浙江大学林道辉教授团队在Nature Nanotechnology在线发表了题为“A new strategy using nanoscale zero-valent iron to simultaneously promote remediation and safe crop production in contaminated soil”的论文，该研究阐明了纳米零价铁（nZVI）用于有机物污染土壤边生产边修复的效果与机制，为治理土壤污染及保障农产品安全提供了一种新技术。
有机污染物由于其稳定的化学结构和对土壤颗粒的高亲和力，会残留在土壤中，并随着时间的推移而引起明显的环境退化。据估计，中国19％的农业土壤属于污染土壤，每年约造成1200万吨谷物的浪费。此外，预计到2050年，全球对粮食的需求量将增加至少50％。因此，全球农作物生产压力将不断攀升。
纳米材料具有较高吸附能力和反应活性，可通过吸附、共沉淀及氧化还原等方式快速去除土壤及水环境种多种有机污染物及重金属污染，因而被认为是具有巨大潜力的环境修复技术。研究表明，由于nZVI具有较高的脱氯活性，其在去除污染物特别是有机氯方面具有独特的潜力。从理论上讲，nZVI具有作为纳米肥料及铁元素补充剂的潜力，适当浓度的补给可对植物的生长产生促进作用。鉴于nZVI特殊的脱氯降解能力和其潜在的植物促进作用，其为有机氯污染土壤边生产边修复的实现提供了一种新思路。然而，目前这一领域研究案例非常缺乏，相关机理有待进一步挖掘。
有鉴于此，浙江大学林道辉团队建立了一种新的土壤修复方法，该方法应用nZVI实现了五氯酚（PCP）污染土壤的边生产边修复。
图1.核心策略示意图
水稻为世界人口提供了稳定的粮食资源，2019年全球产量为4.99亿吨。但是，水稻的产量和品质受土壤有机污染威胁。在过去的几十年中，五氯酚（PCP）作为一种典型的有机氯农药被广泛用于稻田土壤中钉螺的去除。据报道，部分土壤和沉积物中PCP浓度高达48 mg/kg，这对水稻生产和人类健康构成了极大的威胁。
研究人员进行了为期140天生命周期的研究，考察了三种粒径分别为20 nm（nZVI20），50 nm（nZVI50）和100 nm（nZVI100） 的nZVI以及微米ZVI（mZVI）和Fe2+（来自FeCl2）对PCP污染土壤边生产边修复的效果及机制。
图2. nZVI对土壤修复和水稻生产的影响
以100 mg/kg PCP污染土壤为例，每公斤土壤中添加100 mg nZVI比不添加nZVI处理可增产47.1–55.0％。同时，谷物中PCP含量降低83.6–86.2％，并使土壤中PCP去除率从49.9%提升至83.9-89.0％。
这一研究也阐明了nZVI在水稻铁膜形成和水稻安全生产中的特定作用，并确定了nZVI和水稻对PCP根际微生物降解的协同作用。
图3. nZVI对PCP微生物降解的影响
总之，这项工作可以使污染土地得到修复的同时，实现农作物的安全生产，推进了纳米材料在土壤修复中的应用。
论文网页链接：https://www.nature.com/articles/s41565-020-00803-1
参考文献：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.
来源：纳米人公众号
