硫元素在镉-砷复合污染土壤中的双重功能：增强芥菜修复效率与保障水稻旱涝轮作系统安全生产

针对Cd-As复合污染土壤治理难题，研究人员通过芥菜-水稻轮作体系探究硫元素(S)在旱涝交替条件下的双重作用机制。研究发现，旱季施硫显著提升芥菜对Cd(31.8%-44.1%)和As(17.1%-36.5%)的富集能力，而残留硫在涝季通过促进铁膜形成使糙米Cd、As含量分别降低48.4%和45.8%，实现"修复-生产"协同目标，为重金属污染农田安全利用提供创新策略。

　　

在当今中国南方农田中，镉(Cd)和砷(As)这对"阴阳双煞"正威胁着粮食安全——Cd带正电易在涝季活化，As带负电常在旱季释放，这种相反的电化学行为使得传统修复技术顾此失彼。更棘手的是，当地普遍采用的芥菜-水稻旱涝轮作制度，因氧化还原条件频繁切换，进一步加剧了重金属迁移转化的复杂性。面对这一难题，华中农业大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向了自然界常见的硫元素(S)，通过系统的盆栽实验和微观机制研究，揭示了硫在重金属污染治理中的"双面娇娃"特性，相关成果发表在《Journal of Environmental Sciences》上。

研究采用盆栽实验结合微观模拟技术，以湖北黄石Cd-As复合污染土壤(总Cd 2.3 mg/kg，总As 82.9 mg/kg)为基质，设置对照(CK)、单质硫(S)和硫酸钙(CaSO₄)处理组，通过测定植物生物量、重金属含量、土壤理化性质及铁膜形成等指标，系统解析硫在旱-涝两季的调控机制。

Cd和As在芥菜-水稻体系中的迁移转化
旱季施硫使芥菜地上部Cd、As含量分别提升31.8%-35.5%和17.1%-25.2%，地下部增幅达43.0%-44.1%和33.1%-36.5%，同时通过激活谷胱甘肽(GSH)等抗氧化物质使生物量增加12.6%-14.8%。转入涝季后，残留硫促使水稻根表铁膜厚度增加2.3倍，糙米Cd、As含量分别下降48.4%和45.8%，其中Cd达到食品安全标准。

硫介导的旱涝轮作体系Cd-As吸收行为
微观实验揭示硫的"环境智能响应"特性：旱季通过降低土壤pH(0.5-0.8单位)和促进Fe-Mn氧化物溶解，显著提升Cd/As生物有效性；涝季则通过微生物硫酸盐还原作用形成CdS沉淀和As₂S₃等产物，同时驱动铁膜形成构成物理屏障。X射线吸收近边结构(XANES)分析证实铁膜中砷主要以砷酸铁(FeAsO₄)形态存在。

结论与展望
该研究首次构建了硫介导的"修复-生产"协同技术模型：旱季通过硫活化-芥菜超富集实现"污染修复"，涝季利用残留硫钝化-铁膜阻隔确保"安全生产"。这种"一硫两用"策略不仅解决了Cd-As复合污染治理的电荷矛盾，更创新性地将植物修复与农业生产无缝衔接。Fei Miao等提出的技术路线为南方约2000万亩中轻度污染农田的安全利用提供了可复制方案，其揭示的硫-铁-重金属三元耦合机制也为环境地球化学研究开辟了新视角。值得注意的是，该体系在长期大田应用中的稳定性及硫代谢产物(如硫代砷酸盐)的潜在生态风险仍需进一步评估。