我院陈志彪教授课题组在离子吸附型稀土矿生态修复领域取得系列进展

发布者:王华发布时间:2025-04-02浏览次数:10



1.Comparative analysis on the effects of soil and Dicranopteris pedata taking MgSO4 and (NH4)2SO4 as leaching agents.

 离子吸附型稀土矿原位浸出工艺通常被认为对矿山环境具有负面影响,但目前关于硫酸镁和硫酸铵作为浸矿剂对矿区地表环境影响的研究仍较缺乏。本研究分别选取硫酸镁和硫酸铵作为两种离子吸附型稀土矿的浸矿剂,通过采集矿区浸矿前、浸矿后136个月四个时间点的样品,系统探究浸矿过程中的环境效应。结果显示,硫酸铵浸矿6个月后土壤pH值显著下降6.90%;硫酸镁浸矿区土壤全氮和铵态氮含量降低,而硫酸铵浸矿区铵态氮减少、硝态氮增加。这种硝态氮含量的升高显著影响了芒萁地上器官对稀土的富集效应。浸矿3个月后,芒萁叶片稀土含量、生物富集因子和转运因子均达到最大值。同时,影响芒萁稀土富集的可交换态和残渣态稀土含量上升,而占主要比例的铁锰氧化物结合态稀土含量下降。研究结果证实硫酸镁浸矿剂在氮污染方面较硫酸铵更具环境友好性,且芒萁对离子吸附型稀土矿尾矿区的氮和稀土复合污染具有植物修复潜力。

 研究成果发表于Process Safety and Environmental Protection, 2025, 197: 107085上,该期刊IF=6.9/Q1,中国科学院TOP。我院硕士生周文志为第一作者,陈志彪教授为通讯作者。本研究由国家自然科学基金委员会(42277013)和福建师范大学培育创新团队计划(Y0720409B06)资助。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.psep.2025.107085


2.Recruitment of copiotrophic and autotrophic bacteria by hyperaccumulators enhances nutrient cycling to reclaim degraded soils at abandoned rare earth elements mining sites.

 超积累植物在修复稀土元素(REE)污染土壤方面具有潜力,但其如何在养分贫瘠的废弃稀土矿区存活尚不明确。为探究这一问题,本研究选取三种蕨类植物:稀土富集植物芒萁Dicranopteris pedata、东方乌毛蕨Blechnum orientale及非稀土超积累植物蜈蚣草Pteris vittata)及其根际土壤,通过对比土壤养分水平、REE含量及细菌多样性、组成与功能的差异,揭示其适应机制。结果显示:芒萁与东方乌毛蕨生长区(DpBo)的土壤pH4.67–4.95 vs. 7.96)、全碳(0.35–0.62 vs. 2.84 g/kg)、全氮(20–23 vs. 133 mg/kg)和全磷(81–91 vs. 133 mg/kg)显著低于蜈蚣草生长区(Pv)。超积累植物高效吸收土壤REE并转运至叶片(含量高达6897–7759 mg/kg)。三地土壤细菌α多样性无显著差异,但DpBo区的细菌群落以富营养型(放线菌门18% vs. 12%、拟杆菌门3.3–8.3% vs. 1.9%γ-变形菌纲8.3–14% vs. 6.9%)和自养型(绿弯菌门18% vs. 13%、蓝藻菌门13% vs. 8.6%)细菌为主。基于DiTing分析的功能预测,这些细菌可能通过养分循环促进超积累植物生长。本研究为废弃稀土矿区养分修复提供了新视角,并为利用植物-微生物联合技术修复退化土壤提出了策略。

 研究成果发表于 Journal of Hazardous Materials, 2025, 488: 137351上,该期刊IF=12.2/Q1,中国科学院一区TOP。资源与环境学院的韩永和副教授为第一作者,我院陈志彪教授为通讯作者。本研究由福建师范大学培育创新团队计划(Y0720409B06)资助。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.137351


3.Impact of leaching process for ion-adsorption rare earth ore on the characteristics of topsoil and the absorption of rareearth by Dicranopteris pedata.

 稀土元素(REE)是重要的战略资源,但环境中的稀土元素也被视为一类新型污染物。利用超积累植物芒萁(Dicranopteris pedata)进行植物修复,为从矿山尾矿中回收稀土提供了可行途径。然而,原位浸矿如何影响矿区表层土壤特性及芒萁对稀土的吸收机制尚不明确。为此,本研究选取原位浸矿区和未浸矿区进行对比分析,揭示了以下关键发现:(1)浸矿区土壤总稀土、重稀土(HREE)及有效态稀土含量分别显著增加47.28%100.74%108%;(2)浸矿区芒萁各器官稀土含量显著升高,其中根茎、茎和叶片中重稀土含量分别激增634.45%232.63%156.8%;(3)皮尔逊相关性分析表明,浸矿区芒萁稀土吸收能力的增强与表层土壤有效态稀土含量密切相关。本研究阐明了采矿活动引发的土壤稀土迁移与植物吸收动态,进一步验证了稀土尾矿植物修复技术的可行性。

 研究成果发表于Biogeochemistry, 2025, 168:4上,该期刊IF=3.9/Q1,中国科学院二区。我院博士生王海燕为第一作者,陈志彪教授为第一通讯作者。本研究由国家自然科学基金委员会(42277013)和福建师范大学培育创新团队计划(Y0720409B06)资助。

原文链接:https://doi.org/10.1007/s10533-024-01191-7


4.Probing the geochemical characteristics of rare earth elements in the weathering profile of yttrium-rich heavy rare earth mine.

