改良剂修复铬污染土壤的机制研究及其应用评估

Chromium is one of the eight most popular inorganic pollution of soil in China, and its bioavailability is determined by the chemical forms. Amendments, which are able to change the chemical form of chromium and decrease its bioavailability, have received considerable attention in recent years. Therefore, the soil chemistry experiments, conventional tests, synchrotron radiation technologies and theoretical calculations will be combined in this study to identify the formation of layered double hydroxide, the immobilization of chromium in solution as well as in soil in the present of amendments: the chemical forms and immobilization effects will be examined using synchrotron radiation technologies, including x-ray absorption spectroscopy and x-ray fluorescence spectroscopy, to elucidate the reaction mechanism; the remediation results and the potential toxicity will be evaluated by pot experiments and high-throughput sequencing. In total, this study will set up a theory model of interaction among soil, chromium and amendments in two views between macro and micro, and provide a new pathway for the remediation of chromium pollution by amendments in different soils.

铬是我国分布最广泛的八种土壤无机污染物之一，其化学形态决定了生物有效性。改良剂可以改变铬的化学形态、降低生物有效性，从而修复铬污染，近年来受到了越来越多的关注。基于此，本项目拟将土壤化学实验、常规技术手段表征、同步辐射实验技术、物理学理论计算等相结合，研究实验室条件下含铬LDH的形成、溶液体系下改良剂对Cr(III)的吸附固定以及不同土壤体系中改良剂对Cr(III)和Cr(VI)的转化和固定：通过X射线吸收谱、X射线荧光光谱等技术手段，系统的研究不同改良剂作用下土壤中铬的化学形态的改变、作用机理及其固化效果；通过小麦土培盆栽实验和土壤高通量测序评估不同改良剂的修复效果以及修复后对土壤的潜在生物毒性。从宏观（吸附动力学、植株生长等）和微观（组分构成、配位结构等）两个层面揭示改良剂作用的真实图像，建立土壤-铬-改良剂三者相互作用的理论模型，为因地制宜的改良剂使用策略提供了理论依据。

按照项目研究计划，我们开展了本基金项目的研究内容，目前已经按照计划完成了基金项目的预期指标。在本基金的资助下，我们共发表SCI论文10篇，申请国家发明专利4项，其中1项已经获得授权，超额完成了本基金的预期成果产出。取得的主要研究成果如下：利用土壤化学实验、常规技术手段表征、同步辐射实验技术、物理学理论计算等技术，研究实验室条件下含铬LDH的形成、溶液体系下改良剂对Cr(III)的吸附固定以及实际污染土壤中改良剂对铬的转化和固定：通过X射线吸收谱、X射线荧光光谱等技术手段，系统的研究不同改良剂作用下土壤中铬的化学形态的改变、作用机理及其固化效果；通过青菜盆栽实验评估不同改良剂的修复效果以及修复后对土壤的潜在生物毒性，证明了温和的碳酸镁和硅酸镁在稳定Cr(III)形成MgCr-LDH方面具有最好的效果，其生物有效性降低了90%以上，具有成为Cr(III)稳定化处理改良剂的潜力。本项目从宏观（吸附动力学、植株生长等）和微观（组分构成、配位结构等）两个层面揭示改良剂作用的真实图像，建立土壤-铬-改良剂三者相互作用的理论模型，为因地制宜的改良剂使用策略提供了理论依据。进一步的，我们还将此基于LDH稳定化重金属的技术扩展到了其它环境污染常见重金属上，包括锌，镍，钴等，摸索出了一条包括改良剂调配、施加与管理等土壤重金属修复技术，并在电镀厂等实际污染土壤中进行了小试验证。另外，我们还创新性的探索出了单原子化稳定生物质中重金属的方法，具有更好的稳定性和更高的应用前景。