發(fā)布時(shí)間：2022-03-10所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：天然多孔礦物在孔隙結(jié)構(gòu)、吸附特性、離子交換特性、催化特性、微溶效應(yīng)等多方面呈現(xiàn)明顯特殊性和優(yōu)異性，能夠有效地改善土壤微環(huán)境和修復(fù)污染的土壤。文中對(duì)天然多孔礦物及其改性材料在土壤改良和土壤環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展進(jìn)行了綜合闡述，其中包括天然多
摘 要：天然多孔礦物在孔隙結(jié)構(gòu)、吸附特性、離子交換特性、催化特性、微溶效應(yīng)等多方面呈現(xiàn)明顯特殊性和優(yōu)異性，能夠有效地改善土壤微環(huán)境和修復(fù)污染的土壤。文中對(duì)天然多孔礦物及其改性材料在土壤改良和土壤環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展進(jìn)行了綜合闡述，其中包括天然多孔礦物材料的環(huán)境屬性、結(jié)構(gòu)化學(xué)特性、在土壤改良中應(yīng)用、在重金屬污染土壤修復(fù)中應(yīng)用、在有機(jī)物污染土壤修復(fù)中應(yīng)用和在病毒污染土壤修復(fù)中應(yīng)用等多個(gè)方面的內(nèi)容，為天然多孔礦物在土壤環(huán)境科學(xué)研究中使用提供必要的技術(shù)依據(jù)。天然多孔礦物的資源特性和環(huán)境屬性非常適合于我國(guó)土壤環(huán)境的改良和修復(fù)的應(yīng)用條件，具有重要的研究和經(jīng)濟(jì)意義。
關(guān)鍵詞：多孔礦物;礦物材料;土壤修復(fù);土壤改良
天然礦物是地質(zhì)環(huán)境自然演化作用的產(chǎn)物，與大氣圈、生物圈、水圈與土壤圈之間存在交互作用，能夠?qū)崿F(xiàn)自然環(huán)境的自身調(diào)節(jié)和凈化[1-2]。天然多孔礦物是地球生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，其物理、化學(xué)和生物性質(zhì)與生態(tài)環(huán)境具有良好的協(xié)調(diào)性，能夠廣泛應(yīng)用于土壤改良和土壤環(huán)境修復(fù)的過程。天然多孔礦物在孔隙結(jié)構(gòu)、吸附特性、離子交換特性、催化特性、微溶效應(yīng)等多方面呈現(xiàn)明顯特殊性和優(yōu)異性，使其能夠有效地改善土壤微環(huán)境和修復(fù)污染的土壤，其研究已成為近年來土壤環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)[3-5]。
天然多孔礦物材料在土壤改良和土壤環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛重視，但是如何利用天然多孔礦物材料改善土壤微環(huán)境和強(qiáng)化土壤環(huán)境有效自凈化至今沒有得到很好的機(jī)理分析和充分研究[6]。本文將對(duì)天然多孔礦物材料的結(jié)構(gòu)特性、環(huán)境屬性、物理化學(xué)特性等進(jìn)行詳細(xì)的描述，并對(duì)其在土壤改良和土壤環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用和研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，以期對(duì)天然多孔礦物在土壤環(huán)境科學(xué)研究中使用提供必要的技術(shù)依據(jù)。
1 天然多孔礦物材料及其分類
