土壤重金属污染与修复是全世界持续关注的环境科技热点。生物炭与功能性微生物的联合修复是近年来新兴的一种重金属污染土壤绿色可持续修复策略。但当前对于复合菌剂中生物炭和功能微生物对土壤重金属稳定化修复效果的贡献缺乏研究，对土壤重金属稳定化修复效果的评价主要通过单一或连续化学提取的金属形态分析，亟需基于多受体重金属生物有效性和土壤功能恢复的系统性评价。
中国科学院烟台海岸带研究所骆永明研究员团队以玉米秸秆型生物炭和重金属（Cu、Cd）耐性细菌 Pseudomonas sp. NT-2为材料，通过75天的盆栽实验，采用重金属形态的Tessier连续提取法分析和植物、微生物及人体等多受体生物有效性分析，并结合土壤酶活性分析和基于16S rRNA基因的高通量测序分析，系统阐明了生物炭负载微生物菌剂对Cd、Cu污染土壤的稳定化修复效果与作用机制。
研究结果表明，5%生物炭菌剂的施用可使土壤pH维持在7.2-7.5之间；5%生物炭菌剂的添加显著提高了土壤中残渣态Cd和Cu的比例，降低了交换态Cd和碳酸盐结合态Cu的比例。DTPA提取态和UBM胃肠提取液模拟试验结果表明，5%生物炭菌剂的添加显著降低了土壤中Cd和Cu的植物有效性和人体生物可给性（图1）。生物炭菌剂的添加显著提高了重金属污染土壤中脲酶和脱氢酶的活性。与单纯施加生物炭相比，生物炭基菌剂的添加可提高土壤中重金属耐性功能菌Pseudomonas sp.的丰度，并显著改善土壤微生物群落结构（图2）。
图1 修复过程中土壤重金属生物有效性的动态变化
(a)植物有效态Cd（DTPA-Cd）的动态变化；(b) 植物有效态Cu（DTPA-Cu）的动态变化；(c)修复后土壤的模拟人体胃相Cd和Cu的生物可给性
图2 不同处理土壤中假单胞菌属微生物的相对丰度(a)和微生物群落结构的PCoA分析(b)
综上所述，与单独施用生物炭相比，负载功能微生物NT-2菌株的生物炭菌剂在土壤重金属稳定化效果和土壤环境质量改善等方面均具有更显著的效果。研究成果可为发展重金属污染土壤的绿色可持续修复技术提供功能材料和理论依据。
该研究成果近日发表于环境科学领域一区Top期刊 Environment International（IF: 7.943）。本研究受国家重点研发计划、国家自然科学基金及烟台市重点研发计划等项目资助。
