FeMg-LDH@膨润土与堆肥协同修复稻田铅污染：生物有效性降低与土壤微生态恢复机制

《Frontiers in Microbiology》：Synergistic remediation of Pb contamination in rice field soil with FeMg-LDH@Bentonite and compost: impacts on Pb bioavailability and soil environment

本文系统评估FeMg-LDH@膨润土（FMLB）与堆肥复合修复剂对铅（Pb）污染稻田的协同修复效应。研究发现3:7配比的FMLB-堆肥组合能最大程度降低Pb生物有效性，并通过调节土壤pH、水溶性有机碳（WSOC）和微生物群落结构，实现Pb形态向稳定态转化。该研究为有机-无机复合修复技术提供了微生物生态学证据，对农田安全利用具有重要实践价值。

　　

1 引言

铅（Pb）污染通过采矿、工业排放等途径进入稻田生态系统，不仅降低土壤质量，还会通过水稻富集威胁食品安全。传统修复技术存在成本高、易产生二次污染等局限。本研究创新性地将无机材料FeMg-LDH@膨润土（FMLB）与有机堆肥复合使用，通过吸附-络合协同机制降低Pb生物有效性，并同步监测土壤微生物群落（16S rRNA测序）和酶活性变化，探讨其生态恢复潜力。

2 材料与方法

实验采用Pb（NO₃)₂污染土壤（总Pb 534.62 mg/kg），设置FMLB与堆肥3:7、1:1、7:3三种配比（添加量3% w/w），以未污染原土（OS）为对照。通过BCR连续提取法分析Pb形态转化，ICP-MS测定植物各部位Pb含量，Illumina MiSeq平台进行细菌V3-V4区测序，并检测脲酶/过氧化氢酶活性。

3 结果

3.1 土壤理化性质变化

FMLB单独使用使土壤pH从7.96升至9.42，而堆肥添加通过有机酸释放中和碱性。3:7配比组pH稳定在8.02，最接近原始土壤。水溶性有机碳（WSOC）在FMLB处理组升高2.23倍，但随堆肥比例增加而下降，可能与微生物代谢活动相关。

3.2 Pb形态转化与植物吸收

BCR提取显示各处理均促进Pb从酸溶态（F1）和可还原态（F2）向氧化态（F3）和残渣态（F4）转化。3:7配比组效果最显著，水稻根系Pb从177.36 mg/kg降至125.92 mg/kg，籽粒Pb降至0.35 mg/kg（但仍高于0.2 mg/kg食品安全限值）。堆肥通过有机质络合与营养供给增强Pb固定效果。

3.3 微生物群落响应

Pb污染导致Chao1和ACE指数下降，微生物多样性受损。3:7配比使^α-多样性最接近OS对照组，NMDS分析显示细菌群落结构明显趋近原土。关键菌群中，Actinobacteria在污染土壤中从18.46%升至21.47%，而FMLB处理进一步促进其增殖（25.87%），可能与耐金属特性相关；Proteobacteria在3:7配比组恢复至20.7%，接近OS水平。

3.4 酶活性关联

脲酶活性在3:7配比组达0.65 mg/g·20min，为对照组的1.45倍，而过氧化氢酶无显著变化。相关性分析表明，脲酶/过氧化氢酶与ACE指数呈正相关，而可溶性Pb（LPI=F1+F2）与微生物多样性负相关，证实Pb稳定化对微生态恢复的驱动作用。

4 结论

FMLB与堆肥3:7配比通过pH调节、有机质络合与微生物互作实现Pb高效固定，并促进土壤功能恢复。该研究为有机-无机复合修复技术提供了微生物生态学证据，对农田安全利用具有重要实践价值。