生物炭阻控PAHs由土壤向水稻迁移累积的机制研究

【作者】 倪妮； 宋洋； 孔德洋； 单正军； 蒋新；

【机构】 生态环境部南京环境科学研究所； 国家环境保护农药环境评价与污染控制重点实验室； 土壤环境与污染修复重点实验室(中国科学院南京土壤研究所)；

【摘要】 在多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)污染农田土壤上通过水作进行农业生产时,PAHs主要通过根系吸收向农作物富集,继而进入食物链。因此,降低水田中PAHs的生物有效性是减少PAHs由淹水土壤转移进入农作物的重要策略。添加生物炭被看作是降低土壤中PAHs环境风险的有效措施。作物分泌的根系分泌物对土壤中,尤其是对根际中有机污染物的环境行为会产生较大的影响。因此,明确在PAHs污染胁迫和生物炭存在下,7水稻根系分泌物对污染物的环境效应和生物炭吸附污染物效果的影响,是PAHs污染农田土壤原位修复的重要前提。本文选取于300℃高温热解而成的玉米秸秆生物炭(CB)和1000℃高温热解而成的竹炭(BB),设置对照、0.5%和2%两种添加比例(Control、0.5%CB300、2%CB300、0.5%BB700、2%BB700)开展了水稻盆栽实验。150天后,2%CB300、0.5%BB700和2%BB700处理组中水稻根部中PAHs的富集浓度均发生显著降低,尤其是高环PAHs。BB700处理组根际中PAHs的残留量显著高于对照组,生物有效性显著低于对照组。因此,竹炭在厌氧环境中仍主要是通过吸附固定的作用达到对污染物的阻控效果。CB300处理组根际中PAHs的残留和生物有效性均显著低于对照组。同时,低分子量有机酸较易使得CB300处理组根际中的PAHs发生解吸,从而提高PAHs的生物有效性。BB700处理组中,PAHs较难发生解吸。根际土壤中与PAHs降解相关的细菌、产甲烷菌以及功能基因的相对丰度均在2%CB300处理组中显著提高。以上结果说明,CB300主要是通过"生物炭强化吸附-根系分泌物促进解吸-生物强化降解"的步骤方式实现了对PAHs的阻控效果。综上所述,在PAHs老化农田土壤上水作,添加高养分含量的低温生物炭,可以有效降低污染农田土壤中PAHs生物有效性的同时,改善污染土壤生态环境与健康。更多还原