薄膜擴散梯度（DGT）應用案例：土壤中重金屬的污染與遷移性

本次分享一篇由中科院山地災害與環境研究所邴海健團隊在《ENVIRON GEOCHEM HLTH》上發表的一篇學術論文“Pollution and mobility of heavy metals in the soils of a typical agricultural zone in eastern China"。

農業土壤中重金屬（HMs）的污染對國家食品安全構成了嚴重威脅，HMs的遷移性和環境行為與作物安全密切相關。在此，我們評估了中國東部一個主要糧食生產區三種不同土地利用類型土壤中十種HMs的污染水平和遷移性，并探討了它們的環境行為。土壤中HMs的濃度在農田中高于林地和荒地，與其他金屬相比，鎘（Cd）顯示出相對較高的污染和生態風險水平。鎘主要由可還原（41%）和可交換（23%）的形態控制，其余HMs主要存在于殘余形態（>60%）。可交換態和DGT（薄膜擴散梯度）-活性鎘之間存在顯著相關性，表明土壤中鎘的遷移性相對較高。土壤pH值、有機質和礦物元素與大多數HMs的可交換和可還原形態（例如，鎘、鈷、錳、鎳、鉛和釩；p<0.05）有顯著相關性。然而，對于DGT活性部分并非如此，這表明土壤中重金屬遷移性與潛在生物有效性控制機制存在顯著差異。本研究的結果表明，在有效評估農業土壤的安全性時，需要同時考慮HMs的化學提取形態和生物可利用形態。

總體發現顯示，農田土壤中的重金屬（HMs）濃度相對于林地和荒地更高，而土壤中HMs的污染和生態風險水平較低，除了鎘（Cd）具有適度的污染和風險水平。土地利用并未改變土壤中HMs的化學提取形態，但它影響了DGT活性HMs。鎘的可交換和可還原形態分別占其總量的23%和41%，表明土壤中鎘的遷移性相對較高。其他HMs主要由殘余形態（>60%）控制。農業區人為排放對土壤中HMs的污染、生態風險和環境行為的影響有限。土壤pH值、有機質（SOM）和礦物組成直接影響土壤中HMs的遷移性，盡管它們對化學提取與DGT活性形態有不同的影響。結果強調了在農業區域評估土壤HMs遷移性時，使用化學和與動態過程相關的方法的重要性，未來的工作需要關注土地利用變化對土壤中HMs生物可利用性的影響。

智感環境的DGT技術在這篇文章中用于評估土壤中重金屬的潛在生物有效性，提供重金屬在土壤中動態遷移的信息，從而更準確地評估重金屬的生態風險。它通過測量土壤中重金屬的活性分數，補充了傳統化學提取方法的結果，揭示了不同土地利用類型下重金屬遷移性的差異，強調了結合化學提取方法和DGT技術評估土壤重金屬遷移性的重要性。