国人出品！土壤及沉积物研究的新利器

导  读

基于纳米中空纤维膜的孔隙水精准采样装置，将助力解开土壤黑箱。

文/袁召锋（西交利物浦大学博士生）

当污染重金属释放到环境去的时候，它们可能在水体、土壤和植物等不同介质中迁移。分隔不同介质的环境微界面是控制元素迁移转化的重要区域。土水界面是在稻田、湖泊、河流和海洋等淹水环境中常见的环境微界面。在这个界面上，往往存在着剧烈的氧化还原梯度，从而影响着重金属的行为。土水界面的性质几乎每个毫米都不同，且容易随着外界环境发生快速变化。常规手段难以阐明重金属在界面内部的变化机理，以至于我们经常只能把土壤环境当成一个“黑箱”来对待。

研究手段一直是限制环境微界面相关研究的主要因素。淹水环境微界面的研究方法经历了一个从粗放到精细，从异位破坏性取样到原位分析的过程。早期的土壤剖面研究需要破坏样品结构，操作繁琐的同时，很容易引入干扰。为了尽可能地减少采样过程对样品性质的影响，原位孔隙水采样技术逐渐成为主流。目前常见的原位孔隙水采样技术有：土壤溶液采样器（Rhizon Sampler），平衡式孔隙水采样技术（Peeper）和薄膜扩散平衡 (DET) 和薄膜扩散梯度 (DGT) 技术。但是，已有的采样器均只能一次使用，难以满足原位长期跟踪环境微界面重金属迁移转化的需要。

为解决这个问题，西交利物浦大学健康与环境学院陈正博士团队基于多年的湿地土壤孔隙水研究经验，发明土水界面孔采样器（IPI采样器）。IPI采样器被动采集孔隙水，可以重复使用，采集过程中对土壤环境的干扰极小。模拟孔隙水环境的溶液试验结果表明，在不同的离子强度、pH值和可溶性有机碳浓度下，IPI均能快速准确地测试溶液中的重金属含量。在水稻土淹水条件下，通过陆续向表层水中泵入氮气（创造还原环境）和空气（创造氧化环境），IPI绘制了淹水水稻土壤中镍、砷、镉、锑和铅随表层水氧化还原环境变化的高时（每天）空（毫米级）分辨率图谱。目前，陈正博士团队正在准备商品化这一技术，预计在年内可以正式推出产品。

该研究以

Tracing the dynamic changes of element profiles by novel soil porewater samplers with ultralow disturbance to soil-water interface为题发表于Environmental Science & Technology（DOI: 10.1021/acs.est.8b05390）。

2016级博士研究生袁召锋为该论文第一作者，陈正副教授为通讯作者，该研究得到了国家自然科学基金面上项目（41571305），江苏省自然科学基金（BK20161251）和西交利物浦大学校内基金 RDF-15-01-39项目的支持。

IPI取样器的工作原理和绘制的淹水水稻土中多种重金属的高时空分辨率图谱

阅读完整论文请点击如下链接：

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.est.8b05390

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