农药化肥的滥用和废水灌溉导致稻田镉（Cd）污染加剧，亟待有效修复手段。为此，贵州大学2024级博士研究生陈勇林在杨文弢副教授、刘鸿雁教授和吴攀教授等指导下，以牛粪和磷矿粉作为原料通过两步改性法制备了功能性磷负载磁性生物炭复合材料（PMLB）。该研究系统考察了PMLB在不同水稻生育期对Cd的固定效应及其作用机制，重点探究了PMLB施用对土壤理化性质、酶活性、孔隙水养分及微生物生物量的影响，同时分析了Cd形态转化、根表铁膜（IP）形成及其组分变化特征，阐明了IP组成演变对Cd固定方式的影响。研究采用结构方程模型定量解析了PMLB对土壤有效态Cd含量、IP形成及水稻Cd吸收的独立与协同效应，为深入理解生物炭调控水稻根际Cd迁移转化-IP形成-植株吸收的耦合机制提供了全面的理解。

图1 各环境因子在PMLB施用下对土壤Aci-Cd含量的影响

本文总结得出（1）PMLB的施用显著降低了水稻各生育期土壤中乙酸可提取态镉（Aci-Cd）含量，土壤pH、有效磷含量和脲酶活性是驱动土壤Aci-Cd变化的关键因素。（2）土壤微生物生物量对降低水稻Cd累积的贡献最大（总通径系数：-0.48），其次为土壤酶活性和IP的作用。（3）PMLB促进了IP的形成，并改变了IP对Cd的固定方式，即从与铁（氢）氧化物和磷酸盐的共沉淀到以磷酸盐作为连接Cd和铁（氢）氧化物的桥梁形成三元络合物。

图2 PMLB对根表铁膜形成和组成以及其对Cd固定方式的影响

图3 PMLB对水稻各组织Cd含量、累积量及影响路径的影响

研究成果以“Phosphorus-loaded magnetic biochar for remediation of cadmium contaminated paddy soil: Efficacy and identification of limiting factors”为题发表于环境科学与生态学期刊Journal of Hazardous Materials（IF2024=12.2）。本研究获得国家自然科学基金青年科学基金项目长期不同施肥对黄壤性水稻土镉累积过程及活性影响机制（32101391）的资助。