土壤中重金属竞争迁移的数值模拟：镉与铅交互作用下的动态行为及环境风险

针对复合重金属污染场地中Cd与Pb竞争迁移机制不明的问题，研究人员通过土柱穿透实验和淋溶实验结合HYDRUS和CXTFIT模型，揭示Pb使Cd突破时间从12 PV缩短至5 PV，孔隙水Cd浓度提升70.2%，并优化模型预测精度（R2 =0.84），为污染场地长期风险评估提供新工具。

　　

土壤重金属污染已成为全球性环境挑战，工业排放、农业活动等导致镉(Cd)、铅(Pb)等重金属在表层土壤富集，但降雨淋溶作用下可能向深层土壤和地下水迁移。尤其当多种重金属共存时，离子间竞争吸附会显著改变迁移行为，而传统模型如HYDRUS常忽略这种相互作用，导致预测偏差。如何量化复合污染中重金属的竞争迁移机制，成为污染场地风险评估的关键难题。

浙江大学的研究团队通过创新性结合土柱穿透实验、淋溶实验与数值模拟，系统解析了Pb-Cd复合污染体系中Cd的迁移规律。研究发现，Pb的共存使Cd在土柱中的突破时间从12个孔隙体积(PV)锐减至5 PV，孔隙水中Cd浓度增幅达70.2%，证实强吸附性金属Pb会通过竞争吸附位点显著促进弱吸附性金属Cd的迁移。通过将竞争吸附等温线和金属形态分析整合至HYDRUS模型，使预测精度提升至R²
=0.84，相关成果发表于《Journal of Hazardous Materials》。

关键技术包括：1）采集浙江台州0-15 cm深度黏壤土进行人工污染制备；2）开展穿透实验（模拟污染液下渗）和淋溶实验（模拟降雨冲刷）；3）利用CXTFIT反演溶质运移参数；4）基于两站点模型(TSM)优化HYDRUS的瞬时平衡位点比例(f)和一级反应速率系数(α)；5）结合Langmuir模型量化竞争吸附效应。

【土壤采集与处理】
研究选取黏壤土（11.9%砂粒/54.8%粉粒/33.3%黏粒）为对象，制备5 mg kg^-1
Cd单一污染与Cd-Pb复合污染土壤，pH值调节至6.5以模拟典型酸性环境。

【吸附等温线】
批实验显示Pb使Cd的Langmuir模型最大吸附量显著降低，证实Pb因原子量大、水化半径小等特性更易占据土壤特异性吸附位点，迫使Cd保留在液相中增强迁移性。

【结论】
竞争效应使Cd吸附过程从动力学控制阶段加速，瞬时平衡位点比例(f)增加导致穿透曲线左移。HYDRUS模型通过整合金属形态与竞争参数，成功预测复合污染场景下重金属运移路径。

【环境启示】
该研究首次量化了Pb对Cd迁移的"助推效应"，揭示复合污染场地中重金属协同迁移可能引发超出预期的地下水风险。优化的HYDRUS模型为污染场地长期演化预测提供了可靠工具，对修订复合污染治理标准具有重要指导价值。作者Xingmei Liu团队强调，未来需在模型中进一步整合多金属竞争-络合耦合机制以提升预测普适性。