導言

土壤重金屬污染與修復是全世界持續關注的環境科技熱點。生物炭與功能性微生物的聯合修復是近年來新興的一種重金屬污染土壤綠色可持續修復策略。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定化修復效果的貢獻缺乏研究，對土壤重金屬穩定化修復效果的評價主要通過單一或連續化學提取的金屬形態分析，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，采用重金屬形態的Tessier連續提取法分析和植物、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，系統闡明了生物炭負載微生物菌劑對Cd、Cu污染土壤的穩定化修復效果與作用機制。該研究成果近日發表于環境科學領域一區Top期刊Environment International（IF: 7.943）。

▲圖片1來源：期刊發表截圖

研究結果表明，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Cd和Cu的比例，降低了交換態Cd和碳酸鹽結合態Cu的比例。DTPA提取態和UBM胃腸提取液模擬試驗結果表明，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構（圖3）。

▲圖2 修復過程中土壤重金屬生物有效性的動態變化(a)植物有效態Cd（DTPA-Cd）的動態變化；(b) 植物有效態Cu（DTPA-Cu）的動態變化；(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)和微生物群落結構的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定化效果和土壤環境質量改善等方面均具有更顯著的效果。研究成果可為發展重金屬污染土壤的綠色可持續修復技術提供功能材料和理論依據。