具有多孔結(jié)構(gòu)的礦物或巖石可以作為吸附、催化、離子交換的基礎(chǔ)工業(yè)材料，在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景正在成為研究熱點(diǎn)。礦物中孔隙結(jié)構(gòu)和形態(tài)多種多樣，能夠與土壤環(huán)境中水、氣、微生物和溶液中有害或植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在表面發(fā)生作用，進(jìn)而影響周邊的土壤環(huán)境。按照礦物內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)可以將天然多孔礦物分為兩類：一類是礦物表面的微孔，包含礦物表面的臺(tái)階、裂縫及 1 μm 至數(shù)微米大小的微孔;另一類是礦物晶體結(jié)構(gòu)中孔道，其按照晶體堆積理論出現(xiàn)延伸的規(guī)則孔隙結(jié)構(gòu)[4，7]。按照礦物的孔隙形態(tài)將天然多孔礦物分為 3 類：沸石、硅藻土和部分膨脹礦物是三維孔隙通道;高嶺石、蒙脫石、蛭石、伊利石等巖石或礦物是二維層狀孔隙結(jié)構(gòu);海泡石、凹凸棒石、坡縷石等是一維纖維狀孔隙結(jié)構(gòu)[8]。另外，部分層狀礦物隨著層間的剝離或結(jié)構(gòu)變化，存在層狀或柱形卷曲的微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變使得礦物的孔隙和形態(tài)變化較大，并對(duì)天然多孔礦物的吸附、離子交換、載體等功能存在明顯影響。
2 天然多孔礦物材料的環(huán)境屬性和結(jié)構(gòu)化學(xué)特性
天然多孔礦物材料的環(huán)境屬性主要通過多孔礦物與地球環(huán)境之間交互作用、多孔礦物的自然演變、多孔礦物對(duì)環(huán)境的凈化、多孔礦物參與的生物作用等幾個(gè)方面進(jìn)行研究[9-11]。天然多孔礦物多數(shù)為具特殊晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)異物理化學(xué)性能的孔隙硅酸鹽礦物。天然多孔礦物材料的表面吸附作用、結(jié)構(gòu)間離子交換作用、礦物的微溶解作用和一定的化學(xué)作用均能夠在改良土壤和土壤修復(fù)中發(fā)揮有效作用。
2.1 天然多孔礦物的環(huán)境屬性
礦物及由礦物組成的巖石層在不同空間和時(shí)間尺度上反應(yīng)了周圍自然環(huán)境的變化并對(duì)周圍環(huán)境存在一定影響。天然多孔礦物的環(huán)境屬性主要包括多孔礦物分解對(duì)周圍環(huán)境質(zhì)量的影響、多孔礦物對(duì)環(huán)境中成分負(fù)載能力的影響、多孔礦物治理和修復(fù)環(huán)境的能力和多孔礦物與生物聯(lián)合作用對(duì)周圍環(huán)境影響等[1]。以硅酸鹽礦物為主要成分的天然多孔礦物可以與周邊環(huán)境因素發(fā)生作用，進(jìn)而礦物部分活動(dòng)成分釋放進(jìn)入周圍環(huán)境，釋放出的鈣、鎂、鈉、鉀、硅及微量元素等均對(duì)周圍的土壤和水體環(huán)境質(zhì)量有一定影響。硅酸鹽礦物可以在一定 pH 值、離子強(qiáng)度、溫度、有機(jī)酸和微生物的作用下加速溶解，如膠質(zhì)芽孢桿菌、土壤芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌等硅酸鹽細(xì)菌均具有溶解硅酸鹽礦物的能力[12-13]。天然多孔礦物材料的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)特性影響其對(duì)環(huán)境中無機(jī)物和有機(jī)物的負(fù)載能力、賦存狀態(tài)、變化過程、遷移能力與環(huán)境危害程度等，如土壤中礦物的凈化能力與污染物在土壤礦物孔隙中或表面上的吸附與解吸、固定與釋放存在著密切關(guān)系。天然多孔礦物的孔道效應(yīng)、離子交換效應(yīng)、催化效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)自然環(huán)境中污染物的脫除和環(huán)境生態(tài)修復(fù)具有明顯作用[14-15]。土壤的污染和土壤的退化已經(jīng)成為了制約人類社會(huì)發(fā)展的重要因素，正受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。天然多孔礦物材料的環(huán)境屬性及對(duì)土壤改良和土壤環(huán)境修復(fù)是土壤環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要方法之一[16-17]。