我院教师在工矿区土地重金属污染风险管控和安全利用方面取得系列研究进展-中国矿业大学环境与测绘学院

我国大型煤矿产业集聚区和工矿业废弃地由于长期以来的洗选、煤电化生产以及大宗煤基固废堆存，普遍对周边土壤和地下水环境存在长期大范围的重金属污染风险，严重影响区域内土地的安全利用与区域高质量发展。针对此问题，我院黄赳教授团队联合中国科学院南京土壤研究所沈仁芳研究员团队的朱晓芳研究员，从两方面入手开展了研究：1）研发土壤及地下水复合重金属长效渗透吸附材料，源头阻控重金属迁移转化，有效管控环境风险；2）协同提升优化作物（主要为水稻）的重金属抗性和养分吸收利用能力，抑制重金属向作物籽粒的转移，实现风险土地的农业安全利用。

在重金属污染风险管控领域，汞、砷以及常规重金属（铅、镉、铬、铜等）污染物的协同长效稳定吸附一直是重点与难点。团队研发了CuxS 纳米团簇锚定凹凸棒石（ATP@CuxS）材料和铁碳纤维纳米二氧化铈（Fe-C@CeO2）复合材料，分别用于定向去除废水中的汞和砷。Cu2+在ATP基体上的原位插层和硫化构建了纳米簇状的CuxS，为汞吸附提供了丰富的活性位点；团队研发的铁碳纤维纳米二氧化铈复合材料可用于同时吸附去除砷和汞，并且具备优秀的机械强度、很高的纤维比表面积和高效连续的吸附界面，并可以灵活的依附于各种结构材料适用于不同的场景应用。上述两种材料的抗阴离子干扰性强且可适应较广泛的pH范围（3~10）；团队研发的凹凸棒石锚定钴钨水滑石（ATP@ CoW-LDH）吸附功能材料对砷汞的吸附十分有限，但可以提供丰富的M-O、-OH等官能团，并通过表面络合作用、层板以及与游离-OH、CO32-所发生的配位截留作用高效吸附去除铅、镉等常规重金属。上述相关成果以“Orientational mercury removal from aqueous solution using CuxS nanocluster anchored attapulgite”为题发表在生态环境领域国际权威期刊《Chemical Engineering Journal》（JCR一区，中国科学院一区），该期刊在环境工程领域国际排名第三（JCI/JIF：3/81），我院行健博士后戴国夫博士（导师段晨龙教授）为论文的第一作者，黄赳教授为论文的共同第一作者和共同通讯作者，李鹏副教授为论文的通讯作者，中国矿业大学为论文第一完成单位；以“铁碳纤维纳米二氧化铈复合材料吸附砷的性能与机理”为题发表在国内环境领域权威期刊《中国环境科学》，该期刊在国家高质量科技期刊分级目录环境科学领域T1级中文期刊排名第一，我院硕士研究生庄严（导师黄赳教授）为论文的第一作者，李鹏副教授为通讯作者，我校兼职教授、中国科学院南京土壤研究所朱晓芳研究员为论文共同作者，中国矿业大学为论文第一完成单位；以“凹凸棒石基钴钨水滑石吸附铅的性能及机理”为题发表在国内化工领域权威期刊《化工进展》，该期刊入选中国科技期刊卓越行动计划，综合评价总分在化工学科中排名国内期刊第一，我院硕士研究生张炜（导师黄赳教授）为论文的第一作者，李鹏副教授为通讯作者，朱晓芳研究员为论文共同作者，中国矿业大学为论文第一完成单位。

针对重金属污染风险土地的安全利用，调节和提升作物对污染物的抗性一直是研究的重点。东部煤粮复合区主要粮食作物水稻是重金属元素镉的高累积植物，极易受到污染风险影响。团队采用油菜素内酯调节技术，通过增强水稻根部细胞壁的半纤维素，有效“锁定”土壤中的镉，减少其向籽粒的转移。研究不仅展示了油菜素内酯在植物生长调节中的关键作用，也为提高作物对重金属胁迫的耐受性提供了新策略。该研究的相关成果以“Brassinosteroid decreases cadmium accumulation via regulating gibberellic acid accumulation and Cd fixation capacity of root cell wall in rice (Oryza sativa)”为题发表在生态环境领域国际权威期刊《Journal of Hazardous Materials》(JCR一区，中国科学院一区)，该期刊在环境工程领域国际排名第四（JCI/JIF：4/81），我院硕士研究生孙洁雅（导师黄赳教授）为论文的第一作者，博士研究生郭锐（导师黄赳教授）为论文的共同第一作者，朱晓芳研究员为论文共同作者，黄赳教授为通讯作者，中国矿业大学为论文第一完成单位。

针对土壤砷污染物采用传统方法进行迁移阻控的同时，土壤重要营养元素磷的利用严重受阻的问题，团队开展松果体褪黑素对水稻根细胞壁磷再利用率的影响。研究发现，褪黑素可以依赖根水稻部一氧化氮（NO）的积累从而促进根部果胶生物合成和磷的转运，刺激根细胞壁磷的再利用，增强水稻对非生物胁迫（如硼毒性）的耐受性，或者减轻胁迫对植物生长的负面影响，从而提高逆境下的存活率和作物产量。该研究的相关成果以“Melatonin increases root cell wall phosphorus reutilization via an NO dependent pathway in rice (Oryza sativa)”为题发表在医学领域国际权威期刊《Journal of Pineal Research》(JCR一区，中国科学院一区)，该期刊是在动植物生理学领域国际排名第三（JCI/JIF：3/85）的期刊，平均年刊登文章数量不超过60篇，在该期刊发表论文，表明我校在“厚理、拓医”的学科布局发展方面取得了进展。我院硕士研究生高永强（导师黄赳教授）为论文的第一作者，朱晓芳研究员为论文共同通讯作者，黄赳教授为论文通讯作者，中国矿业大学为论文第一完成单位。

以上工作得到了团队承担的国家重点研发计划项目/课题/任务（2023YFC3804200/3，卞正富、黄赳）、（2022YFE0135200，黄赳）、（2022YFF1303305，李鹏），国家自然科学基金重点国际合作项目（42020104004，沈仁芳、朱晓芳）、江苏省自然科学基金杰出青年基金项目（BK20190050，朱晓芳）和江苏省自然科学基金青年基金项目（BK20210519，李鹏）等多个国家级和省部级项目的支持。

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