玉米秸秆生物炭协同荒漠蓝藻抗镉胁迫及强化吸附的机制研究

本研究针对高浓度Cd2+污染抑制蓝藻生存与修复效能的问题，探索了玉米秸秆生物炭（CB）与荒漠蓝藻（CSC）复合体系（CSC-CB）的协同抗逆与吸附机制。通过胁迫实验、批量吸附实验及表征分析，发现CSC-CB的Cd2+去除量较单一蓝藻提升45.58%，非生物可利用态Cd2+增加145.89%，其机制涉及孔隙填充、静电吸引及胞外聚合物（EPS）分泌增强。该研究为重金属污染生物修复提供了新策略。

　　

镉（Cd）污染是当前全球环境治理的严峻挑战之一，尤其在采矿、冶炼等活动密集的区域，土壤中Cd²⁺的积累不仅威胁微生物群落稳定性，还通过食物链危害人类健康。传统物理化学修复方法成本高且易造成二次污染，而生物修复虽经济环保，却受限于微生物对重金属的耐受阈值。荒漠蓝藻（Cyanobacterial Soil Crust, CSC）作为先锋物种，虽能通过胞外聚合物（EPS）固定重金属，但高浓度Cd²⁺仍会破坏其细胞氧化平衡，导致修复效能下降。如何提升蓝藻的抗逆性与吸附能力，成为突破生物修复瓶颈的关键。

针对这一问题，内蒙古自治区工程研究中心等机构的研究人员提出将玉米秸秆生物炭（Corn Straw Biochar, CB）与荒漠蓝藻（Microcolus vaginatus, FACHB-1854）结合，通过复合体系（CSC-CB）协同增效。研究发表于《Algal Research》，揭示了CB通过快速吸附Cd²⁺、降低生物可利用性及提供微生境保护，显著缓解蓝藻胁迫压力。

关键技术方法
研究采用胁迫实验评估Cd²⁺对蓝藻存活的影响，批量吸附实验量化CSC-CB的去除效率，并结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）等表征手段解析吸附机制。实验材料包括BG-11培养基扩培的荒漠蓝藻及500℃热解制备的CB。

研究结果

1. CB协助CSC抵抗Cd²⁺胁迫：CSC-CB的Cd²⁺去除量达64.33 mg/L，较单一CSC提升45.58%；非EDTA可交换态Cd²⁺占比增加145.89%，表明CB通过降低Cd生物有效性缓解胁迫。
2. 吸附机制解析：EPS中Cd²⁺含量增加35.76%，证实CB促进蓝藻分泌EPS；FTIR显示CB表面羧基与Cd²⁺络合，SEM观察到孔隙填充与沉淀形成。
3. 协同效应：CB的导电性增强电子传递，促进Cd²⁺共沉淀；其多孔结构吸附营养盐，支持蓝藻定殖。

结论与意义
该研究首次阐明CB与荒漠蓝藻协同抗镉的多重机制：物理吸附（孔隙填充）、化学固定（表面络合）与生物调控（EPS分泌）。CSC-CB体系不仅将Cd²⁺转化为稳定形态，还通过改善微环境提升蓝藻存活率，为干旱区重金属污染治理提供了低成本、可持续的解决方案。未来可进一步优化生物炭特性，拓展其在复合修复中的应用潜力。