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本文聚焦纳米生物炭（nano-BC）在土壤环境中的环境行为与风险，综述其吸附 / 迁移特性、对土壤理化性质、微生物 / 酶活性、动植物的影响，指出其可能加剧污染物扩散并威胁食物链安全，呼吁加强长期生态风险评估与安全应用研究。
1. 引言
生物炭（BC）因大比表面积、丰富官能团等特性成为高效土壤修复剂，但其局限性促使纳米生物炭（nano-BC）发展。nano-BC 粒径≤100 nm，需机械研磨或超声处理制备，比表面积为普通生物炭（bulk-BC）的 2-5 倍，表面 - COOH、-OH 等官能团更丰富，吸附能力显著增强，可改善土壤保水保肥能力、减少重金属污染。
然而，nano-BC 强吸附和迁移能力可能携带养分或污染物进入深层土壤甚至地下水。尽管纳米技术可改善材料表面特性，但 nano-BC 作为载体促进污染物迁移的风险（如磷在酸 / 碱性土壤中的共迁移）尚未充分研究。当前对氧化石墨烯、碳纳米管等纳米材料的环境影响研究较多，但 nano-BC 对植物、生物体的影响仍缺乏系统数据。
工业化和农业活动导致土壤中重金属（Hg、Cd、Cr、Pb）和有机污染物（菲、四环素）积累，通过食物链威胁人类健康。土壤作为复杂生态系统，是污染物的重要汇，其健康直接关系可持续发展目标。2015-2025 年文献统计显示，nano-BC 研究逐年升温，关键词共现分析表明其应用领域多样化，但环境风险研究亟待加强。
2. 土壤环境中纳米生物炭的存在与来源
nano-BC 粒径定义为 <100 nm，胶体生物炭为 1 nm-1 μm，>1 μm 为宏观生物炭。制备方法以 “自上而下” 的机械研磨为主，如行星球磨可制得 60±20 nm 颗粒，超声 - 离心法可降低灰分。球磨法因无需危险化学试剂、环保经济，成为主流制备工艺。
nano-BC 来源包括农业直接施用、大气沉降、降水和灌溉。此外，bulk-BC 在土壤 / 水环境中因 pH、离子强度变化发生溶解破碎，可释放 nano-BC 组分。
3. 纳米生物炭在土壤环境中的多界面迁移
土壤是 nano-BC 的最终汇，其孔隙度变化影响水动力学和团聚体结构。nano-BC 老化过程可改变土壤 pH、孔隙度、肥力及污染物生物有效性。静电作用影响其迁移：与土壤表面电荷相斥时，nano-BC 可垂直迁移至地下水或随地表径流横向扩散。
相比碳纳米管、石墨烯氧化物等，nano-BC 在水相中胶体稳定性更高，临界凝聚浓度显著升高，可能增强污染物悬浮和迁移能力，改变污染物在固液相间的分配，影响其环境归趋。
4. 纳米生物炭的负面环境风险
4.1 自身污染与吸附污染
nano-BC 制备原料和热解条件影响其污染物含量。不当选择生物质（如重金属含量高的原料）可导致 nano-BC 释放重金属，通过食物链富集。例如，Fe?O?修饰的 nano-BC 在低剂量（0.2-0.4%）可修复 Cd 污染土壤，但高剂量（0.8-1.6%）促进 Cd 向植物叶片迁移。
热解过程中生成的多环芳烃（PAHs）具有致癌性，其含量随原料和温度变化（70-3270 μg/kg）。环境持久性自由基（EPFRs）在高温热解时形成，可损伤 DNA。
nano-BC 高比表面积使其强烈吸附污染物，如对镉（520 mg/g，pH 7）、六价铬（922 mg/g，pH 4）的吸附能力显著高于 bulk-BC。但其迁移性可能加剧污染物扩散，导致根际养分耗竭和地下水淋溶风险。
4.2 对植物的潜在危害
植物可通过根、茎、叶吸收 nano-BC，机制包括吸附共转运、膜穿透和生长调节。nano-BC 可能增加植物对污染物的生物积累，如菠菜、黄瓜等作物通过竞争吸附从土壤中摄取纳米材料结合的有机污染物。
研究表明，nano-BC 可在白菜可食用部位积累，通过食物链传递风险。尽管低剂量 nano-BC 可缓解盐碱胁迫对藜麦的伤害，但 4% 高剂量导致脯氨酸和碳水化合物含量显著下降，显示剂量效应的复杂性。
4.3 对土壤微生物与动物的潜在危害
nano-BC 对土壤微生物的影响因种类、剂量和土壤性质而异。低剂量可能促进磷等养分吸收，高剂量则抑制微生物丰度和多样性。例如，5% nano-BC 处理 5 周后微生物丰度下降，真菌比细菌更敏感。nano-BC 可损伤链霉菌细胞，碎片化细胞外 DNA 并抑制其复制，羟基自由基是主要损伤因子。
对土壤动物而言，多壁碳纳米管（MWCNTs）可增强菲在蚯蚓体内的生物积累（30-40%），nano-BC 与 Cd 联合暴露加剧蚯蚓体腔细胞毒性。小鼠经口暴露后，13C 标记的 nano-BC 在肝、肾、血液中积累，导致氧化应激和肠道微生物紊乱，显示跨物种毒性风险。
5. 结论与未来研究方向
nano-BC 因高吸附性和迁移性对土壤、水、大气构成环境风险，其生产中的团聚问题和高成本限制大规模应用。当前对其长期稳定性、降解行为及跨代毒性认知不足，需跨学科团队整合毒理学、农学、生物地球化学方法，开展多尺度实验与建模，评估食物链风险并制定标准化应用协议，平衡其功能与安全性，为可持续环境管理提供科学依据。
