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为解决铜污染土壤植被难生长等问题，研究人员开展香根草根生物炭（Vetiver root biochar）修复铜污染 Stamp sand 土壤的研究。结果表明其能提升土壤 WHC、OM 等，降低铜生物有效性，为污染场地修复提供新路径。
在 19 世纪至 20 世纪初，美国密歇根州上半岛的铜矿开采盛极一时，然而大量采矿废弃物 “Stamp sand（ Stamp sands，碎矿砂）” 被排入苏必利尔湖，不仅严重破坏水生生态系统，后续经疏浚堆放在湖岸后，更导致大面积土地铜污染，土壤贫瘠到难以支持植被生长。如何修复这类高金属毒性、低有机质（OM）且持水能力（WHC）差的污染土壤，成为亟待解决的环境难题。
在此背景下， Stevens Institute of Technology（史蒂文斯理工学院）等机构的研究人员开展了相关研究，他们将目光投向香根草（Chrysopogon zizanioides）根生物炭这一材料，试图探索其对铜污染 Stamp sand 土壤的修复潜力。研究成果发表在《BMC Chemistry》上，为铜污染土壤的可持续治理提供了新的思路和方向。
研究人员采用了一系列关键技术方法。首先对 Stamp sand 进行采样、风干、过筛等预处理，并测定其理化性质，包括 pH、电导率（EC）、有机质含量、金属浓度等。香根草根生物炭则通过热解（pyrolysis）技术制备，即在 500℃缺氧环境下对提取精油后的香根草根进行热解 60 分钟，随后对生物炭的产率、表面积、pH、阳离子交换容量（CEC）等理化特性进行表征。接着将生物炭以不同比例（2.5%、5%、10%、20% w/w）与 Stamp sand 混合，在 25℃±2℃下恒温培养 60 天，期间定期监测土壤参数变化。还运用顺序提取法分析铜的地球化学形态，以评估其生物有效性。
生物炭对土壤理化性质的影响
研究发现，生物炭 amendments 显著改善了土壤多项理化指标。随着生物炭浓度增加，土壤 pH 逐渐升高，20% 生物炭处理组在第 60 天 pH 达 8.82，这得益于生物炭的碱性特质，有助于中和污染土壤可能存在的酸性，为微生物活动和植物生长创造更适宜环境。电导率（EC）也随生物炭添加量增加而上升，20% 处理组在培养末期达 348.33 μS/cm，表明生物炭释放的可溶性矿物质和增强的养分保留能力提升了土壤离子含量，且该 EC 水平在农业土壤可接受范围内，反映出土壤肥力的改善。
对土壤养分和有机质的影响
生物炭对土壤养分和有机质（OM）的提升效果显著。总磷和总氮含量均随生物炭浓度增加而显著增加，20% 生物炭处理组总磷在第 60 天达 1.57 mg/g，总氮更是增至 21.18 mg/g，分别较对照组有明显提升。植物有效磷含量同样显著增加，20% 处理组达 10.25 mg/g，这与生物炭多孔结构促进磷的保留和微生物溶解作用有关。有机质含量从对照组的 0.7% 大幅提升至 20% 处理组的 6.2%，高碳含量的生物炭直接为土壤补充了有机质，而有机质对于改善土壤结构、增强持水能力和促进养分循环至关重要。
对土壤持水能力的影响
土壤持水能力（WHC）随生物炭添加量增加而显著提高，20% 生物炭处理组在第 60 天 WHC 达 53.01%。生物炭的高孔隙率和大表面积是提升持水能力的关键，这对于本身持水能力差的沙质污染土壤尤为重要，有助于缓解干旱胁迫，支持植物生长。
对铜地球化学形态的影响
顺序提取结果显示，生物炭 amendments 显著改变了铜的地球化学形态。随着生物炭添加量增加，有机结合态（F5）铜比例显著上升，20% 处理组有机结合态铜占比达 55.43%-68.32%，而水溶性（F1）和可交换态（F2）铜比例极低，表明铜的生物有效性大幅降低。生物炭通过提供大量有机结合位点、提升土壤 pH 促进铜以氢氧化物和碳酸盐形式沉淀、利用阳离子交换容量（CEC）吸附铜离子等多种机制，有效固定了铜，降低其迁移性和毒性。
研究结论表明，香根草根生物炭作为土壤改良剂，能显著提升铜污染 Stamp sand 土壤的质量，包括增强持水能力、提高养分和有机质含量、改善土壤酸碱性等，同时通过多种机制有效降低铜的生物有效性，减少其环境风险。该研究不仅为铜污染土壤修复提供了一种高效、可持续的方法，还通过将香根草根废弃物转化为生物炭，践行了循环经济理念，为类似超基金（Superfund）污染场地的修复提供了新范式。未来研究可进一步探索该生物炭在田间尺度的应用效果及长期环境影响，以推动其实际推广应用。
