《Biomass and Bioenergy》：Cascade phytohormone and semi-continuous cultivation enhance CO
2 fixation and lipid accumulation in
Chlorella vulgaris
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本研究评估了阿克苏木和花生壳生物炭（300°C和600°C）在降低污染土壤中Cd、Cr、Mn、Ni、Pb对蔬菜累积的影响，发现生物炭显著减少PTE生物可利用性，降低健康风险76%-80%，但Monte Carlo模拟显示风险仍超标，需结合其他治理措施。
Irfan Ullah | Seemab Akhtar | Muhammad Adnan | Javed Nawab
科哈特科技大学生物科学学院植物学系，巴基斯坦开伯尔-普赫图赫瓦省科哈特市，26000
摘要
在受污染的城市土壤中种植的蔬菜中，潜在有毒元素（PTEs）的生物累积对人类健康构成了严重威胁。本研究评估了在300°C和600°C下制备的相思木和花生壳生物炭（以1%和2%的比例施用）在减少PTE吸收方面的有效性。实验所用土壤的pH值为7.8，电导率为0.9 dS m?1，碳酸钙含量为9.5%，总可溶性盐分为0.5%，有机质含量为0.69%，阳离子交换容量为12 cmol kg?1，质地为粉壤土。基线浓度中，Cd、Cr、Mn、Ni和Pb的含量分别为4.1 mg kg?1、43 mg kg?1、376.4 mg kg?1、33.5 mg kg?1和23.2 mg kg?1。生物炭的应用显著降低了蔬菜中的PTE浓度（p < 0.05），降低了80%；同时，生物累积因子下降了60%，成人和儿童的确定性非致癌风险及致癌风险也下降了76–80%。然而，蒙特卡洛模拟表明，健康风险仍高于可接受水平，其中PTE浓度是最具影响力的因素。这些结果表明，原料类型和热解温度对PTE的固定和稳定起着关键作用。虽然生物炭能有效降低PTE的生物可利用性和相关健康风险，但仍需采取额外措施以确保在受污染的城市环境中安全生产蔬菜。
引言
生物炭是通过在有限氧气条件下对生物质进行热解而产生的，由于其能够改善土壤的物理结构、化学性质和生物功能，已成为一种有效的土壤改良剂[1]。其碱性、高表面积和丰富的官能团有助于提高土壤pH值、保水性、阳离子交换能力、养分可用性和氮利用效率[2]。这些变化影响了关键的土壤生物地球化学过程，为植物生长创造了更适宜的微环境[3]。
热解过程中的热化学转化产生了具有高芳香碳含量和强化学稳定性的生物炭[4],[5],[6]。由于这些特性，生物炭被广泛用于修复受PTE污染的土壤[7],[8],[9]。它还在碳封存、提高土壤肥力和作物产量方面发挥着重要作用[10,11]。值得注意的是，生物炭可以增加植物可利用的磷并促进作物生长[12],[13],[14]。尽管许多研究表明生物炭可以降低土壤中PTE的移动性和生物可利用性，但长期和地区特定的评估仍较为有限[15]。
科哈特地区的城市土壤受到多种人为来源的严重PTE污染，包括污水和工业废水、萨马纳山地区的采石和铁矿开采、车辆排放、不当的废物处理、垃圾填埋场渗滤液以及农业径流[16],[17],[18]。大量的区域研究探讨了植物利用情况、环境污染及相关的人类健康风险[19],[20],[21],[22],[23]。然而，关于生物炭在半干旱环境中与PTE污染土壤相互作用的长期评估仍然不足，大多数见解来自短期实验室实验[24,25]。
我们假设生物炭改良剂可以降低受污染土壤中蔬菜中PTE的移动性和吸收，从而降低其消费带来的潜在健康风险。因此，这项为期一年的田间研究评估了不同类型生物炭对城市受污染土壤中蔬菜的物理化学性质和PTE累积的影响。研究还结合了确定性和概率性健康风险评估，以全面评估消费者安全。总体而言，这些发现为减轻城市农业系统中的PTE污染以及制定可持续的、地区特定的土壤修复策略提供了有价值的指导。
土壤采样
土壤样本是在巴基斯坦科哈特市城区0–15厘米深度使用铁钻采集的，用于盆栽实验。由于城市废物和废水的影响，这些土壤自然含有Cd、Cr、Mn、Ni、Pb和Zn。样本采集完全随机化，每个样本重复三次。样本均匀混合后装入聚乙烯袋中，并运送到实验室进行进一步分析。土壤采样的地理坐标（GPS）为33° 34′ 55.06″
土壤特性
实验所用土壤、相思木和花生壳生物炭的物理和化学特性见表3。样本AW1、AW2、PH1的参数如下：pH值（7.8、8.7、9.3、9.2、9.6）、电导率（E.C）（0.9、0.4、0.5、0.15、0.2 dS m?1）、碳酸钙（CaCo3）（9.5、0.8、0.75、1.6%）、总可溶性盐分（TSS）（0.5、0.04、0.08、0.06、0.09%）、阳离子交换容量（CEC）（4.2、12、15.2、43.6、45.5 cmol kg?1
结论与未来建议
研究表明，由相思木和花生壳制成的生物炭可以改善土壤性质，并降低潜在有毒元素（PTEs）的移动性和植物吸收，体现了其作为实用且经济高效的土壤改良剂的作用。尽管生物炭降低了暴露风险，但在高度污染的土壤中，蔬菜中的污染物含量仍高于安全限值，表明可能需要额外的或补充的修复措施。
通过改善土壤结构...
作者贡献声明
Irfan Ullah：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据分析、概念构建。
Seemab Akhtar：方法论设计、实验实施、资金筹集。
Muhammad Adnan：数据可视化、结果验证、实验监督。
Javed Nawab：结果验证、实验监督、软件使用。
参与同意
不适用。
数据和材料的获取
数据可应要求提供给通讯作者。
代码的可用性
不适用。
伦理批准
本文不包含任何作者参与的人类或动物实验。
出版同意
所有作者均同意并允许公开他们的研究数据、个人信息、图片和补充材料。
资金信息
本研究未获得任何资金支持。
利益冲突/竞争利益
作者声明在本文发表过程中不存在利益冲突。
致谢
我们感谢匿名审稿人对本文的仔细审阅以及针对文章内容的许多有价值的意见。本文是Irfan Ullah博士论文的一部分。作者感谢实验室工作人员和巴基斯坦工业与科学研究委员会在文章发表过程中提供的支持。
