玉米秸秆生物炭负载哈茨木霉对镉铜污染土壤的协同修复机制及生物有效性调控研究

本研究针对重金属(Cd-Cu)复合污染土壤修复难题，创新性地采用玉米秸秆生物炭(MB)负载哈茨木霉(Trichoderma harzianum)形成MBT复合材料。通过90天培养实验证实5% MBT处理可显著降低DTPA-Cd(45→25.3 mg kg-1)和DTPA-Cu的生物有效性，将交换态Cd降低15.33%，并提升土壤脲酶和过氧化氢酶活性。该研究为微生物-生物炭联合修复技术提供了理论支撑和实践范式。

　　

重金属污染已成为全球性环境挑战，镉(Cd)和铜(Cu)因其高毒性、生物累积性和持久性尤其令人担忧。据统计，中国16.2%的土壤点位存在污染，其中无机污染物占比高达82.8%。传统修复技术如植物修复和土壤洗涤存在效率低、成本高等局限，而单纯生物炭修复对重金属生物有效性的调控效果有限。面对这一困境，巴基斯坦真纳大学(Quaid-i-Azam University)植物科学系的研究团队在《Scientific Reports》发表创新研究，将真菌修复与生物炭技术相结合，开发出哈茨木霉负载玉米秸秆生物炭(MBT)的新型复合材料，系统评估了其对Cd-Cu复合污染土壤的修复效能。

研究采用三步技术路线：首先通过600℃缺氧热解制备玉米秸秆生物炭(MB)，经SEM证实其多孔结构；随后将哈茨木霉与生物炭以1:1比例复合培养7天形成MBT；最后通过90天培养实验，结合Tessier连续提取法、DTPA提取、统一生物可给性方法(UBM)和酶活性检测，全面评估1%和5%添加量下MB与MBT的修复效果。

Cd-Cu形态转化动态

通过Tessier连续提取发现，MBT5处理使交换态Cd降低15.33%，同时残渣态Cd增加6.31%。Cu的形态转化更为显著，残渣态Cu在MBT5处理中提升19.65%，而碳酸盐结合态Cu从50.7%降至34.64%。SEM观察显示

，真菌菌丝成功定殖于生物炭孔隙结构。

生物有效性调控

DTPA提取数据显示，MBT5使Cd、Cu的植物有效性分别降低43.8%和75.8%。UBM模拟人体消化环境发现，MBT5处理下Cd在胃相和肠相的生物可给性分别降低68.1%和63.5%

，证实MBT可有效阻断重金属经口暴露风险。

土壤生态功能恢复

酶活性监测显示

，MBT5处理的过氧化氢酶活性在培养后期显著提升，脲酶活性在42天后恢复至对照水平，表明微生物-生物炭协同作用可逆转重金属对土壤生化过程的抑制。

该研究揭示了MBT的协同修复机制：生物炭提供巨大的比表面积和含氧官能团(-OH、-COOH)通过离子交换和表面络合固定重金属；哈茨木霉则通过菌丝表面负电荷基团(氨基、磷酸基)的静电吸附，以及分泌胞外聚合物(EPS)形成物理屏障。研究创新性地将微生物修复与生物炭技术耦合，证实5% MBT处理可使Cd-Cu从生物有效态向残渣态转化，同时提升土壤生态功能，为重金属污染土壤的绿色修复提供了可规模化应用的技术方案。