染的修复效果。

实验中，研究人员从贵州铜仁市万山汞矿区附近的农田采集了汞污染土壤，并在温室中进行了盆栽实验。实验设计包括对照组（CK）和三种改性蒙脱石处理组（Mt、ISH-Mt、GSH-Mt和BSH-Mt），每种处理均采用1%的添加量（质量比）。实验结果显示，与对照组相比，蒙脱石及其改性材料显著降低了芥蓝地上部分和地下部分的汞浓度，其中地上部分汞浓度降低幅度达到68.00%-74.23%，地下部分降低幅度为57.3%-62.8%。更值得注意的是，这些处理使得芥蓝可食用部分的汞浓度低于中国新鲜蔬菜中汞的限量标准（10 μg/kg）。此外，土壤中可提取的汞含量也显著减少，其中通过HCl提取的汞含量降低了58.40%-66.34%，而通过Na?S?O?提取的汞含量降低了80.31%-98.66%。这种汞的转化机制主要是将土壤中易迁移的汞物种转化为稳定且不可用的形态，从而有效抑制汞从土壤向植物的迁移。

土壤修复效果的提升不仅体现在汞浓度的降低上，还体现在土壤质量的改善上。实验发现，施用蒙脱石及其改性材料后，土壤pH值显著上升，土壤中脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和芳基硫酸酯酶的活性也得到了明显增强。这些土壤酶的活性提升表明，汞污染的缓解不仅有助于植物的生长，也对土壤微生物活性和土壤健康具有积极作用。同时，植物的生物量和叶绿素含量均有所增加，说明汞污染的缓解有效减轻了植物的胁迫，促进了其生长和光合作用。

在汞的形态分析方面，研究人员对土壤中的汞进行了顺序提取，发现施用蒙脱石及其改性材料后，土壤中易溶的汞（Fc1）含量显著减少，而与腐殖质和硫化物结合的汞（Fc2和Fc4）含量增加。这种汞形态的转变是汞污染修复的重要机制，表明硫醇基团在汞的固定过程中发挥了关键作用。此外，通过相关性分析进一步验证了土壤中可提取汞与植物汞积累之间的关系，以及汞形态与植物生长指标之间的关联。

综上所述，蒙脱石及其改性材料在土壤-芥蓝系统中表现出显著的汞污染修复效果。它们不仅有效降低了汞在植物中的积累，还改善了土壤质量，提升了植物的生长和光合作用能力。这种修复方法为解决严重汞污染土壤中的蔬菜汞污染问题提供了一种可持续的解决方案，具有广泛的应用前景。未来的研究需要进一步探讨这些材料在实际田间应用中的效果及其长期的修复效果，以确保其在实际环境治理中的可行性和有效性。