地球上的礦物與微生物之間的相互作用是自然環(huán)境中廣泛存在的一種生物化學(xué)作用。天然多孔礦物與微生物可以復(fù)合防治重金屬污染，微生物在生長(zhǎng)代謝過程中，會(huì)釋放各種有機(jī)酸、細(xì)胞色素、生物酶及部分無機(jī)化學(xué)物，其代謝成分能夠與重金屬形成配位化合物或?qū)μ烊欢嗫椎V物結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性修飾，進(jìn)而促使污染物在天然多孔礦物及其改性材料中的富集和凈化，組成的微生物 - 礦物 - 污染物環(huán)境微小生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤環(huán)境具有較明顯的影響。天然多孔礦物及改性材料的物理化學(xué)特性和生物化學(xué)特性使得天然多孔礦物材料具有特殊和優(yōu)異的環(huán)境屬性，其在土壤改良和土壤環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用具有較大的潛力，是對(duì)地球與環(huán)境學(xué)科研究的進(jìn)一步發(fā)展[7，18-21]。
相關(guān)知識(shí)推薦：土壤學(xué)專業(yè)評(píng)職稱都有什么一級(jí)期刊可以投
2.2 天然多孔礦物的結(jié)構(gòu)化學(xué)特性
除硅藻土和石墨等少數(shù)成分簡(jiǎn)單礦物外，天然多孔礦物主要為硅酸鹽礦物和鋁硅酸鹽礦物，其物理化學(xué)特性和生物化學(xué)特性與礦物的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)存在密切關(guān)系[22-24]。另外，由于硅酸鹽礦物形成條件和晶體結(jié)構(gòu)的差異，部分金屬或稀土元素以類質(zhì)同相或金屬化合物成分進(jìn)入礦物的晶體結(jié)構(gòu)中使得部分多孔礦物存在天然的催化性能和生物環(huán)境協(xié)調(diào)的性能。天然多孔礦物的主要成分為 SiO2、Al2O3、MgO、Na2O、K2O、OH- 和少量其他金屬化學(xué)成分，其結(jié)構(gòu)化學(xué)特性直接影響礦物表面化學(xué)特性，并對(duì)天然多孔礦物在土壤改良和土壤環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用具有較大的影響。由硅酸鹽多孔礦物結(jié)構(gòu)化學(xué)引起的礦物表面特性包括：表面羥基性、(由羥基性引起的)表面荷電性、表面鹽基性和表面酸性等表面功能[25-26]。由于硅酸鹽多孔礦物的結(jié)構(gòu)化學(xué)特性和固體表面成鍵鄰位原子的缺失造成的礦物表面的高能狀態(tài)，使得礦物表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組、吸附外來分子或離子以降低其表面能。如高嶺石表面不僅存在硅醇表面羥基≡ Si − OH，還存在鋁醇羥基≡ Al-OH 以及結(jié)構(gòu)邊緣的酸位，在一定條件下，使得表面具有一定的極性和荷電性，進(jìn)而與無機(jī)物或有機(jī)物發(fā)生分子和化學(xué)作用而影響土壤周圍的環(huán)境，天然多孔礦物表面電位變化見圖 1。
3 天然多孔礦物材料在土壤改良方面的應(yīng)用及研究進(jìn)展
天然多孔礦物具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)化學(xué)特性，在土壤中適當(dāng)應(yīng)用可以對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和性能、土壤的滲透性、土壤的酸堿度、土壤保水能力、土壤肥力等多個(gè)方面提高和改良。目前，國(guó)內(nèi)外使用天然多孔礦物作為添加劑或輔助材料對(duì)土壤進(jìn)行改良的研究普遍受到研究者的重視。如何利用和開發(fā)天然多孔礦物及其改性材料在土壤改良方面的應(yīng)用，對(duì)農(nóng)業(yè)的科學(xué)研究和發(fā)展具有重要作用。
3.1 天然多孔礦物在土壤改良中的應(yīng)用機(jī)理
