生物炭负载芽孢杆菌-假单胞菌复合菌群高效固定铀污染土壤的协同机制研究

针对铀污染土壤原位修复效率低的难题，研究人员创新构建了生物炭负载芽孢杆菌（Bacillus）与假单胞菌（Pseudomonas）的复合菌群（3:2:2:3比例），通过吸附-生物还原-生物矿化协同作用使DTPA-U（二乙烯三胺五乙酸提取态铀）固定效率达80.17%，XPS和FT-IR揭示了羟基/羧基/磷酸基等关键官能团贡献，16S rRNA测序证实外源菌成功定殖，为铀污染土壤修复提供新型生物炭-微生物协同技术。

　　

铀矿开采和湿法冶金导致的环境污染已成为全球性难题，土壤中铀可通过食物链进入人体，威胁生态安全和健康。尽管物理吸附、化学固定等方法已有应用，但存在成本高、二次污染风险大等瓶颈。微生物修复因其环境友好特性备受关注，但单一菌种面临修复效率低、土著微生物竞争等挑战。西南科技大学（Southwest University of Science and Technology）的研究团队创新性地将生物炭与复合微生物联用，在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究中揭示了协同固定铀的多重机制。

研究采用四种具铀修复潜力的菌株：枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）CICC 10208、蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）ATCC 14579、恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）MTCC 1194和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）PAO1，通过生长曲线测定筛选最佳配比，结合生物炭负载技术构建复合修复体系。关键技术包括：16S rRNA高通量测序分析微生物群落结构，X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）解析铀结合位点，以及二乙烯三胺五乙酸提取法（DTPA-U）评估生物有效性铀固定效率。

微生物单菌与复合菌群铀抗性比较
通过生长曲线实验发现，铜绿假单胞菌铀抗性最强，10小时胁迫后枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌存活率显著下降。复合菌群（3:2:2:3配比）表现出协同增效，DTPA-U固定率较单菌提升30%以上。

生物炭-微生物协同机制
生物炭负载复合菌（BMH组）实现80.17% DTPA-U固定率，显著高于物理混合组（BMQ）和单一生物炭组（BC）。XPS证实U(VI)被还原为U(IV)，FT-IR识别出羟基（-OH）、羧基（-COOH）、氨基（-NH₂）和磷酸基（-PO₄^3-）为关键结合位点，生物炭孔隙结构同时提供微生物庇护所和铀吸附位点。

微生物群落动态
16S rRNA测序显示，外源菌成功定殖并改变土壤微生物组成，芽孢杆菌和假单胞菌相对丰度分别提升2.1倍和1.8倍，其分泌的胞外聚合物（EPS）促进铀螯合。

该研究开创性地提出生物炭-复合菌群协同修复策略，突破单一微生物修复效率瓶颈。复合菌群通过生物还原（将U(VI)转化为U(IV)）、生物矿化（形成U-P微沉淀）和官能团吸附三重路径实现铀固定，生物炭则通过物理保护和化学吸附强化这一过程。研究成果为铀污染土壤原位修复提供可工程化应用的技术方案，尤其适用于氧含量高的表层土壤修复。未来可进一步优化菌群组成与生物炭载体的适配性，推动微生物修复技术的规模化应用。