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文章介绍：铀污染对农业生产和土壤健康构成了严重威胁。生物炭作为一种由生物质热解产生的碳质材料，在修复铀污染土壤方面展现出巨大潜力。然而，关于生物炭对土壤-植物系统中铀的迁移转化和累积影响的全面综述尚显不足。本文首先回顾了铀的来源和土壤污染现状，指出采矿活动是当前土壤铀污染的主要来源。通过meta分析，发现生物炭的添加显著降低了土壤中铀的生物有效性和植物地上部铀的累积，其效应值分别达到58.9%（40.8%-76.8%）和39.7%（15.7%-63.8%）。此外，生物炭还能改善土壤微环境，为植物生长提供有利条件，并降低铀的迁移性。本文重点探讨了生物炭与铀相互作用的机制，强调了表面络合、还原、离子交换和物理吸附等机制在铀固定中的重要作用。生物炭的改性可通过优化这些机制进一步促进铀在土壤中的固定。最后，生物炭还能缓解植物氧化应激，减少植物组织中铀的累积，从而减轻铀对植物生长和发育的不利影响。综上所述，本文综述了生物炭通过多种机制修复土壤-植物系统中铀污染的能力，为可持续环境修复提供了重要参考。

土壤铀污染的来源： 包括天然放射性核素，也包括人为活动，尤其是核能利用过程中产生的放射性物质。

施用生物炭对土壤中铀固定的影响： 从图中可以看出，相较于对照组，添加了原始生物炭和改性生物炭的处理组中，土壤中的有效铀浓度均呈现显著降低的趋势，其效应值为58.9%（40.8 - 76.8%）；植物地上部的铀积累量也显著降低，其效应值为39.7%（15.7 - 63.8%）。值得注意的是，与原始生物炭（51.6%）相比，改性生物炭处理的土壤中有效铀浓度的降低幅度更大（67.2%）这进一步证实了改性生物炭在降低土壤中有效铀浓度和减少植物对铀吸收方面可能具有更优的效果。

铀在生物炭上的固定机制： 在生物炭表面，铀可以与官能团（如羧基、羟基等）发生表面络合作用，形成稳定的络合物。这种络合作用有助于降低铀在土壤中的迁移性和生物有效性。经过铁改性和微生物改性的生物炭具有将铀（VI）还原为铀（IV）的能力。铀（IV）的化合物通常比铀（VI）更稳定，因此这种还原作用有助于进一步固定铀。物理吸附机制，包括静电吸引和范德华力，也在铀的固定过程中起到了重要作用。生物炭表面的负电荷可以通过静电吸引与带正电荷的铀离子相互作用，而范德华力则提供了分子间的相互吸引力。UO22+可以取代生物炭表面的Ca2+、Mg2+、Na+和K+等离子，发生离子交换作用。这种离子交换作用进一步增强了铀在生物炭上的固定化。

生物炭应用对植物氧化应激和抗氧化系统的影响： 生物炭的添加显著降低了铀在土壤中的生物有效性，减少了铀在植物中的吸收和迁移。这一变化导致植物受到的氧化应激减轻，并伴随着抗氧化系统活性的提高。此外，生物炭还可以通过提高土壤质量和微生物活性等方式促进植物生长。

研究展望： 1) 影响生物炭修复效果的因素研究：未来研究应深入探讨土壤性质、铀污染水平、植物物种和生物炭特性等因素如何影响生物炭在土壤-植物系统中的修复效果。这有助于我们更全面地了解生物炭的修复机制，为实际应用提供指导。 2) 生物炭改善土壤质量和作物生长潜力的研究：评估生物炭对土壤养分循环、水分保持和作物生长的影响至关重要。这将为可持续农业实践提供新的见解和思路。 3) 分子技术研究：利用转录组学或蛋白质组学等分子技术，深入研究生物炭应用如何影响植物对铀暴露的反应。特别是，需要揭示转运蛋白基因在植物细胞中的机制和表达。这将有助于我们更深入地理解生物炭与植物之间的相互作用。 4) 长期实地试验和持续调查：进行长期的实地试验和持续的调查，以跟踪生物炭在不同土壤成分和环境条件下的性能和影响。这将有助于我们更准确地评估生物炭的修复效果，并为其在实际应用中的优化提供依据。

本文发表在国际期刊Biochar，影响因子12.7。第一作者黄凤羽副教授，通讯作者方临川教授，该研究得到该研究得到国家自然科学基金项目(U21A20237)的资助。

论文链接: https://doi.org/10.1007/s42773-024-00308-3