化学改性咖啡渣生物强化对荷兰黄瓜中重金属积累的影响及健康风险评估

本研究针对咖啡渣(SCGs)再利用中的植物毒性问题，通过NaOH活化和水热碳化制备Fe/Zn生物螯合剂(AH160-Fe/Zn、ASCG-Fe/Zn)，发现其能显著降低黄瓜中Cd(0.120-0.136 μg kg-1)、Hg(0.027 μg kg-1)和As(7.69 μg kg-1)积累，同时实现Zn/Fe生物强化，为农业废弃物资源化利用提供新策略。

　　

在全球每年产生600-800万吨咖啡渣(SCGs)的背景下，这种富含有机质的废弃物直接施用农田会导致植物毒性，而其作为重金属吸附剂的潜力尚未充分开发。西班牙格拉纳达大学的研究团队创新性地将SCGs通过NaOH活化(ASCG)和160°C水热碳化(AH160)处理，再功能化Zn/Fe制成生物螯合剂，系统评估了其对温室栽培荷兰黄瓜中As、Cd、Hg、Pb积累的影响。研究发现这些改性材料不仅能降低重金属生物有效性，还能同步实现作物微量营养素强化，相关成果发表在环境科学领域权威期刊《Chemosphere》上。

研究采用微波辅助酸消解结合ICP-MS/MS技术精准测定重金属含量，通过三阶段采收实验追踪金属动态积累规律，并基于西班牙居民消费数据(5.2 g/天)计算健康风险指数。质量控制采用NIST标准物质验证，回收率达95.8-104.5%。

【As含量调控】
AH160-Zn使黄瓜As含量(8.51±2.34 μg kg^-1)显著低于商业螯合剂对照组(9.57±1.70 μg kg^-1)，这与水热碳化材料对As⁵⁺的吸附特性有关。值得注意的是，As与Zn呈现正相关(r=0.319)，而与Fe呈负相关(r=-0.113)，暗示Fe可能通过竞争抑制As吸收。

【Cd减排效应】
所有生物螯合剂均使Cd含量(0.120-0.136 μg kg^-1)低于对照组(0.156 μg kg^-1)，其中ASCG-Zn效果最佳。这种减排效应源于Zn-Cd拮抗作用以及SCGs表面官能团对Cd²⁺的固定，与磁性SCG生物炭的吸附机制相符。

【Hg/Pb动态规律】
AH160-Fe处理的Hg含量(0.027 μg kg^-1)比对照降低46%，证实Zn-Hg拮抗假说。而Pb在ASCG组出现反常积累(0.542 μg kg^-1)，可能因羧基/磷酸基团优先吸附在黄瓜表皮，该现象在功能化处理后消失。

【采收期影响】
三阶段采收揭示As/Cd随生育期递增，而Hg/Pb递减的规律。例如第三茬As含量(9.24 μg kg^-1)较首茬增加19%，这对污染土壤种植时序安排具有重要指导价值。

健康风险评估显示，每周通过黄瓜摄入的重金属仅占PTWI的0.04%(As)和0.001%(Cd)，EDI值(0.044 μg/天)远低于伊朗(57.8 μg kg^-1)等污染地区数据。该研究不仅证实SCG生物螯合剂可替代EDTA-Zn/EDDHA-Fe商业产品，其"减排-营养强化"双功能特性更为农业废弃物高值化利用提供范例。未来研究需开发颗粒化制剂以解决田间施用难题，并拓展至其他重金属污染作物体系验证普适性。