天然多孔礦物根據(jù)其結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性的差異，對(duì)土壤的團(tuán)聚具有不同的影響，通過其對(duì)土壤團(tuán)聚的影響，可以在調(diào)節(jié)土壤含水量、提高土壤耐旱能力、增強(qiáng)土壤中氣體擴(kuò)散、促進(jìn)土壤呼吸作用等多個(gè)方面具有積極作用。一般認(rèn)為天然多孔礦物對(duì)土壤的概論作用主要表現(xiàn)在 3 個(gè)方面：1)礦物微溶解釋放礦物中營(yíng)養(yǎng)元素，如部分沸石結(jié)構(gòu)中含有鉀、鈉、鈣、鎂等有益元素，其微溶解可以有效和長(zhǎng)效地釋放有益元素，對(duì)土壤有一定的調(diào)節(jié)作用。2)利用多孔礦物的孔隙結(jié)構(gòu)、離子交換性能和表面荷電能力等特性，可以有效提高土壤中鹽基陽離子的交換量、土壤顆粒團(tuán)聚量和土壤中養(yǎng)分元素的保存量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)土壤的改良。3)天然多孔礦物根據(jù)其結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性的差異，對(duì)土壤的團(tuán)聚具有不同的影響，通過其對(duì)土壤團(tuán)聚的影響，可以在調(diào)節(jié)土壤含水量、提高土壤耐旱能力、增強(qiáng)土壤中氣體擴(kuò)散、促進(jìn)土壤呼吸作用等多個(gè)方面具有積極作用。另外，部分微生物能夠生存在多孔礦物孔隙結(jié)構(gòu)中或吸附于礦物表面，結(jié)合礦物表面催化氧化特性或配位化合物催化特性能夠影響土壤中有機(jī)質(zhì)的分解過程，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分的保持，為植物提供必需的氮、磷、鉀、硫等養(yǎng)分元素。天然多孔礦物材料對(duì)土壤改良的影響方式見圖 2。
3.2 天然多孔礦物在土壤改良中的廣泛應(yīng)用
天然多孔礦物由于其特殊的孔隙結(jié)構(gòu)和吸附特性可以作為土壤改良物料或肥料添加劑，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、土壤滲透性、植物養(yǎng)分保持和肥料長(zhǎng)效性等多個(gè)方面進(jìn)行提高和改善，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)增收的效果[35-36]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者曾針對(duì)沸石和膨潤(rùn)土天然多孔礦物及其改性礦物材料作為砂質(zhì)土壤改良劑進(jìn)行了研究，研究表明，沸石和膨潤(rùn)土可以直接或與其他有機(jī)輔料復(fù)合在土壤中添加均能有效促進(jìn)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體中大團(tuán)聚體的形成，增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量，降低土壤容重，有利于促進(jìn)低肥力土壤的改良[37-39 ]。另外，部分天然多孔礦物對(duì)土壤中的氮、鉀肥(硝酸鉀、硫酸鉀、磷酸二氫鉀)中的鉀和磷肥中磷均具有吸附控釋性能，進(jìn)而改善土壤中養(yǎng)分元素的含量與釋放環(huán)境，提高肥料利用率。酸化土壤不利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)，而酸化土壤往往存在土壤質(zhì)地粘重和通透性差的特點(diǎn)，利用多孔礦物的孔隙結(jié)構(gòu)和堿性化合物的調(diào)節(jié)特性，可以有效地調(diào)節(jié)土壤中的代換性酸和水解性酸濃度，促進(jìn)土壤的呼吸作用，實(shí)現(xiàn)土壤性質(zhì)改良的效果[35，40]。沸石、蒙脫石等天然多孔礦物可以適當(dāng)促進(jìn)土壤中微生物呼吸作用，提高土壤抗病性微生物活性和增加土壤中養(yǎng)分釋放細(xì)菌的數(shù)量等多個(gè)方面特性，進(jìn)而對(duì)土壤的改良和植物生長(zhǎng)的抑制疾病能力進(jìn)行一定的影響。
