第一作者：Yangzhi Liu
通訊作者：Daohui Lin
通訊單位：浙江大學(xué)
研究亮點(diǎn)：
1. 發(fā)展了一種新型納米零價(jià)鐵策略，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)和農(nóng)作物安全生產(chǎn)。
2. 闡明了納米零價(jià)鐵的土壤修復(fù)和農(nóng)作物生長(zhǎng)機(jī)制。
納米醫(yī)藥學(xué)術(shù)QQ群：1033214008
有機(jī)污染物由于其穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和對(duì)土壤顆粒的高親和力，會(huì)殘留在土壤中，并隨著時(shí)間的推移而引起明顯的環(huán)境退化。據(jù)估計(jì)，中國(guó)19％的農(nóng)業(yè)土壤屬于污染土壤，每年造成1200萬(wàn)噸谷物的浪費(fèi)。此外，預(yù)計(jì)到2050年，全球?qū)Z食的需求和維持糧食安全的困難將至少增加50％。因此，種植農(nóng)作物的壓力將不斷攀升。
納米材料由于其高吸附能力和反應(yīng)性以及減少和降解污染物的能力而被認(rèn)為是具有巨大潛力的環(huán)境修復(fù)技術(shù)。大量研究表明，由于其高的脫氯活性，納米級(jí)零價(jià)鐵（nZVI）在去除污染物特別是有機(jī)氯方面具有獨(dú)特的潛力。從理論上講，nZVI還可以作為有前途的肥料，因?yàn)樗哂写龠M(jìn)鐵吸收和植物光合作用的潛力。
新型的多功能納米材料有望同時(shí)實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但其功效和安全性需要進(jìn)行徹底的評(píng)估。在與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的土壤修復(fù)中使用nZVI，并無(wú)太多先例。此外，還必須認(rèn)識(shí)到公眾對(duì)于在用于生產(chǎn)農(nóng)作物的土地上使用納米土壤修復(fù)策略的敏感性， nZVI植物毒性研究和土壤中的研究還有待進(jìn)一步完善。
有鑒于此，浙江大學(xué)Daohui Lin等人建立了一種新的土壤修復(fù)策略，該方法使用納米級(jí)零價(jià)鐵（nZVI）在被五氯苯酚（PCP）污染的稻田中安全生產(chǎn)水稻。
圖1. 核心策略示意圖
大米為世界人口提供了穩(wěn)定的糧食資源，2019年全球產(chǎn)量為4.99億噸。但是，水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量因各種土壤有機(jī)污染物而受損。在過(guò)去的幾十年中，有機(jī)氯農(nóng)藥五氯酚（PCP）被廣泛用于去除稻田土壤中的釘螺。據(jù)報(bào)道，土壤和沉積物中的濃度高達(dá)48 mg kg-1，這對(duì)大米生產(chǎn)和人類健康構(gòu)成了極大的風(fēng)險(xiǎn)。
研究人員進(jìn)行了140天生命周期的研究，考察了用nZVI修復(fù)過(guò)的受PCP污染的土壤中生長(zhǎng)的水稻，比較了三種粒徑分別為20 nm（nZVI20），50 nm（nZVI50）和100 nm（nZVI100），微米級(jí)ZVI（mZVI）和Fe2+（來(lái)自FeCl2）的nZVI的影響。
圖2. 鐵對(duì)土壤修復(fù)和大米生產(chǎn)的影響
以每公斤土壤中含100 μmg PCP為例，每公斤土壤中添加100μmg nZVI比不添加nZVI可增加谷物產(chǎn)量47.1–55.0％。同時(shí)，谷物中PCP含量降低83.6–86.2％，并使土壤中PCP去除率從49.9%降低到83.9-89.0％。
這一研究表明了nZVI衍生的根鐵菌斑的形成在水稻安全生產(chǎn)中的特定作用，并且在nZVI促進(jìn)的PCP的根際微生物降解中，確定了nZVI處理和水稻種植的協(xié)同作用。
圖3. 鐵對(duì)PCP和微生物的影響
總之，這項(xiàng)工作可以使污染土地得到修復(fù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的安全生產(chǎn)，為將納米材料應(yīng)用于土壤修復(fù)開(kāi)辟了新的策略。
參考文獻(xiàn)：
Yangzhi Liu et al. A new strategy using nanoscale zero-valent iron to simultaneously promote remediation and safe crop production in contaminated soil. Nature Nanotechnology 2020.
https://www.nature.com/articles/s41565-020-00803-1
