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在土壤受镍（Ni）和 4,4′- 二氯二苯二氯乙烯（4,4′-DDE）污染问题突出的背景下，研究人员开展了生物炭对荻（Miscanthus sinensis）生理生化及修复参数影响的研究。结果表明生物炭可促进荻生长、降低污染物生物有效性。这为土壤修复提供了新策略。
在环境问题日益严峻的当下，土壤污染成为了不容忽视的难题。长期以来，传统农业大量使用农药和化肥，使得土壤中潜在有毒元素（PTE）和农药残留不断累积。在哈萨克斯坦，自 20 世纪 50 年代起，农业中广泛应用有机氯农药（OCPs），尽管后来限制了使用，但至今仍有大量废弃农药设施持续污染土壤。其中，4,4′-DDE（一种持久性有机污染物，是滴滴涕（DDT）的代谢产物）和 Ni（常与农药相关，过量会危害土壤健康和人体健康）在土壤中频繁被检测到，且二者的复合污染对植物和生态系统的影响尚不明确。同时，植物修复（phytoremediation）虽有应用，但植物适应这些污染物的机制并不清楚，因此，开发有效的土壤修复策略迫在眉睫。
在此背景下，来自国外的研究人员开展了一项关于生物炭对荻在受 Ni 和 4,4′-DDE 污染土壤中生长影响的研究。该研究成果发表在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是土壤处理技术，从哈萨克斯坦 Talgar 峰采集土壤，按照标准处理后，添加 NiSO4•7H2O 和 4,4′-DDE 进行土壤加标，并设置了 7 个月的老化期。其次是生物炭应用技术，使用来自捷克的污水污泥基生物炭（SSB），按 1%（w/w）的比例与土壤混合。然后通过一系列分析检测技术，包括使用 Agilent 4200 MP-AES 微波等离子体原子发射光谱仪测定土壤、生物炭和植物样品中的 PTE 含量；利用 Gas Chromatograph 6890 N 气相色谱仪测定 POP - 农药含量；运用多种分光光度计测定叶绿素色素含量、叶绿素 a 荧光以及抗氧化酶活性等。
研究结果如下：
- 对荻形态生理参数的影响：土壤污染显著抑制荻的生长，如复合污染使株高降低 30.8%，地上生物量减少 81.2% ，地下生物量减少 62.9%。而生物炭在污染土壤中可促进荻的生长，在复合污染土壤中，地上生物量提高 121%，地下生物量增加 106% ，但在对照土壤中却会抑制生长。在叶绿素色素方面，生物炭使叶绿素 b 含量增加，如在第 5 个月，复合污染土壤中叶绿素 b 含量增加 44.4%，从而降低了 Chl a/b 比值。叶绿素 a 荧光检测发现，生物炭在复合污染下能部分恢复光系统 II（PSII）功能，使整体光合性能（PIABS）提高 36.9%。
- 对荻生化参数的影响：在生化参数上，污染会降低荻叶片中的总蛋白含量，如 DDE 污染下降低 57%，复合污染下降低 66%。生物炭在单一污染下可提高蛋白含量，在复合污染下虽有提升但效果有限。同时，生物炭能显著提高脯氨酸含量，增强荻对污染物的抗性，在复合污染下脯氨酸含量增加 366%。污染会诱导抗氧化酶活性上升，而生物炭在污染土壤中可降低这些酶的活性，表明其减轻了氧化应激。
- 对荻植物修复潜力的影响：从植物修复潜力看，在 DDE 污染下，荻主要将 DDE 积累在根部（TLF = 0.62），而在复合污染下，更倾向于将 POP - 农药转移到地上部分（TLF = 2.1）。生物炭能显著降低复合污染下 POP - 农药在荻中的积累，地上部分减少 49.7%，根部减少 32.6% 。对于 Ni，生物炭在单一污染下促进其在根部积累，在复合污染下则降低积累。
- 对生物炭的影响：生物炭在不同污染条件下对 PTE 和 POP - 农药表现出不同的吸附解吸特性。它能吸附 Ni 和 Cr，解吸 Cu 和 Zn，对 Pb 无明显影响。在复合污染下，生物炭增强了对 POP - 农药的吸附，减少了 Ni 的保留，降低了 POP - 农药的生物有效性，如在复合污染下，POP - 农药对荻的生物有效性降低 38.9%。
研究结论和讨论部分指出，生物炭对荻在复合污染土壤中的生长有积极影响，促进了地上和地下生物量的发展。它还增强了荻的生理适应性，提高了辅助色素的活性。生物炭的添加减轻了氧化应激，降低了抗氧化酶的活性。此外，生物炭的选择性吸附特性为其在不同污染土壤中的应用提供了可能，可用于改善 Cu 和 / 或 Zn 缺乏的农业土壤。该研究为利用荻和生物炭修复复合污染土壤提供了重要依据，不过未来还需在田间条件下进一步验证，以评估其大规模应用的可行性。这一研究成果为土壤修复领域开辟了新的思路，为解决土壤污染问题提供了新的方向和方法，具有重要的理论和实践意义。
