東北地理所在低溫條件下對磺酰脲類除草劑的阻控和消減機制方面取得研究進展
在農業生產過程中，各種有機化學品進入黑土農田土壤中，導致土壤環境質量退化，農作物安全問題日趨嚴重。磺酰脲類除草劑是由美國杜邦公司于上世紀研究、應用的具有廣譜、高效、高選擇性的一類除草劑。芐嘧磺隆作為一種典型的磺酰脲類除草劑，被廣泛應用于水稻田中闊葉雜草的去除。由于芐嘧磺隆不易揮發、光降解能力有限，可以長期存在于土壤環境中，對農田土壤生態系統動物、植物和微生物造成一定的威脅。
東北地理所環境生態學科組研究人員采用農業廢棄物玉米秸稈為生物質原料，通過雜原子摻雜及共摻雜的方式，研發具有發達空隙結構、高比表面積的多孔生物炭，探究兩種改性生物炭對芐嘧磺隆的去除效果與機制；此外，從長期施用除草劑芐嘧磺隆的水稻田土壤中篩選分離純化微生物，得到高效降解芐嘧磺隆的耐低溫降解菌Acinetobacter YH0317，并利用生物炭良好的結構性能和孔隙結構，通過吸附法將微生物固定在生物炭上，形成生物炭-微生物協同技術，并將其應用于芐嘧磺隆污染土壤。研究結果表明：在低溫條件下，改性生物炭負載Acinetobacter YH0317顯著提高了土壤pH、SOC和NH4+-N的含量、芐嘧磺隆的去除效率和微生物的多樣性，減少土壤CO2排放量（P < 0.05）。土壤CO2的排放量與固碳基因fhs的數量呈顯著負相關，表明fhs基因可能在減少土壤CO2排放方面發揮重要作用。綜上，生物炭-微生物協同技術有利于實現稻田土壤有機污染物的消減和溫室氣體減排的雙重目標，為合理處置農業廢棄物、保障國家糧食安全和實現“雙碳”目標提供技術支撐。
相關研究成果發表在農林科學國際期刊Journal of Hazardous Materials,Bioresource Technology和Journal of Cleaner Production上。環境生態學科組博士研究生楊陽為論文第一作者，于泳研究員為通訊作者。本研究得到中國科學院戰略性先導科技專項(XDA23070502)和國家自然科學基金的聯合資助。
論文信息：
Yang Y,Kang ZC,Wang J,Xu GH,Yu Y*. Simultaneous achievement of removing bensulfuron-methyl and reducing CO2 emission in paddy soil by Acinetobacter YH0317 immobilized boron-doping biochar. Journal of Hazardous Materials,2024,467,133758.
Yang Y,Kang ZC,Wang J,Xu GH,Yu Y*. Enhanced removal efficiency of bensulfuron-methyl by a novel boron doping biochar-based Acinetobacter YH0317 at a lower temperature. Bioresource Technology,2023,386,129570.
Yang Y,Kang ZC,Xu GH,Yong Yu*. Enhanced adsorption performance of bensulfuron methyl with B doping biochar: Mechanism and density functional theory calculations. Bioresource Technology,2023,372,128657.
Yang Y,Kang ZC,Xu GH,Wang J,Yu Y*. Degradation of bensulfuron methyl by nitrogen/boron codoped biochar activated peroxydisulfate at lower temperature. Journal of Cleaner Production,2023,402,136816.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.133758
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129570
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.128657
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.136816
圖1 原始生物炭（a）、改性生物炭（b）、Acinetobacter YH0317（c-d）、原始生物炭負載Acinetobacter YH031（e）和改性生物炭負載Acinetobacter YH0317（f）的掃描電鏡圖像
圖2 不同處理組門（a）和屬（b）水平微生物群落結構的相對豐度；土壤微生物群落結構與土壤性質的相關性分析（c）
圖3 生物炭-微生物協同技術降低農藥殘留和減少溫室氣體排放的機理圖
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