火灾影响土壤中铯的吸收与迁移：火灾改变的有机物质对此的影响

《Journal of Contaminant Hydrology》：Cesium uptake and transport in wildfire-affected soils: Implications of wildfire-altered organic matter

火灾导致土壤有机质（OM）组分改变，研究评估了表层与亚表层土壤中OM对铯吸附及迁移的影响。通过采集韩国Gangneung地区火灾频发地土壤样本，结合批次吸附实验与柱迁移模型分析发现：表层土壤因富含火灾衍生的颗粒有机质（PyOM）及高有机碳（SOC）含量，表现出更强的铯吸附能力（Kd值3-4倍于亚表层土壤），且显著延缓铯迁移（延迟因子达5-11倍）。亚表层土壤因PyOM积累减少及OM溶解性增加，铯吸附效率降低。研究证实PyOM的孔隙结构和表面官能团（如羧基）增强了铯吸附，其化学稳定性有助于在地下水环境中长期固定铯。 OM组分变化与铯吸附动力学显著相关（R2＞0.97），为核污染后火灾区土壤修复提供了理论依据。

　　近年来，气候变化导致了更频繁且规模更大的野火，这种变化显著改变了地下环境中的有机质（OM）矩阵。野火会减少不稳定和可溶性有机质的含量，并生成如炭黑和木炭等燃烧产物。这些由野火引起的有机质性质的变化可能影响污染物的吸附和迁移过程，但相关研究却非常有限。本研究评估了野火影响下土壤中有机质在铯（Cs）吸附和迁移过程中的作用及其贡献。研究团队在韩国江陵市的两个曾经发生大规模野火的森林区域采集了土壤样本，分别代表表层和深层土壤，并通过批量和柱状实验量化了铯的吸附和迁移参数。此外，研究人员从土壤中提取有机质，以评估其在野火影响下的具体作用和贡献。

野火导致土壤有机质矩阵发生显著变化，进而影响了土壤的物理化学性质。例如，野火产生的灰烬会释放阳离子，使土壤pH升高，而有机质的流失和PyOM（燃烧有机质）的输入则可能改变土壤的阳离子交换容量（CEC）。已有研究表明，PyOM可以作为铯的有效吸附剂。因此，本研究通过分析野火影响下的土壤和有机质特性，探讨其在铯迁移中的作用。

土壤样本的采集和处理是本研究的基础。研究人员在2019年从两个不同的地点采集了样本，分别标记为A和B，代表不同的土壤深度。表层土壤（5 cm深度）和深层土壤（>20–40 cm深度）分别用于表征土壤的表层和深层特性。样本经过筛分和干燥处理后，用于测定SOC（土壤有机碳含量）、CEC和有机质的形态学特征。通过酸处理（使用HF和HCl）提取了有机质，并进行了SOC分析以确定其纯度。提取的有机质用于后续的铯吸附实验。

在实验过程中，研究人员使用了批量实验和柱状实验两种方法。批量实验用于评估铯的吸附能力，而柱状实验则用于研究铯在土壤中的迁移过程。通过批量实验，研究人员发现表层土壤比深层土壤具有更高的铯吸附能力，并且在铯迁移过程中表现出显著的滞留效应。这表明，表层土壤中的有机质对铯的吸附和迁移具有重要影响。此外，从表层土壤中提取的有机质显示出比预期更高的铯吸附能力，这可能与有机质的组成变化有关。

柱状实验则用于模拟铯在土壤中的迁移过程。研究人员通过使用带有硅砂的柱子，建立了固定的床层实验系统。实验过程中，铯溶液被注入柱子，并通过收集流出液来分析其迁移特性。实验结果表明，铯的迁移在非平衡条件下更为显著，这可能是由于高流速导致的反应时间不足。研究人员使用了CXTFIT 2.0代码进行一维迁移建模，并通过非线性最小二乘优化方法确定模型参数。实验数据与模型拟合度较高，表明模型能够有效地解释铯在土壤中的迁移行为。

在实验结果中，研究人员发现表层土壤（A-05和B-05）的铯吸附能力显著高于深层土壤（A-20、B-20和B-40）。这可能与表层土壤中丰富的有机质有关。表层土壤中的SOC含量较高，且含有较多的PyOM，这可能增加了其对铯的吸附能力。此外，研究人员还分析了土壤中有机质的类型，发现表层土壤中存在较多的木质素和木炭等燃烧产物，而深层土壤中则较少。这些有机质可能通过其多孔结构和含氧官能团（如-COOH和C-O）增强了对铯的吸附能力。

研究人员还探讨了有机质对铯吸附和迁移过程的影响。通过计算有机质的贡献，他们发现表层土壤中的有机质对铯的吸附过程贡献了7–15%，而深层土壤（如A-20）中有机质的贡献几乎可以忽略不计。这表明，有机质的丰富程度是影响铯吸附能力的关键因素。此外，研究还指出，野火产生的PyOM可能在铯吸附中起到更大的作用，因为它们具有较高的CEC和对铯的吸附亲和力。

本研究的结果对理解野火对土壤中铯迁移的影响具有重要意义。表层土壤中的有机质不仅能够增加铯的吸附能力，还可能通过其物理化学特性显著减少铯的迁移速度。这些发现为开发利用自然过程进行放射性铯污染治理的策略提供了科学依据。未来的研究可以进一步探讨PyOM的具体组成及其在不同环境条件下的吸附行为，以更全面地理解野火对土壤环境的影响。