2016年12月12日，《Journal of Hazardous Materials》发表了国家蛋白质科学研究（上海）设施五线六站用户南京农业大学资源与环境学院余光辉教授研究小组在土壤重金属污染研究方面的研究论文。该研究通过原位观察技术揭示了土壤中镉的高度异质性及络合镉的土壤组分。 

高肥力土壤是作物生长的前提，施用有机肥是提升土壤肥力的主要途径之一。然而，施用有机肥在提升作物产量的同时也导致了重金属累积。因此，探究关于土壤重金属与土壤有机质和矿物的作用机制对理解重金属的毒性、迁移特征和修复措施具有重要意义。由南京农业大学余光辉教授领导的研究小组，利用国家肥力网湖南祁阳红壤长期定位施肥试验站（1990年建立）玉米-小麦轮作系统的土壤表层（0-20cm）样品，对有机肥降低土壤重金属生物有效性的机制进行了深入的研究。研究发现，虽然长期施用有机肥导致土壤中总镉浓度提高3倍以上，但其并没有导致玉米中镉的累积，甚至显著降低了小麦中镉的累积。

为了原位观察施用有机肥影响土壤中重金属镉的生物有效性的机制，研究者利用国家蛋白质科学研究（上海）设施的同步辐射显微红外成像技术（SR-FTIR, BL01B）结合微束X射线荧光分析技术(µ-XRF, BL15U1)、微电子探针技术（EPMA），并在线站工作人员积极参与和支持下，收集了长期施用有机肥的土壤颗粒，通过不同方法同步表征土壤颗粒中络合镉的有效组分。原位表征结果表明了镉在土壤颗粒中呈高度异质性的分布模式；土壤中大部分矿物（如铁矿物、铝矿物和硅矿物）和镉有相似的分布模式，而大部分有机官能团则和镉有着差异性较大的分布模式。该结果直接表明，长期施用有机肥的土壤通过改变矿物组分影响了镉的迁移性和生物有效性。该结果进一步被二维相关光谱结果予以证明。

国家蛋白质科学研究（上海）设施在施肥模式改变了土壤中镉的生物有效性的机制研究中扮演了重要角色。研究成果增加了对土壤中重金属行为和土壤培肥的认识，对于寻找合适的土壤修复技术和制定土壤修复决策等具有重要的意义。 

图1：原位表征土壤中镉络合机制的创新平台 

图2：矿物和有机物在亚微米尺度和镉的作用机制 

图3：土壤中官能团之间的线性关系 

该课题研究是与美国北卡州立大学土壤系的Matthew L. Polizzotto博士、南京大学的管冬兴博士、浙江工业大学的吴骏博士以及中国农科院的王伯仁研究员合作完成的，得到了国家自然科学基金委面上项目（(41371248和41371299）和973项目（2015CB150500）的资助，南京农业大学的博士研究生孙富生是本文的第一作者。土壤中镉的原位分布数据分别在国家蛋白质科学研究（上海）设施红外谱学显微实验站BL01B、上海光源的BL15U1线站收集的。 

原文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389416311517 

（上海蛋白质设施供稿）