4 天然多孔礦物材料在土壤污染修復(fù)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展
天然多孔礦物及其改性材料的孔隙結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物化特性對(duì)土壤的生態(tài)環(huán)境具有良好的協(xié)調(diào)、污染防治和環(huán)境修復(fù)的功能，其對(duì)土壤中環(huán)境污染的凈化修復(fù)作用與其顆粒的表面吸附能力、離子交換性、催化活性、礦物生物活性等性質(zhì)存在密切聯(lián)系[10，41-42]。天然礦物所具有的自然凈化能力是大自然賦予人類與地球相互依存持續(xù)發(fā)展的一種天然本能。隨著人們對(duì)環(huán)境協(xié)調(diào)綠色發(fā)展理念的廣泛認(rèn)可，充分發(fā)揮天然多孔礦物在土壤修復(fù)中的修復(fù)和凈化功能受到國(guó)內(nèi)外研究工作者的廣泛重視。
4.1 天然多孔礦物材料在土壤污染修復(fù)中的應(yīng)用機(jī)理
天然多孔礦物及改性材料對(duì)土壤中污染物具有一定凈化修復(fù)作用，其在土壤污染修復(fù)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在多孔礦物材料與土壤中重金屬污染物的相互作用、多孔礦物材料與土壤中有機(jī)污染物的相互作用和多孔礦物材料與土壤中生物病毒污染物的相互作用 3 個(gè)方面。天然多孔礦物及改性材料在重金屬污染的土壤中應(yīng)用時(shí)，其吸附性和離子交換性對(duì)土壤中的重金屬離子具有明顯的鈍化或固結(jié)作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤微環(huán)境的修復(fù)和緩沖。天然多孔礦物及其改性材料往往具有較高的比表面積和表面能，其結(jié)構(gòu)表面具有大量的極性、羥基、有機(jī)配位基團(tuán)或其他陰離子基團(tuán)，使得天然多孔礦物表面具有一定電負(fù)性和化學(xué)活性，與重金屬形成物理吸附、化學(xué)吸附和配位化合作用。天然多孔礦物在自然環(huán)境中表面微溶解、生物風(fēng)化、自然界中陰離子吸附等作用，均可以改變礦物表面特性，對(duì)土壤環(huán)境中重金屬陽離子具有一定的化學(xué)沉淀作用[1，43-44]。如部分鋁硅酸鹽多孔礦物的晶體結(jié)構(gòu)中存在 Al3+ 取代 Si4+ 或 2 價(jià)陽離子和 3 價(jià)陽離子的相互替代等情況，使得結(jié)構(gòu)單元層內(nèi)負(fù)電荷過剩，補(bǔ)償陽離子可以進(jìn)入結(jié)構(gòu)單元層間，由于補(bǔ)償陽離子具有活動(dòng)和離子交換的特性，使得重金屬離子可以與礦物結(jié)構(gòu)單元層間的陽離子進(jìn)行離子交換的作用[45]。天然多孔礦物材料不僅能夠?qū)ν寥拉h(huán)境中重金屬離子進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，還能夠利用礦物表面改性修飾基團(tuán)、孔隙微觀作用力、靜電力、陽離子橋等作用對(duì)土壤中有機(jī)或有機(jī)污染物進(jìn)行吸附或催化分解。天然多孔礦物本身及改性后結(jié)構(gòu)表面存在的羥基、高價(jià)陽離子、改性官能團(tuán)等均可以與土壤中的羧基、羥基、酚基或陽離子有機(jī)配位化合物等物質(zhì)發(fā)生作用進(jìn)而使有機(jī)物吸附在礦物表面。同時(shí)，礦物表面金屬氧化物促使有機(jī)污染物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)進(jìn)而使其在土壤中分解，如土壤中錳的氧化物通過其金屬錳元素的價(jià)態(tài)變化或光電催化作用可以有效促進(jìn)土壤中有機(jī)污染物的分解。土壤中的微生物或功能生物菌落可以選擇性地與多孔礦物或礦物改性材料發(fā)生作用。