Environmental Pollution: 生物炭联合氮肥对农田土壤Cd的生物有效性、水稻产量及根际土壤生态环境的影响机制

近日，农业农村部环境保护科研监测所开展了生物炭与氮肥的协同效应对土壤Cd的生物有效性、水稻产量以及土壤生态环境质量影响相关研究。研究结果发现生物炭联合氮肥一方面可以降低土壤Cd的有效态含量，进而减弱了水稻体内Cd的吸收与富集，并且增加了水稻的产量，另一方面，生物炭联合氮肥能够改善土壤生态环境质量，为修复治理Cd污染土壤提供绿色可持续的技术支撑。

重金属镉（Cd）污染已严重影响土壤健康，威胁农产品质量安全利用。水稻是世界主要的粮食作物，其生产的安全性令人高度关注。为保障和提高农产品生产力和产量，氮肥已广泛应用于农田，然而氮肥对土壤中Cd存在形态和植物Cd吸收利用的影响鲜有受到关注。生物炭在改善土壤理化性质、修复治理重金属等污染物迁移转化方面的功能逐渐被人们所认知，然而，生物炭联合氮肥如何影响土壤中Cd活性、水稻体内Cd的吸收富集以及Cd转化与植物-土壤-根际微生物系统间的复杂关系，目前仍不清楚。因此，本文系统研究了生物炭和氮肥联合应用对Cd污染农田土壤的理化性质、Cd的有效性及水稻体内Cd的富集的影响，通过高通量测序技术和通径分析等手段，阐明了生物炭联合氮肥作用下根际土壤微生物群落组成和结构的变化规律以及与土壤环境因素之间的相关性，揭示了水稻可食部位Cd富集的主要影响因子。

本研究发现单一氮肥处理提高了土壤中Cd的有效性和水稻可食部位Cd含量，而生物炭联合氮肥处理可显著降低土壤中Cd的活性和水稻Cd的吸收富集，并改善了土壤理化性质，提高了水稻产量。

高通量测序技术研究发现生物炭联合氮肥改变了土壤微生物群落结构并提高了土壤细菌主要物种丰度（如Acidobacteria和Spirochaetes）。功能基因预测分析发现生物炭联合氮肥影响了微生物的代谢途径。此外，通径分析表明土壤pH、有机质、碱解氮和有效态Cd含量是影响水稻Cd吸收的主要因素。

该成果以“Co-application of biochar and nitrogen fertilizer promotes rice performance, decreases cadmium availability, and shapes rhizosphere bacterial community in paddy soil”发表于《Environmental Pollution》。农业农村部环境保护科研监测所博士生张丽和硕士研究生何玉垒为论文共同第一作者，林大松研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。

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https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119624