广东工业大学&麻省大学EST｜微纳米结构骨炭修复砷污染土壤中水稻安全生产的研究

转 自：水与土壤

【研究背景】

陆地和水生系统中的砷（As）污染是一个全球关注的持久性环境问题，特别是在南亚和东南亚以及拉丁美洲国家，估计全世界有9400-2200万人暴露在过量砷下。在农业系统中，农用化学品的不当使用、含砷地下水的灌溉以及与采矿活动有关的损害已随着土壤污染、作物生长受到抑制、产量损失和作物籽粒中砷的积累而加剧。 因此，砷在土壤中的积累直接威胁着人类的健康。因此，迫切需要对食品中的砷水平进行监测和调节，以降低膳食砷暴露的风险。传统的育种方法和农艺技术已被用来实现砷污染农田的有限种植，但由于大规模农业生产的高成本和复杂的执行过程，这些策略的应用相当有限。此外，可用于从受污染土壤中去除砷的物理化学方法将不可避免地引入化学和金属基工程纳米材料（ENMs）等外源性物质，这些外源性物质可在土壤中积累并与作物和微生物相互作用，可能干扰生态系统平衡，并可能加剧土壤中的重金属污染。鉴于砷污染农田的严重性和常规修复策略的局限性，有必要制定新的有效和可持续的策略，以改善砷引起的药害，促进食品安全。

【研究要点】

通过50 d短期盆栽试验和120 d全生命周期盆栽试验，研究了细粒度猪骨炭颗粒对As污染土壤的修复效果及其对水稻的药害效应。

添加400℃和600℃热解的微纳米结构猪骨生物炭（BC 400和BC 600）显著提高了处理后的地上部和根系鲜重24.4~77.6%，同时降低了组织As积累26.7~64.1%，增加了土壤As含量17.1~27.1%。微生物群落分析表明，BC600和BC400处理使根际土壤中促进植物生长的微生物Ceratobasidium和Achromobacter的比例增加了33–81.6%，而吸附相关芽孢杆菌的比例增加了1.15–1.59倍。

代谢组学分析表明，BC和As共暴露诱导了富含脂肪、碳水化合物和氨基酸代谢途径的差异表达代谢产物（dem），这些代谢产物可以减轻As诱导的植物毒性，促进植物对As的耐受。 重要的是，BC修正案改善了处理后稻米的品质。

本研究证实了BC在促进作物生长和减少砷对水稻的药害方面的巨大潜力，并为修复重金属污染土壤同时促进食品安全提供了一个有希望的策略框架。

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