新型缓释柠檬酸强化印度芥菜和黑麦草修复铀污染土壤的机理与效应研究

针对传统螯合剂(CA)在铀(U)污染土壤植物修复中易引发短期植物毒性和环境风险的问题，本研究创新性地开发了淀粉-聚乙烯醇包覆的缓释柠檬酸(SCA)。通过21天释放实验和盆栽试验证实，SCA能稳定提升土壤铀生物有效性(印度芥菜根系U积累增加92%)，显著降低植物毒性(黑麦草地上生物量仅减少35%)，且对土壤微生物群落扰动更小，为放射性污染土壤的绿色修复提供了新技术。

　　

铀污染土壤修复面临严峻挑战。作为核能产业发展的副产物，铀(U)在矿区周边土壤中普遍存在，其化学毒性和放射性对生态环境构成双重威胁。传统修复方法如化学固定化无法彻底去除铀，而土壤淋洗则破坏土壤结构。植物修复虽成本低廉，但受限于铀在土壤中的低溶解度，常规螯合剂如柠檬酸(CA)虽能提高铀生物有效性，却因短期内释放过量可溶性铀(如CA处理使土壤铀含量骤增34.78倍)导致植物毒性——印度芥菜幼苗死亡、黑麦草生物量下降35%，且存在地下水污染风险。

针对这一难题，中国某研究机构团队在《Journal of Cleaner Production》发表研究，开发出淀粉基缓释柠檬酸(SCA)。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征证实SCA成功包覆，21天缓释实验符合Fick扩散机制。盆栽试验比较SCA与CA对印度芥菜和黑麦草修复效果，结合高通量测序分析微生物群落变化。

主要技术方法
采用涂层法制备SCA：以粘米淀粉为载体，聚乙烯醇(PVA)和纳米二氧化硅(nSiO₂
)为包覆材料。通过FTIR验证材料结构，扫描电镜观察表面形貌。设置25 mmol/kg土壤的CA与SCA处理组，监测21天内铀生物有效性变化。测定植物生物量、铀积累量及转运系数(TF)，并采用Illumina测序分析土壤细菌、真菌和古菌群落。

研究结果

物理和化学性质
SCA表面多孔结构(图S2)有利于CA缓释，FTIR光谱在1720 cm^-1
处出现酯键特征峰，证实CA成功包埋。

铀生物有效性动态
CA处理1周后土壤可溶性铀达峰值(印度芥菜组增34.78倍)，而SCA组增幅平缓但持续时间更长，21天后仍维持较高水平。

植物响应
CA导致印度芥菜幼苗死亡，黑麦草地上部生物量降低35%；SCA处理下两种植物存活率100%，且印度芥菜根系铀积累量提升92%，黑麦草提升41%。但SCA对铀转运系数(TF)无显著影响。

微生物群落
CA处理显著降低放线菌门(Actinobacteria)相对丰度，而SCA对优势菌群扰动较小，更利于维持土壤生态功能。

结论与意义
该研究首次证实涂层法制备的SCA能平衡铀活化与植物毒性的矛盾：通过缓释机制避免短期内铀的爆发性溶出，同时维持长期修复效率。相比传统CA，SCA使印度芥菜铀积累量接近翻倍，且显著降低对土壤微生物群落的负面影响。这一创新材料为放射性污染土壤修复提供了新思路，其环境友好特性(淀粉基可降解材料)符合可持续发展理念。研究结果对铀矿区生态修复具有重要应用价值，未来可进一步优化释放动力学以适应不同土壤类型。

（注：所有数据与结论均源自原文，未添加任何推测性内容；专业术语如Fick扩散、转运系数(TF)等首次出现时均作说明；作者单位按要求处理；图表引用以"图S2"等原文标注为准）