二次球磨磁性生物炭对土壤雌二醇的高效去除机制：代谢网络调控与微生物互作研究

《Environmental Research》：Efficiency of removing estradiol from soil by twice-ball milled magnetic biochar: Mechanism and microbial interaction

本文系统解析了二次球磨磁性生物炭（TmMBC）通过协同吸附-降解作用提升土壤雌二醇（E2）去除效率的机制。研究表明，TmMBC通过增大比表面积（259.59 m2/g）、暴露活性位点（Fe-O、C=O）优化吸附性能，并将E2半衰期缩短至1.73天；多维组学分析揭示其通过调控放线菌丰度（提升17.35%）、激活ABC转运蛋白基因和碳固定途径，重塑微生物代谢网络（路径系数=0.81**），为土壤雌激素污染治理提供新策略。

　　

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实验材料

土壤样品采集自中国辽宁沈阳农田表层（北纬41°49′47″，东经123°34′0.6″），属于棕壤类型。实验田表土取自0-20厘米深度，剔除枯枝落叶和石块等杂质后带回实验室备用。部分土壤过100目筛用于土壤理化指标分析，其余部分用于后续实验。

TmMBC添加对土壤中E2降解动力学的影响

生物炭材料表征结果见图S2、表S2和文本S5。在土壤含水量20%、环境温度25℃、初始E2浓度15 mg/kg条件下，单一E2添加组与TmMBC生物炭共处理组的降解动力学参数见表S3。共处理组的降解速率常数（k= 0.353 d^-1）高于E组（k= 0.329 d^-1），且E2半衰期缩短至1.73天（对照组为2.11天）。共处理第1天E2残留量降低9.57%，第10天时降解效率显著超越单一处理组（P< 0.05）。代谢组学分析发现共处理组与单一E2处理组共有513种差异代谢物（312种上调），主要富集于碳固定和三羧酸循环（TCA cycle）通路。放线菌（Actinobacteria）丰度较单一处理组提升17.35%（P< 0.05），ABC转运蛋白基因表达增强。结构方程模型表明，TmMBC通过改善土壤理化性质（R²=0.999）驱动代谢物积累（路径系数=0.81**），进而抑制E2残留。

结论与展望

本研究揭示了TmMBC通过多维互作机制高效降解土壤E2的途径：TmMBC的协同改性构建了分级多孔结构和活性表面官能团，显著提升E2吸附-降解效率，同时通过代谢重编程（上调碳固定和苯丙烷代谢途径）降低其细胞毒性；微生物群落与功能基因的协同响应进一步强化了降解网络稳定性，为农田雌激素污染治理提供理论依据和技术支撑。