利用微生物在天然多孔礦物材料上的固定化，可以適當(dāng)?shù)匚酵寥乐杏袡C(jī)污染物和重金屬污染物，并在一定生態(tài)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)土壤中有機(jī)污染物和重金屬污染物的毒性的降解或降低。天然多孔礦物材料進(jìn)行土壤環(huán)境修復(fù)的方式見圖 3。天然多孔礦物及其改性材料在土壤生態(tài)環(huán)境修復(fù)的應(yīng)用是一個(gè)涉及多學(xué)科交叉的復(fù)雜的過程，加強(qiáng)其過程中的物理、化學(xué)、生物等基礎(chǔ)研究將對(duì)天然多孔礦物材料在土壤生態(tài)環(huán)境修復(fù)的應(yīng)用具有重要意義。
4.2 天然多孔礦物材料在重金屬污染土壤環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用
伴隨人類的快速發(fā)展產(chǎn)生了大量的污染物，其在環(huán)境中擴(kuò)散致使土壤生態(tài)環(huán)境受到不同程度的污染，其中土壤的重金屬污染嚴(yán)重影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人類健康，也導(dǎo)致了大氣和水環(huán)境的進(jìn)一步惡化。天然多孔礦物及其改性材料是一種重要的處理重金屬污染土壤的環(huán)境礦物材料，其中沸石、膨潤(rùn)土、凹凸棒石、海泡石等礦物及改性材料在土壤重金屬污染生態(tài)環(huán)境修復(fù)中被廣泛的研究和應(yīng)用[50-51]。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者曾對(duì)沸石吸附土壤中重金屬污染物進(jìn)行了一系列的研究，認(rèn)為沸石及其改性材料可以轉(zhuǎn)化土壤中重金屬的存在狀態(tài)，鈍化土壤中重金屬污染物溶解和遷移，降低其在土壤環(huán)境中的生物有效性，增加重金屬的化學(xué)穩(wěn)定性，進(jìn)而抑制植物對(duì)重金屬污染物的吸收，維持土壤生態(tài)環(huán)境平衡[52]。如沸石礦物材料或沸石與其他材料協(xié)同作用可以改變土壤中鉛、鋅、鉻、鈷、汞等重金屬元素賦存狀態(tài)，減少重金屬污染物在土壤中的遷移能力，減弱了重金屬對(duì)植物生長(zhǎng)的毒害作用。膨潤(rùn)土是一種天然的含水粘土礦物，在土壤重金屬污染治理中發(fā)揮著重要作用。膨潤(rùn)土及其改性礦物材料可以通過物理吸附和離子交換作用對(duì)土壤中如鉛、鎘、鉻、砷等重金屬元素進(jìn)行固化作用，減輕土壤中重金屬污染物對(duì)植物的危害。其中，經(jīng)鈉化改性、酸化改性和巰基化改性等改性修飾后的膨潤(rùn)土能夠顯著提高礦物材料對(duì)重金屬污染物的吸附能力，對(duì)其在土壤重金屬污染環(huán)境修復(fù)具有重要的意義。凹凸棒石或凹凸棒石改性礦物材料普遍應(yīng)用于重金屬污染土壤的生態(tài)修復(fù)，可以通過調(diào)整土壤 pH 值改變重金屬污染物在土壤中的存在狀態(tài)，促進(jìn)土壤中重金屬污染發(fā)生沉淀反應(yīng)，降低土壤中鎘、銅、鋅、鉛等重金屬離子的生物有效性[53]。另外，海泡石、高嶺土等粘土硅酸鹽礦物不僅可以吸附和鈍化土壤中鉛、鎘、鎳等重金屬污染物，還對(duì)土壤中含釩污染物表現(xiàn)出很強(qiáng)的親和力，能夠有效限制釩污染物在土壤中的遷移[54-55]。利用天然多孔礦物對(duì)土壤中重金屬污染物進(jìn)行環(huán)境修復(fù)，充分體現(xiàn)了天然礦物自凈化的特性，且具有成本低、易控制、效果好等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
4.3 天然多孔礦物材料在有機(jī)污染土壤環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用