 理解离子吸附型稀土矿风化剖面中稀土元素(REE)的复杂地球化学特征,是确定原位浸矿过程中最佳浸矿剂用量的关键。本研究以福建西南某矿区三处山坡的9个钻孔土壤为对象,通过分析REE地球化学特征发现:该矿区风化剖面以YLaCeNd为主,其中Y占比最高(20.24%–33.64%),属富钇型重稀土离子吸附矿床;REE在风化剖面中呈现"中间富集"特征,含量自表层向底部先升后降。轻稀土(LREE)与重稀土(HREE)比值由浅层土向中层土显著降低,而深层土LREE/HREE比值略高于中层土。这些规律为科学评估该区及同类离子吸附型稀土矿的经济价值与开发潜力提供了重要依据。

 研究成果发表于Science of the Total Environment, 2024, 931: 172906上,该期刊IF=8.2/Q1,中国科学院TOP。我院硕士生王周文志为第一作者,陈志彪教授为第一通讯作者。本研究由国家自然科学基金委员会(42277013)和福建师范大学培育创新团队计划(Y0720409B06)资助。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172906


5.Uptake and transport mechanisms of rare earth hyperaccumulators: A review.

 稀土元素(REEs)因其在多项先进电子技术中的应用,近年来已成为全球多国的重要战略资源。随着REEs需求的激增,其开采规模显著扩大,但工业化的采矿活动也对周边环境、动植物及人类构成潜在风险。因此,高效修复REEs污染成为关注焦点,其中原位土壤修复技术因成本低廉且无二次污染而备受青睐。然而,植物修复的关键机制——如超积累植物对REEs的吸收、转运及耐受的分子机理——仍知之甚少。本文综述了以下内容:首先概述过量REEs引发的环境风险;其次评价植物修复技术结合适宜超积累植物物种迁移REEs暴露的效能。尽管理想情况下REEs超积累植物应为适合亚热带地区种植的高生物量乔木或灌木,但此类物种尚未被发现。重点探讨了植物中REEs生物有效性的影响因素,指出有机酸是促进其高效转运与吸收的关键配体;同时详细解析了超积累植物地上部分对REEs的摄取、转运及结合形式,特别是从重金属转运蛋白家族中分离的转运蛋白作用。最后,在总结当前研究进展的基础上,提出该领域现存的知识空白与未来研究方向。本文以超积累植物为核心,为稀土采矿受损环境的植物修复策略提供理论依据,并致力于解决采矿活动引发的生态系统与环境退化问题。

 研究成果发表于Journal of Environmental Management, 2024, 351: 119998上,该期刊IF=8.0/Q1,中国科学院TOP。我院博士生王海燕为第一作者,陈志彪教授为第一通讯作者。本研究由国家自然科学基金委员会(42277013)和福建师范大学培育创新团队计划(Y0720409B06)资助。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119998


6.Rare-earth element phytoextraction efficiency in southern Chinese mines under different clipping intensities using a co-cropping system (Dicranopteris pedata and Pinus massoniana).

 关于不同修剪强度如何影响植物提取效率的认知仍有限,尤其在混种系统中。本研究以中国南方稀土矿区芒萁(Dicranopteris pedata)与马尾松(Pinus massoniana)混种系统为对象,探究修剪强度对植物提取效率的影响。研究结果表明:首先,芒萁在100%修剪强度下单位面积的补偿指数、地上部干生物量及稀土元素(REE)累积量最高(p < 0.05),而马尾松的生物吸收系数、富集系数与转运因子均小于1。其次,修剪处理与对照组的土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性及细菌真菌α多样性指数均无显著差异。1997–2016年间马尾松年轮中REE含量逐年增加,且粗年轮的总REE含量高于细年轮;1995–2019年间马尾松生长区土壤侵蚀强度显著降低。第三,100%修剪处理的芒萁与马尾松混种系统可在18.57–61.19年内有效移除0–20 cm表层土壤中过量REE;而仅马尾松需923.16–1899.62年才能清除20–60 cm深层土壤中过量REE。因此,100%修剪的芒萁可实现最大REE植物提取量,但马尾松既不能用于REE植物提取也无法发挥稳定化作用。100%修剪的混种系统对植物生长与REE提取负面影响较小,可在数十年内清除表层土壤过量REE,但对深层土壤REE修复效率低下。

 研究成果发表于Land Degradation & Development, 2024, 35 (9): 3170-3180上,该期刊IF=3.6/Q1,中国科学院二区。我院陈志强教授为第一作者,陈志彪教授为第一通讯作者。本研究获国家自然科学基金(42277013)、福建师范大学培育创新团队计划(Y0720409B06)、福建省自然科学基金(2020J01143)等项目资助。

原文链接:https://doi.org/10.1002/ldr.5126