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为解决水稻土镉污染威胁土壤健康和食品安全问题，研究人员开展绿色合成羟基磷灰石（GHAP）修复镉污染研究。结果显示，GHAP 能显著降低生物可利用镉含量，提升土壤肥力。这为修复镉污染土壤提供了新方向。
在当今的生态环境中，土壤污染问题愈发严峻，尤其是镉（Cd）污染，已成为全球性的重大挑战。镉污染主要源于废水灌溉、过度使用化肥以及采矿、冶炼等活动。在中国，约 2000 万公顷的农田受到重金属污染，其中镉污染占比达 7%。这一污染情况严重威胁着农作物的安全，特别是水稻。作为超过 65% 中国人的主食，水稻极易吸收土壤中的镉，进而导致镉在人体中积累，对人体的多个器官和系统造成严重损害，如肾脏、骨骼等，严重危害人类健康。
传统的土壤修复方法，如物理方法（土壤置换、固化 / 稳定化）、化学方法（化学淋洗、氧化 / 还原）和生物方法（植物修复、微生物修复），都存在各自的局限性。物理方法成本高昂，化学方法可能造成生态破坏，生物方法则需要较长的修复周期。在众多修复策略中，化学固定法因其操作简便、成本效益高和效率出众，成为备受关注的解决方案。其中，羟基磷灰石（HAP）由于其独特的性质，在重金属修复领域展现出一定的潜力，但它在镉固定方面仍面临一些难题，例如与镉的结合亲和力较弱，且纳米颗粒容易因高表面能而发生聚集，影响修复效果。
为了攻克这些难题，来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究，旨在评估绿色合成羟基磷灰石（GHAP）在水稻土 - 水稻系统中对镉的钝化效率。研究成果发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展此项研究。在材料准备方面，从湖南岳阳受污染的农田采集土壤样本，并获取了多种化学试剂和不同类型的羟基磷灰石。实验方法主要包括吸附实验和盆栽实验。吸附实验通过批量实验，在不同条件下研究镉在添加了羟基磷灰石的土壤上的吸附性能；盆栽实验则在温室中模拟真实的水稻种植环境，设置不同的处理组进行研究。同时，研究人员运用多种分析方法，对土壤和植物样本进行处理和检测，以测定相关指标。
下面详细介绍研究结果：
- Cd 在 HAPs 处理土壤上的吸附：研究发现，不同形式的 HAP（CHAP、CK、RiHAP 和 RaHAP）均能显著提升水稻土对 Cd2+的固定能力，且这种能力会随着 HAP 施用量的增加而增强。通过多种吸附模型拟合发现，土壤对 Cd2+的吸附存在多种机制，其中单分子层吸附起主要作用，且离子交换是主要的吸附方式。此外，实验表明，GHAP 对促进土壤吸附 Cd2+的效果最为显著，且吸附过程主要受化学吸附驱动。
- 改良剂对土壤理化性质的影响：在整个水稻生长周期中，HAP 改良剂对土壤的 pH、电导率（EC）、阳离子交换容量（CEC）、有机质含量（OM）、可溶性磷（SP）和有效磷（AP）等理化性质产生了影响。土壤 pH 呈现先上升后下降的趋势，EC 受 HAP 和肥料影响先升高后变化，CEC 在水稻成熟时有所增加，OM 含量相对稳定，AP 和 SP 在不同阶段有不同变化。总体而言，GHAP 对土壤理化性质的影响较为温和，更适用于土壤修复。
- 改良剂对 Cd 有效性和 Cd 形态的影响：经过 HAP 处理后，土壤中有效态 Cd 显著减少，这主要是由于 HAP 提高了土壤 pH，促进了 Cd 的沉淀，同时水稻根系对 Cd 的吸收和转运也起到了一定作用。从 Cd 形态分布来看，HAP 的添加降低了酸溶性 Cd 的浓度，增加了可还原态和残留态 Cd 的浓度，这表明 HAP 能将 Cd 转化为生物有效性较低的形态，从而降低其生物可利用性。
- 改良剂对 Fe - Mn 斑块形成的影响：低添加率的改良剂能够促进水稻根表面 Fe 斑块的形成，但随着添加率的增加，Fe 斑块的形成受到抑制。同时，随着改良剂添加率的上升，Fe - Mn 斑块中吸附的 Cd 量显著减少，这说明高剂量的 HAP 会削弱根表面 Fe 斑块对 Cd 的保留能力。
- 改良剂对水稻植株中 Cd 吸收和转运的影响：HAP 的应用显著降低了水稻植株各组织中 Cd 的积累，其积累顺序为根 > 茎 > 壳 > 叶。同时，HAP 处理还降低了 Cd 从根到其他部位的转运因子（TF），这表明 HAP 能有效抑制 Cd 在水稻植株内的转运，进而减少水稻中的 Cd 含量，保障食品安全。
- 相关性分析：相关性分析和主成分分析（PCA）表明，HAP 的施用量是调节土壤性质和 Cd 生物有效性的关键因素。HAP 的施用与土壤的 pH、EC、CEC、AP、SP 呈正相关，与酸溶性 Cd、生物可利用 Cd 以及植物组织中的 Cd 含量呈负相关。这进一步说明了 HAP 通过改变土壤理化性质，影响 Cd 的迁移和生物有效性。
研究结论表明，GHAP 在降低土壤中 Cd 的生物可利用性方面表现卓越，能有效减少水稻植株对 Cd 的吸收和积累。同时，GHAP 还能改善土壤健康状况，提升土壤的 pH 和有效磷水平，对降低 Cd 的迁移性和生物可及性起到关键作用。在 1% 的添加率下，GHAP 既能维持土壤的理化完整性，又能最大程度地发挥钝化效果。然而，该研究也存在一定的局限性，未来还需进一步探究 GHAP 长期应用对 Cd 形态、微生物种群和作物产量的影响。
这项研究为开发经济高效、环境友好的土壤改良剂用于修复镉污染土壤提供了重要的实践依据和理论支持，对保障土壤健康和食品安全具有重要意义，为解决土壤镉污染问题开辟了新的路径。
