珠江上游矿山生态脆弱区农田土壤金属离子梯度分布及其界面解吸附机理

针对珠江流域上游重金属污染问题，选择北江大宝山酸性含硫多金属矿山污染区为典型生态脆弱区，实时动态监测不同断面和土地利用下农田土壤重金属形态的梯度变化，分析典型田块污染物输入输出过程和土壤剖面垂直分布，利用连续分步化学浸提和光谱技术探明重金属在铁锰氧化物、有机质和粘土矿物等土壤颗粒分子结构中的形态分布，从而明确酸性和氧化还原交替作用下的土壤金属形态的多维空间梯度分布规律。建立双膜联动系统，重点研究水稻根际土壤溶液动态平衡条件下的重金属离子形态和活度、纳摩尔浓度下的自由态离子在复合体系影响下的动力学行为。进一步构建基于过程机理的"多表面量化模型"，以模拟预测金属形态在天然有机质胶体、铝硅酸盐矿物、铁锰金属氧化物等吸附表面向自由态离子动态转化的过程和贡献率，从分子结构和纳米微观尺度解析农田土壤金属离子的宏观空间梯度变化规律和机制，为珠江流域上游生态脆弱区土壤环境质量评估和可持续利用提供理论依据。

食品安全和其对人体健康风险是全球关注的焦点，水稻作为我国最重要的粮食作物，稻米的品质与人体健康密切相关。而土壤污染及其对生态的破坏是对农产品安全最重要的影响因素。近年来，由于重金属污染事故频发，重金属在土壤-水稻系统中的分布成为国内外环境科学与食品安全研究的热点之一。重金属在水稻各器官中的分布特征及累积规律的研究对于保护土壤环境质量和保障食品安全有重要意义。针对珠江流域上游重金属污染问题，选择北江大宝山酸性含硫多金属矿山污染区为典型生态脆弱区，实时动态监测不同断面和土地利用下农田土壤重金属形态的梯度变化，分析典型田块污染物输入输出过程和土壤剖面垂直分布，利用连续分步化学浸提和光谱技术探明重金属在铁锰氧化物、有机质和粘土矿物等土壤颗粒分子结构中的形态分布，从而明确酸性和氧化还原交替作用下的土壤金属形态的多维空间梯度分布规律。研究内容主要针对粤北四个典型的重金属污染区农田水稻根际土重金属的空间分布和形态进行分析，对各区域水稻根、茎、叶、籽粒中重金属含量进行测试，评价粤北典型重金属污染区的污染程度，探讨水稻根际土重金属形态与水稻各器官中的重金属之间的相关性，以pH值、有机质含量、微生物代谢和多样性指标指示土壤生态健康，讨论土壤生态健康对水稻重金属累积的影响。研究建立双膜联动系统，重点研究水稻根际土壤溶液动态平衡条件下的重金属离子形态和活度、纳摩尔浓度下的自由态离子在复合体系影响下的动力学行为。进一步构建基于过程机理的“多表面量化模型”，以模拟预测金属形态在天然有机质胶体、铝硅酸盐矿物、铁锰金属氧化物等吸附表面向自由态离子动态转化的过程和贡献率，从分子结构和纳米微观尺度解析农田土壤金属离子的宏观空间梯度变化规律和机制，为珠江流域上游生态脆弱区土壤环境质量评估和可持续利用提供理论依据。