聚乙烯微塑料对KMnO4改性生物炭在不同土壤中镉吸附钝化的影响机制

针对农田土壤中镉(Cd)与微塑料复合污染加剧的现状，武汉大学研究人员通过三层网格法探究了KMnO4改性生物炭在50种土壤(5种pH×5种Cd浓度×2种微塑料处理)中的Cd吸附钝化行为。研究发现微塑料会阻碍生物炭修复效果，酸性土壤中尤为显著，且微塑料共存会提升生物炭对Cd的吸附量及矿物机制贡献率。该研究为复合污染土壤修复提供了重要理论依据。

　　

随着工业农业快速发展，污水灌溉、化肥施用和矿产冶炼等活动导致农田土壤重金属污染日益严重。其中镉(Cd)因其毒性强、迁移性高成为最具威胁的污染物之一。与此同时，全球每年数十亿吨塑料制品降解产生的微塑料(直径<5mm)已广泛存在于农业土壤，最高含量可达表层土的7%。这两种污染物形成的复合污染体系对传统修复技术提出新挑战——尤其是以工业农业废弃物制成的生物炭(biochar)作为主流钝化剂时，其吸附固定Cd的效果可能受到微塑料干扰。

武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室的研究团队在《Environmental Research》发表论文，创新性地采用三层网格法研究KMnO₄改性生物炭在50种不同土壤(5种pH×5种Cd浓度×2种微塑料处理)中对Cd的吸附钝化机制。通过180天共老化实验结合酸化生物炭定量分析，首次揭示了微塑料如何通过改变矿物/非矿物机制贡献率来影响修复效率。

关键技术包括：1)采集中国南北梯度5种pH值稻田土壤(S1-S5 pH5.18-8.18)构建50种污染组合；2)三层网格法分离土壤-生物炭-微塑料相互作用体系；3)酸化生物char定量区分矿物沉淀与表面络合机制；4)BCR连续提取法分析Cd形态转化。

【Changes in properties of soils and biochars during ageing】
老化过程中生物炭表面变得粗糙多孔，比表面积增加2.1-5.8倍。微塑料共存使酸性土壤(S1 pH5.18)生物炭pH提升幅度增加12.3%，但导致Cd淋失量最高增加88.69%。

【Conclusions】
研究发现：1)微塑料使生物炭处理的稳定态Cd比例降低0.36-2.49%，酸性土壤降幅最大；2)低pH土壤中生物炭Cd吸附量更高，微塑料使其额外增加7.2-15.8%；3)土壤pH每升高1单位，矿物机制贡献率增加8.4%，微塑料使该贡献率再提升3.1-9.7%。

该研究突破性地指出：生物炭修复重金属污染时需统筹考虑土壤pH、污染物浓度及微塑料等共存污染物的复合效应。特别是在酸性土壤中，微塑料通过增强矿物沉淀机制反而可能加剧Cd的生物有效性，这一发现为优化农田复合污染修复策略提供了关键理论支撑。研究首次定量解析"土壤-生物炭-微塑料"三元体系中Cd的迁移转化规律，对发展精准环境修复技术具有重要指导意义。