生物炭堆肥技术促进六价铬还原并改善土壤质量与微生物群落结构

本研究推荐：生物炭堆肥（BCing）技术通过添加不同粒径生物炭（LB/SB）显著降低Cr(VI)含量（最高94.94%），促进铬形态向稳定态转化，提升土壤电导率（EC）、有机质（OM）及养分含量，并重塑以放线菌门（Actinobacteriota）和子囊菌门（Ascomycota）为主的微生物群落，为铬污染土壤修复提供可持续策略。

　　

Highlight

生物炭堆肥（BCing）——即在堆肥初期添加生物炭的技术，在过去十年农业应用中大幅增长。然而，其对铬污染土壤修复的作用尚缺乏系统研究。

关键发现

1. Cr(VI)还原效率：无生物炭堆肥（C）、大粒径生物炭堆肥（LBCing）和小粒径生物炭堆肥（SBCing）均显著降低土壤Cr(VI)含量（P < 0.05），5%添加量下还原率分别达91.14%、89.87%和94.94%，其中SBCing效果最优。

2. 铬形态转化：所有处理均促进交换态铬向氧化态转化，提升环境稳定性，同时降低水溶性铬和浸出铬含量。

3. 土壤质量提升：处理组土壤电导率（EC）、有机质（OM）水平显著提高，氧化还原电位降低。

4. 微生物群落重塑：高添加量（5%）增加细菌多样性（Shannon指数），降低真菌多样性，并形成以放线菌门（Actinobacteriota）、厚壁菌门（Firmicutes）和子囊菌门（Ascomycota，占比>99%）为主的群落结构。Mantel测试表明Cr(VI)含量与铬形态显著影响微生物群落。

讨论

BCing通过生物炭的孔隙结构和表面特性（如小粒径生物炭的更大比表面积）优化堆肥过程，增强Cr(VI)还原。其协同作用机制包括：

• 堆肥腐殖质（含羧基、酚羟基等）直接还原Cr(VI)；

• 生物炭吸附固定铬并改善微生物栖息环境；

• 高添加量下养分释放驱动微生物群落功能分化。

结论

BCing技术可高效降低Cr(VI)毒性，其中小粒径生物炭堆肥（SBCing）效果最佳，同时改善土壤肥力及微生态，为铬污染修复提供绿色解决方案。