天然多孔礦物結(jié)構(gòu)或表面存在的陽離子可以通過離子交換反應(yīng)進(jìn)行表面有機(jī)改性，改性后的礦物材料不僅增強(qiáng)了礦物表面的疏水性，對(duì)有機(jī)污染土壤中的污染物進(jìn)行高效吸附。如高嶺石、蛭石、伊利石、蒙脫石等粘土多孔礦物，其粘土層間的無機(jī)陽離子容易被有機(jī)陽離子取代生成有機(jī)粘土礦物，其改性后的粘土礦物對(duì)土壤中的有機(jī)污染物吸附能力較天然多孔礦物能夠提高 1 ～ 2 個(gè)數(shù)量級(jí)，有效地降低了土壤環(huán)境中有機(jī)污染物的遷移。利用有機(jī)改性多孔礦物的吸附特性，可以對(duì)有機(jī)污染土壤區(qū)域形成封閉障礙，防治污染區(qū)域有機(jī)污染物向土壤和地下水滲入遷移。以蒙脫石為主要成分的膨潤(rùn)土經(jīng)過有機(jī)改性后對(duì)土壤中有機(jī)污染物具有很好的吸附和固定作用，可以作為防滲層吸附固定土壤中的有機(jī)污染物。國(guó)內(nèi)外研究工作者曾對(duì)土壤中苯環(huán)類有機(jī)污染物在改性后的高嶺石和蒙脫石中遷移行為進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)有機(jī)改性后的粘土多孔礦物可以顯著降低苯環(huán)類有機(jī)污染物在其防滲層中的遷移能力，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)苯環(huán)類有機(jī)污染物在穿透防滲層時(shí)降解礦化[56-57]。天然多孔礦物及其改性材料對(duì)土壤中有機(jī)污染物不僅能夠吸附固定，還可以促使其在礦物表面氧化分解。如蒙脫石和高嶺石與表面或土壤中金屬氧化物結(jié)合可以有效促進(jìn)部分農(nóng)用化學(xué)有機(jī)物的直接、間接或光催化降解，進(jìn)而降低土壤中有機(jī)污染物的含量。
4.4 天然多孔礦物材料在生物病毒污染土壤環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用
近年來隨著社會(huì)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)概念的普及，保護(hù)地下水和土壤資源已成為我國(guó)環(huán)境和農(nóng)業(yè)發(fā)展建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。病毒類微生物可以隨水分進(jìn)入土壤，進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)環(huán)境和地下水環(huán)境安全。國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)具有較大比表面積和表面帶正電荷的天然礦物或改性礦物材料可以有效對(duì)生物病毒進(jìn)行吸附，限制其在土壤中的遷移行為。國(guó)外曾對(duì)不同固體顆粒吸附生物病毒進(jìn)行研究，其中高嶺土、硅藻土、膨潤(rùn)土等粘土類礦物可以直接或經(jīng)改性處理后對(duì)水和土壤環(huán)境中的感染性造血壞死病毒(IHNV)、T2 噬菌體、煙草花葉病毒(TMV)、囊狀病毒 ф6 等致病微生物進(jìn)行有效吸附或分解[8，58-59]。另外，由于礦物表面正電荷量與生物病毒吸附量存在顯著的相關(guān)性，結(jié)合天然多孔礦物的孔隙結(jié)構(gòu)、金屬氧化物的帶電性和金屬氧化物催化氧化特性對(duì)天然多孔礦物進(jìn)行功能性改性可以有效開發(fā)吸附并降解的病毒污染土壤的修復(fù)材料[60]。
5 天然多孔礦物材料在土壤改良和土壤環(huán)境污染修復(fù)的應(yīng)用前景
天然礦物的自凈化功能是大自然賦予地球生物生存發(fā)展的一種潛在功能，而天然多孔礦物由于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)和孔道效應(yīng)，具有良好的表面吸附、孔道過濾、離子交換、表面催化氧化和表面生物作用等，可以有效應(yīng)用于土壤改良和土壤環(huán)境污染修復(fù)過程中。天然多孔礦物的資源特性和環(huán)境屬性非常適合于我國(guó)土壤環(huán)境的改良和修復(fù)的應(yīng)用條件，也受到國(guó)內(nèi)研究者的廣泛重視，但是天然多孔礦物的篩選、礦物材料的改性、多孔礦物與微生物復(fù)合技術(shù)等多個(gè)方面缺少深入的研究工作。因此建議加強(qiáng)天然多孔礦物與土壤環(huán)境科學(xué)各方面的應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作，相信天然多孔礦物環(huán)境屬性及其在土壤改良和修復(fù)中應(yīng)用研究必將對(duì)農(nóng)業(yè)綠色和諧發(fā)展和地球環(huán)境科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。——論文作者：張 旭 1*，章國(guó)權(quán) 2 ，楊炳飛 1
