腐殖酸与水铁矿协同抑制高背景值土壤中镉的动态释放：基于DGT-DIFS技术的机制解析

针对喀斯特稻田高地质背景土壤镉(Cd)污染风险，研究人员通过DGT（薄膜扩散梯度）技术和DIFS（土壤诱导通量）模型，探究腐殖酸(HA)与水铁矿(Fh)单用及联用对Cd吸附-解吸动力学的影响。发现HA+Fh组合使CdDGT降低72%，延长平衡响应时间(Tc)，并通过微生物群落调控增强Cd固定。该研究为喀斯特生态区Cd污染治理提供理论支撑。

　　

喀斯特地区因其特殊的地质背景，土壤中镉(Cd)等重金属本底值普遍偏高，这对当地农业生产和生态环境构成潜在威胁。稻田土壤在干湿交替条件下频繁发生氧化还原反应，进一步加剧了Cd的迁移风险。如何在不破坏土壤生态功能的前提下实现Cd的长期稳定化，成为环境科学领域的重大挑战。腐殖酸(HA)和水铁矿(Fh)作为天然有机-无机材料，在重金属污染修复中展现出潜力，但二者协同作用机制及其对微生物群落的影响尚不明确。

针对这一科学问题，国内研究人员在《Pedosphere》发表论文，通过64天厌氧培养实验，结合DGT（薄膜扩散梯度技术）和DIFS（土壤诱导通量模型）等先进方法，系统评估了HA与Fh单用及联用对高背景值土壤中Cd动态行为的调控机制。研究发现HA+Fh组合使DGT有效态Cd(Cd_DGT)降低72%，显著优于单剂处理，并通过改变吸附动力学参数(k₁/k_-1比值提升至110.5)和微生物群落结构，实现了Cd的长期固定。

关键技术方法包括：1）设置对照(CK)、HA(250 mg kg^-1)、Fh(2%)和HA+Fh四组处理；2）采用DGT技术原位监测Cd_DGT；3）DIFS模型解析Cd再补给参数(R, T_c)；4）CaCl₂提取法测定活性Cd；5）高通量测序分析微生物群落。

主要研究结果：

1. Cd有效性降低：HA和Fh处理64天后使Cd_DGT和Cd_soln降低64%-72%，其中HA+Fh效果最显著。
2. 动力学机制解析：DIFS模型显示HA+Fh组的再补给比(R)最低(0.29)，而平衡响应时间(T_c)延长，表明Cd解吸受抑制。
3. 化学过程主导：HA+Fh组吸附速率(k₁)降低但解吸速率(k_-1)变化微小，导致吸附-解吸平衡比(k₁/k_-1)从24.5升至110.5。
4. 微生物群落响应：处理组显著提高变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)丰度，降低酸杆菌门(Acidobacteria)，且Fe(II)是群落变化的关键驱动因子。

结论与意义：该研究首次揭示HA与Fh通过形成三元配合物而非简单加和作用抑制Cd释放，其机制涉及：1）配体竞争减少Fh表面活性位点；2）共沉淀作用增强长期固定；3）微生物群落重构辅助Cd固定。研究成果为喀斯特地区Cd污染修复提供了理论依据和技术选择，DGT-DIFS联用方法为动态风险评估树立了新范式。论文强调在DOC（溶解性有机碳）存在条件下需关注Cd的短期活化效应，这对实际田间管理具有重要指导价值。