盐碱地本身具有重要的生态功能以及农业开发潜力，盐碱地中的镉（Cd）对生态环境和人类健康构成了严重威胁。盐碱地的高盐分和高pH等特点对土壤的重金属Cd修复提出了挑战。鲁东大学化学与材料科学学院徐文龙课题组、资源与环境工程学院吴楠课题组、水利土木学院赵英课题组合作在《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表题为“Synergistic remediation of cadmium pollution in saline-alkali soil by hydrogel and Suaeda salsa”的研究性文章。该团队通过锂皂石（XLG）加入到水凝胶体系中合成具有适应土壤环境并具有优异吸附性的P(AA-co-AM)/XLG水凝胶。并且，该团队首次提出利用水凝胶和耐盐植物共同应用于盐碱土壤的Cd污染修复，该方式不仅有效降低了土壤中Cd的含量，而且增加了土壤养分，丰富了微生物群落，还促进了盐地碱蓬的生长。该研究可能为聚合物化学、土壤污染治理提供新的见解。该工作得到了国家自然科学基金（22472073, 22102067, 41977039），重点国际合作项目（42320104006）和山东省青创团队的资助（2023KJ213）。

【1. 制备和表征】

图 1. A) P (AA - co - AM)/XLG 水凝胶制备示意图；b) P (AA - co - AM)/XLG 水凝胶与盐地碱蓬的盆栽实验；c) P (AA - co - AM)/XLG 水凝胶和盐地碱蓬对土壤影响的示意图。

图 2. a) X 射线衍射（XRD）图谱；b) 锂皂石（XLG）、P (AA - co - AM) 水凝胶以及 P (AA - co - AM)/XLG 水凝胶的傅里叶变换红外光谱（FTIR）和 c) 热重分析（TGA）图；d）P (AA - co - AM) 水凝胶以及 e) P (AA - co - AM)/XLG 水凝胶的扫描电子显微镜（SEM）图像。

【2. 力学性能】

图 3. a) 不同 XLG 含量的 P (AA - co - AM)/XLG 水凝胶的压缩应力 - 应变曲线；b) P (AA - co - AM)/XLG _10% 水凝胶连续 500 次循环无间隔的压缩加载 - 卸载曲线；c) P (AA - co - AM)/XLG _10% 水凝胶在不同应变下的压缩曲线；d) P (AA - co - AM)/XLG _10% 水凝胶的角频率扫描流变图；e) P (AA - co - AM)/XLG _10% 水凝胶的应变扫描流变图；f) P (AA - co - AM)/XLG _10% 水凝胶的交替剪切应变扫描流变图。

【3.吸附性能】

图 4. 不同情况下水凝胶对Cd（II）的去除情况：a) 不同锂皂石（XLG）含量；b) 不同水凝胶用量；c) 不同Cd（II）浓度；d) 不同 pH 值；e) 不同溶液温度；f) P (AA - co - AM)/XLG _10% 水凝胶的再生情况；g) 准一级动力学模型；h) 准二级动力学模型；i) Cd（II）去除的吸附等温线。

【4. 在盐碱土壤中的吸附性能】

  除了研究土壤Cd的协同吸附作用外，还进一步探究了水凝胶和盐地碱蓬对土壤养分的影响。土壤中的氮、磷、钾、电导率、pH以及微量元素是衡量土壤质量的主要指标。单独水凝胶处理组中，水凝胶（图6）增加了全氮（N_t），交换性镁（Mg_e），速效钾（K_a），速效磷（P_a），有机质（SOM）的含量,提高了土壤的营养元素，并且降低土壤pH和电导率（EC），改良了盐碱土。在盐地碱蓬的处理组中，由于盐地碱蓬生长的需要会降低土壤中的营养元素。水凝胶凭借自身特性，显著提升土壤多项肥力指标，优化土壤理化性质，为盐碱土改良提供新的方式。

图 6. 采用不同的 P (AA - co - AM)/XLG 水凝胶和盐地碱蓬处理方式时，土壤中 a)全氮（N_t）、b) 全钾（K_t）、c) 全磷（P_t）、d) 交换性镁（Mg_e）、e) 速效钾（K_a）、f) 速效磷（P_a）、g) 土壤有机质（SOM）、h) pH、i) 电导率（EC）浓度的变化情况。

【5. 水凝胶对盐地碱蓬的促生作用】

图 7. a) 在不同水凝胶添加量情况下盐地碱蓬株高的变化；b) 鲜重和干重的变化；c)根长和根面积的变化；d) 根成熟区Cd流量的变化；e) 盐地碱蓬生长情况的变化。

【6. 水凝胶和盐地碱蓬对微生物群落的影响】

图 8. a) 微生物的韦恩图；b）不同处理下细菌门水平的相对丰度；c）不同处理的主坐标分析（PCoA）；d）环境因子与土壤细菌群落的冗余分析（RDA）。

【总结和展望】

  文章链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c18057