參考文獻(xiàn)：
[1] 魯安懷，王長(zhǎng)秋，李艷，等.礦物學(xué)環(huán)境屬性概論[M].北京：科學(xué)出版社，2015.
[2] 魯安懷.礦物學(xué)環(huán)境屬性研究新進(jìn)展(代序)[J].巖石礦物學(xué)雜志，2015，34(6)：795-802.
[3] 江湛如，雷鳴，龍九妹，等.改性非金屬礦物材料用于重金屬污染處理的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2017，31(S2)： 210-213.
[4] 尹琳，陸現(xiàn)彩，胡歡，等.多孔結(jié)構(gòu)礦物(巖石)及其環(huán)境修復(fù)材料的實(shí)用性[J].巖石礦物學(xué)雜志，2003，22(S1)： 405-408.
[5] Ismadji S，Soetaredjof E，Ayuvitra A.Natural clay minerals as environmental cleaning agents[M]// Clay materials for environmental remediation.Cham Switzerland：Springer International Publishing， 2015.
[6] Arel E，Onalp A，Olgun G C.The effect of clay mineral content on the dynamic response of reconstituted fine grained soil[J]. Bulletin of Earthquake Engineering，2018，16(11)：1-18.
[7] 趙磊，董發(fā)勤，王光華，等.多孔礦物材料的孔道結(jié)構(gòu)及應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)粉體技術(shù)，2008，(1)：46-49.
[8] 劉云，董元華，杭小帥，等.環(huán)境礦物材料在土壤環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].土壤學(xué)報(bào)，2011，48(3)：629-638.
[9] 馬群.非金屬礦在農(nóng)業(yè)環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2015，(1)：1-2.
[10] 于陽輝，李永霞，張俊紅，等.非金屬礦物在土壤改良中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2005，(1)：37-39.
[11] 唐靖炎，王學(xué)群，張明.二十一世紀(jì)非金屬礦物環(huán)保材料的發(fā)展前景及建議[J].非金屬礦，2003，(3)：1-2.
[12] 姜宇，陳海.硅酸鹽細(xì)菌在解磷、解鉀、解硅方面的應(yīng)用進(jìn)展[J].磷肥與復(fù)肥，2014，29(2)：24-26.
[13] Cuandros J.Clay minerals interaction with microorganisms：a review[J].Clay Minerals，2017，52(2)：235-261.
[14] 魯安懷.環(huán)境礦物材料在土壤、水體、大氣污染治理中的利用[J].巖石礦物學(xué)雜志，1999，18(4)：292-300.
[15] 于天，汪丹，董海良，等.微生物鐵還原作用對(duì)蒙脫石保存有機(jī)物的影響：以硫酸鹽還原菌為例[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2014，33(6)：790-796.
