BECT: 生物炭—原位修复有机污染农田土壤的“潜力股”

来源：农环视界

随着人类工农业活动的加剧，具有高毒性、高累积、难降解、可远距离迁移的持久性有机污染物（persistentorganic pollutants, POPs）在农田土壤系统中不断累积，一旦进入食物链将会对人体健康构成极大威胁。综合防治POPs农田土壤亟待开展。农田土壤的生产特征和我国人多地少的基本国情，决定了污染治理应以原位、绿色、可持续性的修复措施为主。

土壤中POPs的生物有效性，是其迁移转化等环境行为的主要控制因子，近年来利用生物炭的吸附性能降低土壤中有机污染物的迁移性和生物有效性得到学者关注。在实际的农田土壤环境中，生物炭对有机污染物阻控效果会受到植物根系的强烈影响；根际微域是污染物由土壤向作物迁移富集的门户，也是土壤微生物热点区域。因而，由根系分泌物介导的生物炭-污染物-微生物间的交互作用研究有待加强。

本文系统阐述了生物炭阻控POPs在土壤-植物系统中的迁移富集及其作用机理。主要内容概括如下：以低温制备为代表的生物炭富含营养元素，其添加至土壤中后既可吸附污染物，又能改变土壤微生物群落结构与功能，加速土壤中有效态污染物的生物降解；以高温制备为代表的生物炭其对有机物有着较强的吸附能力，能够将土壤中有机物固定化降低其生物有效性。而植物根系则通过分泌胞外酶、提高微生物活性和改变污染物生物有效性等途径促进污染物根际降解。

联合作用机制：针对土壤中生物炭吸附态有机物，随着作物生长分泌出越来越多的根系分泌物，其中的低分子量有机酸可溶解金属离子，破坏可溶性有机碳和生物炭之间的桥键，增加可溶性有机碳的释放，加速低温生物炭吸附态有机污染物的解吸，但对强吸附型高温生物炭吸附效果影响较小。研究表明低温型生物炭可以介导相关污染物降解菌群和降解功能基因的富集。针对有机污染农田修复，低温型生物炭与植物根际联合高效促进污染物在土壤中的消减，从而有效阻控其向作物迁移累积并降低其环境风险。因此，利用生物炭吸附固定-根际活化降解可以实现土壤中有机污染物原位阻控-根际消解的双过程。生物炭，可谓有机污染农田土壤原位修复界的“潜力股”。

Figure: Diagram of reduced uptake of POPs (taking PAHs as an example) in the rhizosphere amended with biochar. Modified from Ni et al. (2018)

问题与展望：目前，有关生物炭阻控土壤中持久性有机污染物环境风险的报道较多，但是立足长期效应的探究还较少。一方面，土壤中生物炭与污染物交互作用的长期动态监测研究需要开展；另一方面，需要进行田间尺度下生物炭对土壤微生物群落结构和功能的影响研究。基于农田土壤特征，系统研究不同农艺措施对生物炭-污染物交互作用的影响亟待加强。

文章来源

Ni Ni, Deyang Kong, Wenzhu Wu, Jian He, Zhengjun Shan, Juying Li, Yezhi Dou, Yueqing Zhang, Yang Song*, Xin Jiang. 2020. The Role of Biochar in Reducing the Bioavailability and Migration of Persistent Organic Pollutants in Soil–Plant Systems: A Review. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 104 (2): 157-165

https://link.springer.com/article/10.1007/s00128-019-02779-8

Yang Song*, Xiaona Li, Min Xu, Wei Jiao, Yongrong Bian, Xinglun Yang, Chenggang Gu, Fang Wang, Xin Jiang. 2019. Does Biochar Induce Similar Successions of Microbial Community Structures Among Different Soils? Bulletin of environmental contamination and toxicology, 103(4): 642-650

https://link.springer.com/article/10.1007/s00128-019-02687-x