在废水灌溉条件下，微波活化的蛋壳生物炭通过固定铝元素来促进菠菜生长并增强其抗氧化能力

《BMC Plant Biology》：Microwave-activated eggshell biochar enhances spinach growth and antioxidant defense by immobilizing aluminum under wastewater irrigation conditions

　　

摘要

酸性土壤和工业废物中的铝元素会通过影响根系及植物生理功能，降低全球农业生产力，尤其在矿区周边更为明显。本研究测试了经微波处理的蛋壳生物炭缓解铝毒性的效果，以菠菜为试验材料。实验采用因子设计，设置四种浓度的模拟铝废水（0%、25%、50%和100%），以及两种生物炭添加量（5和10克/千克土壤），并通过90秒的微波处理进行优化。结果表明，仅使用100%浓度的废水且不添加生物炭时，植物的株高和叶片干重分别减少了45.4%和47.0%，同时根系脂质过氧化程度（MDA）上升了128.6%。相反，添加10克生物炭后，植物的生长显著得到改善，在正常条件下株高增加了21.3%，还能帮助植物在胁迫环境下更快恢复。生物炭还提升了植物的抗氧化酶活性，尤其是根系的SOD和CAT酶活性，同时使叶片对铝的吸收量减少了40.8%。双因素方差分析显示，废水浓度与生物炭添加量之间存在显著的交互作用（p＜0.05），这种作用影响了大多数与生长和胁迫相关的指标。这些研究结果表明，经微波处理的蛋壳生物炭可通过碳酸钙介导的铝沉淀和表面吸附作用，有效净化根际环境。本研究为在废水灌溉及受矿业影响的农业生态系统中安全种植蔬菜提供了可持续的解决方案。

图形摘要

酸性土壤和工业废物中的铝元素会通过影响根系及植物生理功能，降低全球农业生产力，尤其在矿区周边更为明显。本研究测试了经微波处理的蛋壳生物炭缓解铝毒性的效果，以菠菜为试验材料。实验采用因子设计，设置四种浓度的模拟铝废水（0%、25%、50%和100%），以及两种生物炭添加量（5和10克/千克土壤），并通过90秒的微波处理进行优化。结果表明，仅使用100%浓度的废水且不添加生物炭时，植物的株高和叶片干重分别减少了45.4%和47.0%，同时根系脂质过氧化程度（MDA）上升了128.6%。相反，添加10克生物炭后，植物的生长显著得到改善，在正常条件下株高增加了21.3%，还能帮助植物在胁迫环境下更快恢复。生物炭还提升了植物的抗氧化酶活性，尤其是根系的SOD和CAT酶活性，同时使叶片对铝的吸收量减少了40.8%。双因素方差分析显示，废水浓度与生物炭添加量之间存在显著的交互作用（p＜0.05），这种作用影响了大多数与生长和胁迫相关的指标。这些研究结果表明，经微波处理的蛋壳生物炭可通过碳酸钙介导的铝沉淀和表面吸附作用，有效净化根际环境。本研究为在废水灌溉及受矿业影响的农业生态系统中安全种植蔬菜提供了可持续的解决方案。

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