有机肥调控矿区废弃地重金属形态转化与毒性效应的机制研究

针对矿区土壤重金属污染治理难题，研究人员系统评估了猪粪(PIM)、鸡粪(CHM)和牛粪(COM)对As、Cu、Zn、Pb的固定化效果。研究发现PIM对Cu/Zn的固定效果最佳，水溶性Cu是植物生长主要限制因子，10%PIM/CHM处理在降低毒性与促进植物生长间取得最佳平衡，为矿区生态修复提供了科学依据。

　　

矿区废弃地长期面临多重环境挑战：严重营养缺失、高酸度以及铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、砷(As)等重金属的复合污染。这些污染物在降雨冲刷下极易迁移扩散，不仅导致土壤生态功能退化，更通过食物链威胁人类健康。传统物理化学修复方法存在成本高、破坏土壤结构等缺陷，而有机肥辅助的原位修复因其环境友好、成本低廉等优势备受关注。然而，不同类型有机肥对多金属复合污染体系的调控机制存在显著差异，特别是对阴离子型As与阳离子型重金属的协同控制仍缺乏系统研究。

广东省重点研发计划项目支持团队通过对比猪粪(PIM)、鸡粪(CHM)和牛粪(COM)三种常见有机肥的修复效果，揭示了重金属形态转化与毒性效应的内在关联。研究发现所有有机肥均能显著提升土壤pH(0.17-1.36单位)和溶解性有机碳(DOC)，其中PIM对Cu/Zn的固定化效率最高，使水溶性Cu降低达72%。通过植物毒性测试结合偏最小二乘结构方程模型(PLS-SEM)，首次证实水溶性Cu是限制植物生长的关键因子。值得注意的是，10%PIM和CHM处理在促进狗牙根(Cynodon dactylon)生物量增长的同时，使相对毒性指数(RTI)下降40%以上，而As/Pb因主要存在于非活性形态而未表现稳定化效果。

研究团队采用动态淋溶实验模拟降雨条件，结合BCR连续提取法分析重金属形态分布。通过测定氧化还原电位(Eh)和磷酸盐含量等指标，发现DOC与pH的协同作用是控制Cu/Zn迁移的关键。植物培养实验选用对重金属耐受性较强的狗牙根，采用标准植物毒性测试方法评估不同处理组的生理响应。

化学指标分析显示，有机肥处理显著改变了土壤溶液性质。PIM组在35天培养期内使pH提升1.27单位，同时总有机碳(TOC)含量增加3.8倍。重金属形态结果表明，Cu的酸可提取态比例从28%降至9%，而残渣态比例提升至65%。

植物响应方面，5%有机肥处理即能支持植物存活，但10%PIM处理使生物量达到对照组的2.3倍。PLS-SEM模型分析表明，水溶性Cu浓度与植物株高呈显著负相关(r=-0.82)。

讨论部分强调，传统依赖总金属含量的评估方法可能高估实际风险，而RTI能更准确反映毒性动态。研究建议采用5%有机肥配合其他基质改良剂的组合方案，在保证修复效果的同时降低营养流失风险。该成果为矿区土壤修复提供了理论依据和实践指导，相关发现已发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。