综述：解读生物炭–植物根际促生菌（PGPR）–植物之间的协同作用，以实现有机污染物的可持续土壤根际修复

《Archives of Microbiology》：Deciphering biochar–PGPR–plant synergies for sustainable soil rhizoremediation of organic pollutants

生物炭辅助植物修复技术通过整合有机改良剂与植物促生菌（PGPR）显著提升柴油污染土壤（30,000 mg kg?1）的净化效率，总石油烃（TPHs）去除率达84%，同时协同降低烷烃和苯并[a]芘含量。机制涉及生物炭孔隙结构吸附、表面化学稳定重金属及促进PGPR定殖，PGPR通过酶解、生物膜及ACC脱氨酶增强污染物降解，形成吸附-微生物降解-植物修复协同体系。挑战包括生物炭老化调控及重金属-有机污染物交互作用。

　　

摘要

土壤受到有机污染物的污染，这些污染物包括石油烃、多环芳烃（PAHs）、农药和抗生素，以及有毒重金属（Cd、Pb、Cr和As），这构成了一个持续的全球环境挑战。本文综述了近年来生物炭辅助的根际修复技术与促进植物生长的根际细菌（PGPR）相结合的进展，重点探讨了污染物去除、固定和土壤恢复的机制。来自受控温室研究的证据表明，在高污染条件下（柴油浓度为30,000 mg kg?1），有机改良剂、生物炭（BC）、堆肥（CM）和粪肥（MN）与玉米联合使用后，90天内可显著提高柴油污染土壤的植物修复效果：总石油烃（TPHs）的去除率可达84%，正烷烃的去除率为52%，多环芳烃（PAHs）的去除率为32%。除了报告修复效率外，本文还强调了关键机制参数，包括生物炭的表面积、孔结构、芳香性、官能团化学性质、pH缓冲能力、微生物定殖位点、酶促稳定作用以及根际驱动的基因表达。生物炭本身主要通过吸附和固定作用将PAH浓度降低约20–30%，同时作为生物地球化学界面，稳定根际细菌并促进其功能降解途径。根际细菌通过生物表面活性剂、铁载体、ACC脱氨酶和植物降解作用促进植物生长和根际修复。因此，生物炭–PGPR–植物综合系统实现了协同吸附、根际刺激、微生物介导的降解以及通过生物吸附和植物稳定作用降低重金属迁移性。尽管这种修复方法具有可扩展性和可持续性的巨大潜力，但仍存在一些挑战，如生物炭用量的优化、潜在的营养物质固定效应、老化导致的物理化学性质变化，以及可能影响系统性能的特定地点的生物和非生物相互作用。未来的研究应优先考虑基于机制理解的生物炭–PGPR配方、标准化评估框架，并在复杂共污染土壤中进行实地验证。

图形摘要

土壤受到有机污染物的污染，这些污染物包括石油烃、多环芳烃（PAHs）、农药和抗生素，以及有毒重金属（Cd、Pb、Cr和As），这构成了一个持续的全球环境挑战。本文综述了近年来生物炭辅助的根际修复技术与促进植物生长的根际细菌（PGPR）相结合的进展，重点探讨了污染物去除、固定和土壤恢复的机制。来自受控温室研究的证据表明，在高污染条件下（柴油浓度为30,000 mg kg?1），有机改良剂、生物炭（BC）、堆肥（CM）和粪肥（MN）与玉米联合使用后，90天内可显著提高柴油污染土壤的植物修复效果：总石油烃（TPHs）的去除率可达84%，正烷烃的去除率为52%，多环芳烃（PAHs）的去除率为32%。除了报告修复效率外，本文还强调了关键机制参数，包括生物炭的表面积、孔结构、芳香性、官能团化学性质、pH缓冲能力、微生物定殖位点、酶促稳定作用以及根际驱动的基因表达。生物炭本身主要通过吸附和固定作用将PAH浓度降低约20–30%，同时作为生物地球化学界面，稳定根际细菌并促进其功能降解途径。根际细菌通过生物表面活性剂、铁载体、ACC脱氨酶和植物降解作用促进植物生长和根际修复。因此，生物炭–PGPR–植物综合系统实现了协同吸附、根际刺激、微生物介导的降解以及通过生物吸附和植物稳定作用降低重金属迁移性。尽管这种修复方法具有可扩展性和可持续性的巨大潜力，但仍存在一些挑战，如生物炭用量的优化、潜在的营养物质固定效应、老化导致的物理化学性质变化，以及可能影响系统性能的特定地点的生物和非生物相互作用。未来的研究应优先考虑基于机制理解的生物炭–PGPR配方、标准化评估框架，并在复杂共污染土壤中进行实地验证。

图形摘要