2025年4月11日，扬州大学环境科学与工程学院Xu Meiling团队在国际期刊《Environmental Pollution》上发表了题为“Divergent mitigation mechanisms of soil antibiotic resistance genes by biochar from different agricultural wastes”的研究性论文。该研究探讨了源自玉米秸秆和鸡粪的生物炭在缓解农业土壤抗生素耐药基因污染方面的不同机制与潜力。结果表明，玉米秸秆生物炭主要通过提高土壤pH值和总碳含量来抑制特定耐药基因及其潜在宿主，而鸡粪生物炭则通过增加可溶性有机碳和总氮来改变微生物代谢并降低耐药基因丰度。
畜牧业中抗生素的大量使用导致其随粪便广泛排入环境，使农业土壤成为抗生素和耐药基因的重要储库。将农业废弃物转化为生物炭是实现废物减量、养分循环和土壤修复的可持续途径。然而，现有研究大多关注生物炭在堆肥过程中对耐药基因的去除效果，缺乏对其在农业土壤环境中作用机制的深入探讨。不同来源的生物炭（如植物残体与动物粪便）在比表面积、碳含量及官能团等方面表现出显著的理化性质差异，例如植物源生物炭通常富含芳香族官能团，而粪便源生物炭则含有较高的养分和含氧官能团，这些差异可能会直接影响其吸附特性及修复土壤污染物的功效。探明不同来源生物炭对土壤耐药基因的修复潜力及具体机制，对于筛选合适的生物炭生产原料以及保障农业土壤健康具有重要科学意义。
本研究设计了为期60天的微宇宙培养实验，将玉米秸秆生物炭和鸡粪生物炭分别以百分之二的质量比添加至受磺胺二甲嘧啶和四环素污染的农业土壤中。实验共设置六个处理组，包括空白对照、单一生物炭添加、单一抗生素添加以及生物炭与抗生素的复合添加组。研究期间系统测量了土壤理化性质和抗生素残留浓度。同时，利用高通量定量PCR技术评估了目标耐药基因和一类整合子的丰度，并结合16S rRNA基因扩增子测序技术分析了土壤细菌群落的演变规律。数据分析流程涵盖了方差分析、主成分分析、冗余分析、网络分析以及偏最小二乘路径模型建模。
（1）结论1：不同废弃物来源的生物炭呈现出明显的理化特性差异。玉米秸秆生物炭含有更丰富的芳香族官能团以及更高的碳和钾含量，而鸡粪生物炭则表现出更大的比表面积、孔隙体积以及更高的氮和磷含量。
（2）结论2：两种生物炭对土壤理化性质的改良效果存在显著分歧。得益于较高的灰分和碳含量，玉米秸秆生物炭显著提升了土壤的pH值和总碳水平 。相对而言，鸡粪生物炭则显著增加了土壤中的可溶性有机碳和总氮含量。
（3）结论3：生物炭的原料来源决定了其削减土壤耐药基因的具体物理与生物学机制。玉米秸秆生物炭通过抑制Haliangium等潜在宿主细菌的增殖，有效减少了四环素类耐药基因tetM和tetW的传播 。鸡粪生物炭则通过抑制Proteobacteria门下潜在宿主的生长以及增加可溶性有机碳，降低了磺胺类耐药基因sul2的丰度，并凭借提升土壤总氮和细菌多样性进一步削减了tetW的丰度。
（4）结论4：微生物群落的变异和移动遗传元件主导了耐药基因的水平转移过程。网络分析与结构方程模型显示，耐药基因与特定的细菌类群以及一类整合子intI1之间存在强烈的共发生关系，这表明生物炭主要通过改变土壤细菌群落结构和遗传流动性来间接调节耐药基因的空间分布与丰度变化。
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DOI: 10.1016/j.envpol.2025.126247
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