來源：【科學網(wǎng)】
廣東省科學院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所研究員劉同旭團隊，應用先進的光譜和電鏡表征技術，闡明了厭氧條件下礦物-有機質-重金屬共沉淀體非生物相變過程中，鎘和有機碳同步固存的微觀分子機制。相關研究近日發(fā)表于Geochimica et Cosmochimica Acta。
隨著“污染防治攻堅戰(zhàn)”和“碳達峰與碳中和”戰(zhàn)略的推進，我國土壤面臨重金屬污染治理與土壤固碳減排的雙重需求。因此，如何將土壤重金屬治理與碳固存協(xié)同，是前沿科學問題與重大挑戰(zhàn)。土壤鐵氧化物可通過共沉淀或吸附等方式固定重金屬或保護有機碳，從而降低土壤和沉積物中重金屬和有機碳的移動性。
因此，闡明污染土壤和沉積物中鐵氧化物、鎘和有機質間的耦合反應過程有助于實現(xiàn)重/類金屬和有機質的同步固定。由于鐵礦物非相變過程中，礦物組成的動態(tài)變化常受到亞鐵濃度的影響，該過程會顯著影響鎘和有機碳在礦物-水界面的轉移，進而影響其在固-液相的分布，但目前該機制尚不清楚。
在本項研究項目中，劉同旭團隊采用室內厭氧模擬實驗，以重金屬鎘和代表性有機質富里酸為研究對象，合成了礦物-有機質-鎘復合物，利用亞鐵驅動其轉化，借助球差電鏡和同步輻射光譜等先進的表征手段，量化了礦物轉化程度和速度，解析了其轉化方式，直觀地呈現(xiàn)了相變過程中鎘和富里酸在不同類型次生鐵礦物上的分布，闡明了鎘和有機碳同步固存機制。
研究發(fā)現(xiàn)，亞鐵濃度的升高有利于纖鐵礦和針鐵礦向磁鐵礦轉化。新形成的次生鐵氧化物可通過表面結合、結構取代和物理包埋等方式固定鎘；部分有機質吸附在針鐵礦表面和磁鐵礦聚集體上；此外，生成的纖鐵礦具有缺陷結構，為有機碳的固存提供了空間。與新形成的鐵氧化物結合的有機質富含芳香和羧基官能團，有利于鎘的固定，而鎘的存在促進了納米孔洞或缺陷的形成，從而增強了有機碳的固存。因此，在亞鐵催化礦物相變過程中可以同時實現(xiàn)鎘和有機碳的固存。
該研究結果拓展了對重/類金屬和有機碳在礦物-水-有機質界面同步固存途徑的認識，可為同時固定土壤重金屬和有機碳提供科學依據(jù)。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.gca.2022.08.006
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