竹炭对旱地/湿地土壤中树木积累重金属的差异化影响机制研究取得新进展

近日，中国林科院亚林所研究团队在生物炭研究领域国际权威期刊及中国科技期刊卓越行动计划期刊BIOCHAR（《生物炭》）发表题为“Bamboo biochar greater enhanced Cd/Zn accumulation inSalixpsammophilaunder non flooded soil compared with flooded（竹炭在非淹水条件下更能促进沙柳对重金属镉和锌的积累）”的研究论文。该研究比较了重度污染条件下竹炭对沙柳生长及重金属积累的影响，揭示了生物炭在淹水和非淹水条件下竹炭对沙柳积累重金属的差异化影响机制。该研究为生物炭强化木本植物修复重金属重度污染土壤提供了理论依据，同时为淹水/非淹水的重金属污染土壤修复策略选择提供了科学依据。
以农林废弃物为原材料通过热解及水热法制备的生物炭，通过吸附、沉淀等直接作用以及提升土壤pH等间接作用降低土壤重金属生物可利用性，从而降低植物/作物组织中重金属的含量。目前的研究大多针对重金属轻中度污染土地使用生物炭实现农产品的安全生产开展，而对不同水分条件下竹炭辅助木本植物修复重金属重度污染土壤的效果及影响机制尚不清楚。开展生物炭-木本植物-重金属的相互作用研究，对重金属重度污染土壤的安全利用及金属矿区污染土壤的植被恢复具有重要的理论意义与实践价值。
中国林科院亚林所生态修复团队针对此问题开展了系统研究。根据前期竹炭添加剂量及粒径效应研究结果的基础（Int J Pytoremediat, 2021,387–399;658–668）上，研究人员添加3%的竹炭到Cd（60.23 ± 1.75 mg kg−1）和Zn（2267.39 ± 65.41 mg kg−1）重度污染的弱碱性土壤中（pH 7.65），选择一年生的沙柳插条扦插并培养2个月，期间保持正常的土壤水分，然后开展为期2月的淹水和非淹水处理，之后收获植物组织和土壤样品，比较土壤淹水/非淹水条件下竹炭对沙柳积累重金属的影响并探讨了相关机制。
研究结果表明，竹炭和淹水能够分别显著降低土壤中重金属的生物有效性（P < 0.05）。竹炭在非淹水（94.20%）和淹水（32.73%）条件下均能显著增加柳叶片中Cd的浓度，而对根部中的浓度影响较小；竹炭在非淹水时能显著提高叶片中Zn的浓度（47.43%），但在淹水时作用不显著。与不添加竹炭的对照组相比，非淹水条件下竹炭显著促进了沙柳中Cd和Zn从根部向地上部分的运输，分别提高转运系数达68.85%和102.27%，并增加了沙柳对Cd（52.53%）和Zn（28.52%）的总积累量，而促进作用在淹水处理下并不明显。
竹炭提高沙柳富集转运重金属效率的机理主要是通过改良土壤环境（包括营养含量、重金属毒性、土壤酶活性和土壤微生物群落构成等）提高沙柳的生命活动（蒸腾作用和呼吸作用等）及对重金属的耐性和转运能力，增加植物体内的重金属积累量，最终实现修复效率的提高。主成分分析结果表明，淹水时竹炭对沙柳富集转运重金属的影响显著降低。
本研究得到了国家自然科学基金和中国林业科学研究院基本科研业务费的资助。论文第一作者为中国林业科学研究院在读博士研究生李晓刚，通讯作者为陈光才研究员，中国林业科学研究院的肖江博士、广东工业大学的曹旖旎博士和东芬兰大学的Mir MdAbdus Salam博士参与了该研究工作。（陈光才/亚林所）
论文链接：
1 .https://doi.org/10.1007/s42773-022-00139-0
2.https://doi.org/10.1080/15226514.2020.1816893
3. https://doi.org/10.1080/15226514.2020.1849012
陈光才 中国林科院亚林所 2022-02-22

关键词 竹炭  生物炭  旱地  湿地  土壤  沙柳  重金属  镉  锌  土壤修复  生态修复  图片