作者：何艳，苏心，李淑瑶，成洁，杨雪玲，窦继博，徐建明单位：浙江大学环境与资源学院土水资源与环境研究所；浙江省农业资源与环境重点实验室卷期：《土壤学报》2024年第61卷第5期
有机氯代传统和新污染物（Organochlorine pollutants，OCPs）在环境中易形成持久性污染源，可对人类健康和生态环境造成巨大影响。大量研究证实，厌氧条件下由土壤微生物胞外呼吸电子传递介导的生源要素循环对OCPs的生物地球化学过程具有重要影响，进而调控土壤健康演变方向。从多过程耦合角度厘清OCPs类传统和新污染物在土壤中残留的潜在健康风险，在全球“一体化健康”的需求下显得尤为必要。本文以OCPs为例，在简要梳理土壤OCPs污染研究现况的基础上，从土壤氧化还原多过程耦合的视角，融合OCPs污染转化与元素循环，重新解译残留OCPs的土壤健康风险。在此基础上，呼吁基于理论创新驱动的多过程协同机制与精准调控研究，以期为实现减污固碳协同治理提供科学见解，支撑完善土壤健康理论和国家重大战略的有效实施。近42年来，土壤中OCPs相关发文量呈逐年增加趋势，不同类型的持久性OCPs在土壤中被广泛检出，其半数以上为我国重点管控的新污染物（图1a）。《新污染物治理行动方案》的印发，表明了我国对防范新污染物环境与健康风险的决心（图1b）。![]()
图1 土壤有机氯相关研究进展：a）1981—2022年发文数量；b）代表性里程碑事件OCPs类传统和新污染物进入土壤后，易与土壤矿物/有机质牢固结合，形成结合残留。该部分结合态残留，无法被常规方法检测，导致土壤OCPs污染检测结果失真。此外，以往研究尚未考虑结合态残留和多过程耦合效应，特别是因脱氯和其他氧化还原过程的耦合所产生的潜在风险通常被忽略。与此同时，还原脱氯与产甲烷都是厌氧环境中发生的两大重要过程，一个影响污染削减、一个关乎全球温室气体排放。我们前期研究已证实，这两个过程虽均是得电子过程，但在不同厌氧介质中伴生，存在互营协同大于电子竞争的耦合关系，且产甲烷菌具有间接辅助及直接脱氯新功能，从而表现出脱氯与产甲烷协同增进的普适效应。因此，关注与OCPs还原脱氯削减伴生的甲烷排放风险具有必要性。从OCPs残留土壤的健康重建出发，我们提出了厌氧土壤OCPs污染多过程协同靶向调控思路：以干扰兼性脱氯功能菌群互作介导的电子传递为突破口，通过开源、节流、提速、互利共赢，调控电子传递的流向及流量，实现还原脱氯与元素转化的优化耦合，以同步协调污染削减、甲烷排放和还原物质毒害，综合增进土壤健康（图2）。开源即补充外源电子供体，提高厌氧微生物进行污染转化与元素循环代谢过程所释放的电子总量；节流即针对与脱氯具有电子竞争关系的特定过程实施逆向调控，补充还原抑制剂（如硫酸盐还原抑制剂、产甲烷辅酶抑制剂等），减少竞争性电子受体对电子的消耗；提速即补充电子穿梭体（如生物质炭、纳米零价铁等），提升脱氯过程的电子传递速率；互利共赢即促进关键功能微生物互营（如改善兼性脱氯过程中脱氯功能菌与铁还原功能菌的群体协作等），强化生物脱氯时同步改善依赖铁还原的化学脱氯作用。
图2 基于电子分流干预的土壤OCPs污染多过程协同靶向调控方法原理
厌氧微生物胞外呼吸介导的氧化还原过程及效应一直是国际土壤学研究的重大学术前沿，而科学认知受胞外电子传递调控的土壤污染转化与元素循环存在巨大挑战。为有序推进相关工作，后期迫切需要突破的困难包括：方法学上，缺乏精准表征电子传递的系统研究手段，无法对土壤氧化还原过程进行精细刻画；效应上，电子传递耦合介导机制复杂，对多过程耦合效应的认识不清；调控上，元素循环与污染转化过程耦合，协同增进土壤健康的多过程协同调控难度大。些污染专业明兼性脱氯主导的污染削减机制，为此，我们建议以土壤氧化还原精准研究方法体系构建、以及基于合成微生物组学的多过程耦合互作机制探索与定向调控为未来研究的靶点，从减污固碳的纬度进一步支撑完善土壤健康理论。
浙江大学求是特聘教授，浙江大学土水资源与环境研究所所长。国家自然科学杰出青年基金和优秀青年基金获得者，曾入选教育部首批青年长江学者，国家万人计划“青年拔尖人才”，“十三五”国家重点研发计划项目首席科学家，全国百篇优秀博士学位论文获得者。研究方向为土壤污染控制与修复、污染环境生物地球化学、土壤污染微生态与健康重建，（曾）主持国家重点研发计划项目、国家自然科学杰出青年基金/创新研究群体项目课题/优秀青年基金、国家农业科技重大项目课题、国家“863”计划重大项目课题、国家公益性行业科研专项课题、浙江省自然科学杰出青年基金/重大项目、浙江省重点研发计划揭榜挂帅尖兵项目等，作为主要完成人的科技成果获得国家科学技术进步二等奖1项。近年来在Soil Biol Biochem、Environ Sci Technol、Water Res、ISME J等国际学术刊物上发表SCI论文130余篇，获授权国家发明专利12项，主著中、英文学术著作2部，主编省级规划教材1本。
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