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隨著人類(lèi)工農(nóng)業(yè)活動(dòng)的加劇，具有高毒性、高累積、難降解、可遠(yuǎn)距離遷移的持久性有機(jī)污染物（persistentorganic pollutants, POPs）在農(nóng)田土壤系統(tǒng)中不斷累積，一旦進(jìn)入食物鏈將會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成極大威脅。綜合防治POPs農(nóng)田土壤亟待開(kāi)展。農(nóng)田土壤的生產(chǎn)特征和我國(guó)人多地少的基本國(guó)情，決定了污染治理應(yīng)以原位、綠色、可持續(xù)性的修復(fù)措施為主。
土壤中POPs的生物有效性，是其遷移轉(zhuǎn)化等環(huán)境行為的主要控制因子，近年來(lái)利用生物炭的吸附性能降低土壤中有機(jī)污染物的遷移性和生物有效性得到學(xué)者關(guān)注。在實(shí)際的農(nóng)田土壤環(huán)境中，生物炭對(duì)有機(jī)污染物阻控效果會(huì)受到植物根系的強(qiáng)烈影響；根際微域是污染物由土壤向作物遷移富集的門(mén)戶(hù)，也是土壤微生物熱點(diǎn)區(qū)域。因而，由根系分泌物介導(dǎo)的生物炭-污染物-微生物間的交互作用研究有待加強(qiáng)。
本文系統(tǒng)闡述了生物炭阻控POPs在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移富集及其作用機(jī)理。主要內(nèi)容概括如下：以低溫制備為代表的生物炭富含營(yíng)養(yǎng)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(jié)構(gòu)與功能，加速土壤中有效態(tài)污染物的生物降解；以高溫制備為代表的生物炭其對(duì)有機(jī)物有著較強(qiáng)的吸附能力，能夠?qū)⑼寥乐杏袡C(jī)物固定化降低其生物有效性。而植物根系則通過(guò)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(jìn)污染物根際降解。
聯(lián)合作用機(jī)制：針對(duì)土壤中生物炭吸附態(tài)有機(jī)物，隨著作物生長(zhǎng)分泌出越來(lái)越多的根系分泌物，其中的低分子量有機(jī)酸可溶解金屬離子，破壞可溶性有機(jī)碳和生物炭之間的橋鍵，增加可溶性有機(jī)碳的釋放，加速低溫生物炭吸附態(tài)有機(jī)污染物的解吸，但對(duì)強(qiáng)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(dǎo)相關(guān)污染物降解菌群和降解功能基因的富集。針對(duì)有機(jī)污染農(nóng)田修復(fù)，低溫型生物炭與植物根際聯(lián)合高效促進(jìn)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(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此，利用生物炭吸附固定-根際活化降解可以實(shí)現(xiàn)土壤中有機(jī)污染物原位阻控-根際消解的雙過(guò)程。生物炭，可謂有機(jī)污染農(nóng)田土壤原位修復(fù)界的“潛力股”。
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(wèn)題與展望：目前，有關(guān)生物炭阻控土壤中持久性有機(jī)污染物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的報(bào)道較多，但是立足長(zhǎng)期效應(yīng)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(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究需要開(kāi)展；另一方面，需要進(jìn)行田間尺度下生物炭對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響研究。基于農(nóng)田土壤特征，系統(tǒng)研究不同農(nóng)藝措施對(duì)生物炭-污染物交互作用的影響亟待加強(qiáng)。
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