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1 图文摘要：
生物炭的双重作用：
一方面，通过吸附作用降低了农药的生物有效性，从而可能延长其持久性；
另一方面，生物炭中富含的持久性自由基（PFRs）使其具有电子穿梭效应，能够增强生物化学反应和微生物活性，从而可能促进农药的降解，缩短其持久性
。
近年来，生物炭因其可改善土壤肥力、提升作物产量和固碳的多重作用，成为农业研究的重点。然而，生物炭对土壤环境中农药持久性的影响仍然存在争议。生物炭的多孔结构和大比表面积使其能够吸附农药分子，降低农药的迁移性，减少其进入水体和生态系统的风险。然而，也有研究指出，生物炭可能抑制农药的降解，导致农药在土壤中的持久性增加，从而对生态系统构成威胁。
图2 农药残留浓度在土壤和生物体内的响应情况，依据不同的农药类型、生物炭类型和土壤特性进行分组分类。图中的点表示生物炭对土壤中农药残留浓度和土壤生物体内累积浓度的综合效应量。误差线表示95%置信区间。
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土壤中农药残留浓度及生物体内累积浓度的响应情况，按照农药类型、生物炭类型和土壤特性进行分组分类。
图中的点表示生物炭对土壤中农药残留浓度和土壤生物体内累积浓度的综合效应量。
误差线表示95%置信区间。
为进一步明确生物炭在不同土壤环境下的农药行为，本研究结合元分析和机器学习，对58项研究中386组实验数据进行了整合分析。这些数据涵盖了全球多个地区不同的土壤类型、农药种类和生物炭特性，确保了分析结果具有广泛的适用性。研究结果表明，整体上，生物炭的施用未显著增加土壤中的农药残留浓度，但在中和酸性土壤中对生物体农药积累的降低效果更为明显。研究还发现，土壤的有机质含量、pH值和粘土含量在调节生物炭对农药行为的影响中起到了关键作用，这些发现为生物炭在农业中的应用提供了科学指导。
进一步分析显示，不同类型的农药在生物炭的存在下表现出不同的残留特性。例如，三唑类和有机氟类农药在土壤中的残留浓度相对增加，而三嗪类和有机磷类农药则显著减少。生物炭的应用还与土壤特性密切相关，在碱性土壤中，生物炭更容易导致农药残留增加，而在酸性或中性土壤中影响则较小。土壤中的有机质含量较高时，生物炭更难显著增加农药的持久性。分析结果还表明，生物炭原料类型（如木质来源）和生产温度（300℃以下和高于500
℃
）会显著影响其在土壤中与农药的相互作用。此外，低温生产的生物炭在土壤中增加农药残留的效应较弱，但随着温度的增加，其对增加农药残留的持久性效果更明显。
研究采用了基于机器学习的随机森林模型来量化不同土壤和生物炭特性对农药残留行为的影响筛选出了四个重要变量，包括土壤有机质（SOM）、pH值、粘土含量和生物炭的比表面积等。通过对变量的相关性分析。分析结果显示，土壤pH和有机质含量在减少农药积累风险方面尤为重要，而粘土含量则增强了生物炭的农药吸附能力，从而使农药在土壤中的残留时间延长。进一步的模型分析揭示了各类土壤特性在生物炭应用中的关键作用。例如，生物炭在低有机质和高粘土含量的土壤中可能会增强农药的持久性，这为优化生物炭应用提供了重要启示。
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4 随机森林模型结果。
a 部分依赖图展示了生物炭应用对土壤中农药残留的影响
，
曲线表示各参数对估计平均效应量的影响，曲线周围的阴影区域为
95%置信区间。
图表按照随机森林模型确定的重要性进行排列。
在生物炭原料中，HB表示草本材料，LG代表木质纤维素材料，BW则为生物废弃物材料。
b 验证图显示了随机森林模型预测的所有效应量与实际效应量的对比。
c 随机森林模型的收敛图
。
