導言

土壤重金屬污染與修復是全世界持續(xù)關注的環(huán)境科技熱點。生物炭與功能性微生物的聯(lián)合修復是近年來新興的一種重金屬污染土壤綠色可持續(xù)修復策略。但當前對于復合菌劑中生物炭和功能微生物對土壤重金屬穩(wěn)定化修復效果的貢獻缺乏研究，對土壤重金屬穩(wěn)定化修復效果的評價主要通過單一或連續(xù)化學提取的金屬形態(tài)分析，亟需基于多受體重金屬生物有效性和土壤功能恢復的系統(tǒng)性評價。

中國科學院南京土壤研究所駱永明研究員團隊以玉米秸稈型生物炭和重金屬（Cu、Cd）耐性細菌Pseudomonas sp. NT-2為材料，通過75天的盆栽實驗，采用重金屬形態(tài)的Tessier連續(xù)提取法分析和植物、微生物及人體等多受體生物有效性分析，并結(jié)合土壤酶活性分析和基于16S rRNA基因的高通量測序分析，系統(tǒng)闡明了生物炭負載微生物菌劑對Cd、Cu污染土壤的穩(wěn)定化修復效果與作用機制。該研究成果近日發(fā)表于環(huán)境科學領域一區(qū)Top期刊Environment International（IF: 7.943）。

▲圖片1來源：期刊發(fā)表截圖

研究結(jié)果表明，5%生物炭菌劑的施用可使土壤pH維持在7.2-7.5之間；5%生物炭菌劑的添加顯著提高了土壤中殘渣態(tài)Cd和Cu的比例，降低了交換態(tài)Cd和碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cu的比例。DTPA提取態(tài)和UBM胃腸提取液模擬試驗結(jié)果表明，5%生物炭菌劑的添加顯著降低了土壤中Cd和Cu的植物有效性和人體生物可給性（圖2）。生物炭菌劑的添加顯著提高了重金屬污染土壤中脲酶和脫氫酶的活性。與單純施加生物炭相比，生物炭基菌劑的添加可提高土壤中重金屬耐性功能菌Pseudomonas sp.的豐度，并顯著改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)（圖3）。

▲圖2 修復過程中土壤重金屬生物有效性的動態(tài)變化(a)植物有效態(tài)Cd（DTPA-Cd）的動態(tài)變化；(b) 植物有效態(tài)Cu（DTPA-Cu）的動態(tài)變化；(c)修復后土壤的模擬人體胃相Cd和Cu的生物可給性

▲圖3 不同處理土壤中假單胞菌屬微生物的相對豐度(a)和微生物群落結(jié)構(gòu)的PCoA分析(b)

綜上所述，與單獨施用生物炭相比，負載功能微生物NT-2菌株的生物炭菌劑在土壤重金屬穩(wěn)定化效果和土壤環(huán)境質(zhì)量改善等方面均具有更顯著的效果。研究成果可為發(fā)展重金屬污染土壤的綠色可持續(xù)修復技術(shù)提供功能材料和理論依據(jù)。