生物炭-B403复合体对苯酚污染土壤的强化修复：微生物群落动态与降解机制研究

为解决土壤苯酚污染导致的生态失衡问题，研究人员通过将高效降解菌Rhodococcus pyridinivorans B403固定于竹炭生物炭，构建生物炭-微生物复合体。实验表明，该复合体在微尺度（100 g）和中尺度（5 kg）系统中分别实现97.1%和97.2%的苯酚降解率，显著缓解土壤酸化（pH提升0.13单位），并促进功能菌定殖及芳香族降解基因表达。该技术为土壤有机污染原位修复提供了高效环保的解决方案。

　　

苯酚作为美国环保署（USEPA）列出的"优先污染物"，在造纸、石油加工等行业废水中普遍存在，其稳定的化学性质导致土壤残留浓度可高达233 mg·kg^-1，严重威胁生态系统和人类健康。传统物理化学修复方法存在成本高、易二次污染等缺陷，而微生物修复技术虽环保经济，却受限于外源功能菌的存活率。针对这一难题，中国科研团队创新性地将高效苯酚降解菌Rhodococcus pyridinivorans B403与竹炭生物炭耦合，开发出兼具吸附与生物降解功能的复合修复系统。

研究采用扫描电镜（SEM）表征微生物-载体互作形貌，通过高通量测序解析微生物群落演变，结合qPCR定量功能基因表达。在建立50倍放大的中尺度土壤系统（5 kg）基础上，对比分析了自由菌与固定化菌的降解动力学差异。

微生物-载体互作机制
电镜观察显示，竹炭生物炭的微米级孔隙（2-3 μm）为B403菌（0.5 μm宽）提供了理想定殖空间（图1）。复合体比表面积达312 m²·g^-1，其表面羧基/羟基等含氧官能团促进菌体电子传递。

降解效能验证
在500 mg·kg^-1苯酚污染土壤中，复合体5日内降解率达97.2%，较自由菌体系缩短2天。土壤pH值从4.8升至5.3，缓解了苯酚降解导致的酸化效应。

微生物群落调控
16S rRNA测序表明，复合体使Chao1多样性指数提升41.7%，显著富集Pseudomonas等芳香族降解菌属。宏基因组分析显示，编码苯酚羟化酶（phl）的基因拷贝数增加3.8倍。

中尺度验证
50倍放大实验证实，复合体在5 kg土壤中仍保持97%以上的降解效率，突破了实验室微尺度研究向实际应用的转化瓶颈。

该研究开创性地将微生物固定化技术与中尺度实验相结合，证实生物炭-B403复合体可通过"物理吸附-生物降解"协同机制实现苯酚高效去除。其创新点在于：①揭示生物炭孔隙结构对功能菌的空间保护作用；②阐明复合体通过调控土壤酶活性和元素循环促进降解的分子机制；③建立可工程化放大的修复模型。这项发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》的成果，为工业污染场地修复提供了兼具科学性与实操性的技术范式。