土壤重金属污染是一个全球性的环境问题。据估计，全球14%-17%的农田受到重金属污染，约有90亿至14亿人生活在重金属含量过高的地区（Hou等人，2025年）。这些金属一旦进入食物链，就会对人体健康造成严重危害，如神经系统损伤、肾脏损伤和多种癌症（Wang等人，2024年；Zhong等人，2020年）。虽然农业土壤污染是一个普遍问题，但最严重的污染通常集中在高度工业化和采矿地区（Ondrasek等人，2025年）。
在高温冶炼过程中（例如铅、锌和铜的冶炼），挥发性金属元素会形成颗粒物和粉尘，通过大气沉降沉积在周围土壤中（Ran等人，2021年；Rouhani等人，2025年）。同样，采矿作业产生的废水也会溶解尾矿中的重金属离子，这些离子会在土壤中积累（Li等人，2015年；Xie等人，2024年）。此外，工业和采矿地区经常面临酸雨和酸性矿井排水等环境压力（Li等人，2024a）。这些因素会降低土壤pH值，从而增强重金属的迁移和移动，导致土壤深层污染、地下水污染以及地表径流增加，进而加剧整体环境风险（Adnan等人，2024年；Zhou等人，2024年）。
固定化是修复受重金属污染土壤最常用的技术之一（Shen等人，2019a）。这种方法通过施用土壤改良剂来减少重金属的迁移性，通过吸附、络合和沉淀等机制将其转化为稳定形式（Jiang等人，2022年；Wang等人，2021c）。然而，长期有效性的不确定性是固定化技术面临的关键挑战。在长期自然环境压力（如酸雨、冻融循环和干湿循环）的作用下，重金属可能会重新释放到环境中（Huang等人，2025年；Shen，2024年；Yang等人，2022年）。例如，在野外条件下自然老化三年后，用改性生物炭处理的土壤中提取的Cd浓度显著增加（Wang等人，2021a）。同样，在用1%石灰处理的土壤中，十年后观察到酸溶性Cd含量显著上升（Wang等人，2021b）。
生物炭（BC）、石灰（CaO）和氧化镁（MgO）是三种常见的改良剂（Hamid等人，2019年；Palansooriya等人，2020年）。生物炭在土壤修复方面显示出潜力，可以提高土壤肥力和增强碳封存能力（Mansoor等人，2021年；Zhu等人，2017年）。其碱性、多孔结构和丰富的表面官能团（如-COOH、-OH）根据原料和热解条件的不同，有助于通过吸附、表面络合和沉淀作用固定重金属（He等人，2019年）。CaO因其低成本、高效率和适用于大多数重金属阳离子而得到广泛应用（Zhai等人，2018年）。MgO是一种有前景的土壤改良剂，因为其生产过程中能耗低，修复效率高且耐久性强（Jin等人，2015年；Jin和Al-Tabbaa，2014年；Shen等人，2019b）。不同改良剂的固定机制存在显著差异。生物炭主要通过其丰富的官能团（如-COOH、-OH）进行重金属固定。相比之下，CaO和MgO通过提高土壤pH值并引发水化和碳酸化反应来实现重金属固定。
然而，目前的研究主要集中在这些改良剂的短期性能上，对其长期有效性和潜在失效机制的关注不足。传统的长期野外监测过程缓慢且费力。虽然已经开发了加速测试协议来解决这一问题，但它们存在关键局限性。标准化的批量测试（如EPA 1311 TCLP）仅模拟单一的、通常过于极端的浸出事件，无法反映循环性的环境压力（Tsang等人，2013年）。相比之下，柱式和动态浸出测试（如EPA 1314、EPA 1315）受到土壤异质性和物理结构的严重影响，因为它们依赖于水-土界面的化学解吸和土壤结构中的质量传输（Sayyad等人，2010年）。此外，各种定制的老化方法（如冻融循环和干湿循环）通常只考虑单一因素，缺乏标准化指标，导致预测结果不一致且不可靠。这种缺乏可靠、全面评估方法的情况严重阻碍了耐久性修复剂的设计和有效长期策略的制定。
本研究评估了生物炭、CaO和MgO在铅/镉共污染土壤中的长期固定效率。采用了一种自开发的定量加速老化方法来模拟酸雨效应，从而能够快速评估改良剂的长期性能。本研究旨在识别能够实现长期重金属固定的有效土壤改良剂。
