Insight into the mechanism of nano-TiO2-doped biochar in mitigating cadmium mobility in soil-pak choi system

生物炭 化学 纳米- 兴奋剂 机制(生物学) 镉 环境化学 环境科学 材料科学 化学工程 冶金 光电子学 工程类 物理 复合材料 热解 量子力学
作者
Jing Liu,Tieguang He,Zhixing Yang,Shirui Peng,Yanhuan Zhu,Hong Li,Dan Lu,Qiaoxian Li,Yaxuan Feng,Kuiyuan Chen,Yanyan Wei
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:916: 169996-169996 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.169996
摘要

Soil cadmium (Cd) pollution poses severe threats to food security and human health. Previous studies have reported that both nanoparticles (NPs) and biochar have potential for soil Cd remediation. In this study, a composite material (BN) was synthesized using low-dose TiO2 NPs and silkworm excrement-based biochar, and the mechanism of its effect on the Cd-contaminated soil-pak choi system was investigated. The application of 0.5 % BN to the soil effectively reduced 24.8 % of diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) Cd in the soil and promoted the conversion of Cd from leaching and HOAc-extractive to reducible forms. BN could improve the adsorption capacity of soil for Cd by promoting the formation of humic acid (HA) and increasing the cation exchange capacity (CEC), as well as activating the oxygen-containing functional groups such as CO and CO. BN also increased soil urease and catalase activities and improved the synergistic network among soil bacterial communities to promote soil microbial carbon (C) and nitrogen (N) cycling, thus enhancing Cd passivation. Moreover, BN increased soil biological activity-associated metabolites like T-2 Triol and altered lipid metabolism-related fatty acids, especially hexadecanoic acid and dodecanoic acid, crucial for bacterial Cd tolerance. In addition, BN inhibited Cd uptake and root-to-shoot translocation in pak choi, which ultimately decreased Cd accumulation in shoots by 51.0 %. BN significantly increased the phosphorus (P) uptake in shoots by 59.4 % by improving the soil microbial P cycling. This may serve as a beneficial strategy for pak choi to counteract Cd toxicity. These findings provide new insights into nanomaterial-doped biochar for remediation of heavy metal contamination in soil-plant systems.
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