生物炭源溶解有机质对砷镉污染土壤中细菌群落结构及代谢功能的调控机制

本研究揭示了不同热解温度（400°C与700°C）和原料（羊骨、稻壳、兔粪）衍生的生物炭源溶解有机质（BDOM）如何通过改变土壤溶解有机质（SDOM）组成、营养元素（Ca/Mg/P）及有毒金属（As/Cd）的生物有效性，进而调控细菌群落多样性（如富集Chloroflexi/Actinobacteria）和代谢功能（烃类降解/固氮作用）。低热解温度（LPT）BDOM通过高挥发性有机物（VOCs）和活性碳促进发酵过程，而高热解温度（HPT）BDOM则更利于甲基营养型微生物生长，为污染土壤修复提供精准调控策略。

　　

Highlight

生物炭源溶解有机质（BDOM）显著改变了砷（As）和镉（Cd）污染土壤中溶解有机质（SDOM）的组成及细菌群落结构，其效果高度依赖于热解温度和原料类型。低温热解（LPT: 400°C）产生的BDOM富含活性碳和挥发性有机物（VOCs），提升了与碳循环相关的微生物活性（如纤维素分解、发酵作用），并增加了砷（As）和镉（Cd）的迁移性。相比之下，高温热解（HPT: 700°C）BDOM更倾向于支持寡营养型微生物（如甲基营养菌），同时降低了有毒金属的生物有效性。

关键发现

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  挥发性有机物（VOCs）差异：低温热解生物炭（LPT）含有更高浓度的芳香族化合物（如苯、甲苯），而高温热解（HPT）生物炭中多环芳烃（PAHs）占比更高。

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  SDOM荧光特性：羊骨衍生的LPT-BDOM使土壤荧光指数提升54%，新鲜度指数增加29%，表明其显著促进腐殖化过程。

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  功能微生物响应：兔粪-LPT和羊骨-HPT处理分别富集了烃类降解菌和固氮/硝酸盐还原菌，印证了原料特异性对微生物功能的塑造作用。

结论

本研究阐明了BDOM通过"碳活性-微生物功能-金属迁移性"三联调控机制影响污染土壤生态系统的规律，为基于原料和热解温度精准设计生物炭修复策略提供了理论依据。