北極星環境修復網訊:隨著人類工農業活動的加劇,具有高毒性、高累積、難降解、可遠距離遷移的持久性有機污染物(persistentorganic pollutants, POPs)在農田土壤系統中不斷累積,一旦進入食物鏈將會對人體健康構成極大威脅。綜合防治POPs農田土壤亟待開展。農田土壤的生產特征和我國人多地少的基本國情,決定了污染治理應以原位、綠色、可持續性的修復措施為主。

土壤中POPs的生物有效性,是其遷移轉化等環境行為的主要控制因子,近年來利用生物炭的吸附性能降低土壤中有機污染物的遷移性和生物有效性得到學者關注。在實際的農田土壤環境中,生物炭對有機污染物阻控效果會受到植物根系的強烈影響;根際微域是污染物由土壤向作物遷移富集的門戶,也是土壤微生物熱點區域。因而,由根系分泌物介導的生物炭-污染物-微生物間的交互作用研究有待加強。

本文系統闡述了生物炭阻控POPs在土壤-植物系統中的遷移富集及其作用機理。主要內容概括如下:以低溫制備為代表的生物炭富含營養元素,其添加至土壤中后既可吸附污染物,又能改變土壤微生物群落結構與功能,加速土壤中有效態污染物的生物降解;以高溫制備為代表的生物炭其對有機物有著較強的吸附能力,能夠將土壤中有機物固定化降低其生物有效性。而植物根系則通過分泌胞外酶、提高微生物活性和改變污染物生物有效性等途徑促進污染物根際降解。

聯合作用機制:針對土壤中生物炭吸附態有機物,隨著作物生長分泌出越來越多的根系分泌物,其中的低分子量有機酸可溶解金屬離子,破壞可溶性有機碳和生物炭之間的橋鍵,增加可溶性有機碳的釋放,加速低溫生物炭吸附態有機污染物的解吸,但對強吸附型高溫生物炭吸附效果影響較小。研究表明低溫型生物炭可以介導相關污染物降解菌群和降解功能基因的富集。針對有機污染農田修復,低溫型生物炭與植物根際聯合高效促進污染物在土壤中的消減,從而有效阻控其向作物遷移累積并降低其環境風險。因此,利用生物炭吸附固定-根際活化降解可以實現土壤中有機污染物原位阻控-根際消解的雙過程。生物炭,可謂有機污染農田土壤原位修復界的“潛力股”。

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

問題與展望:目前,有關生物炭阻控土壤中持久性有機污染物環境風險的報道較多,但是立足長期效應的探究還較少。一方面,土壤中生物炭與污染物交互作用的長期動態監測研究需要開展;另一方面,需要進行田間尺度下生物炭對土壤微生物群落結構和功能的影響研究?;谵r田土壤特征,系統研究不同農藝措施對生物炭-污染物交互作用的影響亟待加強。

原標題:生物炭—原位修復有機污染農田土壤的“潛力股”