在农业生产过程中，各种有机化学品进入黑土农田土壤中，导致土壤环境质量退化，农作物安全问题日趋严重。磺酰脲类除草剂是由美国杜邦公司于上世纪研究、应用的具有广谱、高效、高选择性的一类除草剂。苄嘧磺隆作为一种典型的磺酰脲类除草剂，被广泛应用于水稻田中阔叶杂草的去除。由于苄嘧磺隆不易挥发、光降解能力有限，可以长期存在于土壤环境中，对农田土壤生态系统动物、植物和微生物造成一定的威胁。
东北地理所环境生态学科组研究人员采用农业废弃物玉米秸秆为生物质原料，通过杂原子掺杂及共掺杂的方式，研发具有发达空隙结构、高比表面积的多孔生物炭，探究两种改性生物炭对苄嘧磺隆的去除效果与机制;此外，从长期施用除草剂苄嘧磺隆的水稻田土壤中筛选分离纯化微生物，得到高效降解苄嘧磺隆的耐低温降解菌Acinetobacter YH0317.并利用生物炭良好的结构性能和孔隙结构，通过吸附法将微生物固定在生物炭上，形成生物炭-微生物协同技术，并将其应用于苄嘧磺隆污染土壤。研究结果表明：在低温条件下，改性生物炭负载Acinetobacter YH0317显著提高了土壤pH、SOC和NH4+-N的含量、苄嘧磺隆的去除效率和微生物的多样性，减少土壤CO2排放量(P < 0.05)。土壤CO2的排放量与固碳基因fhs的数量呈显著负相关，表明fhs基因可能在减少土壤CO2排放方面发挥重要作用。综上，生物炭-微生物协同技术有利于实现稻田土壤有机污染物的消减和温室气体减排的双重目标，为合理处置农业废弃物、保障国家粮食安全和实现“双碳”目标提供技术支撑。
相关研究成果发表在农林科学国际期刊Journal of Hazardous Materials,Bioresource Technology和Journal of Cleaner Production上。环境生态学科组博士研究生杨阳为论文第一作者，于泳研究员为通讯作者。本研究得到中国科学院战略性先导科技专项(XDA23070502)和国家自然科学基金的联合资助。
论文信息：
Yang Y,Kang ZC,Wang J,Xu GH,Yu Y*. Simultaneous achievement of removing bensulfuron-methyl and reducing CO2 emission in paddy soil by Acinetobacter YH0317 immobilized boron-doping biochar. Journal of Hazardous Materials,2024.467.133758.
Yang Y,Kang ZC,Wang J,Xu GH,Yu Y*. Enhanced removal efficiency of bensulfuron-methyl by a novel boron doping biochar-based Acinetobacter YH0317 at a lower temperature. Bioresource Technology,2023.386.129570.
Yang Y,Kang ZC,Xu GH,Yong Yu*. Enhanced adsorption performance of bensulfuron methyl with B doping biochar: Mechanism and density functional theory calculations. Bioresource Technology,2023.372.128657.
Yang Y,Kang ZC,Xu GH,Wang J,Yu Y*. Degradation of bensulfuron methyl by nitrogen/boron codoped biochar activated peroxydisulfate at lower temperature. Journal of Cleaner Production,2023.402.136816.
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.133758
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129570
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.128657
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.136816
图1 原始生物炭(a)、改性生物炭(b)、Acinetobacter YH0317(c-d)、原始生物炭负载Acinetobacter YH031(e)和改性生物炭负载Acinetobacter YH0317(f)的扫描电镜图像
图2 不同处理组门(a)和属(b)水平微生物群落结构的相对丰度;土壤微生物群落结构与土壤性质的相关性分析(c)
图3 生物炭-微生物协同技术降低农药残留和减少温室气体排放的机理图
