土壤砷污染是全球性环境问题，全球约9.4–22 亿人口正受到高砷污染威胁。我国南方下寒武统黑色页岩分布区土壤砷背景值极高，贵州、湖南两省问题尤为突出。在贵州，黑色页岩风化发育形成的稻田土壤普遍富含有机碳，存在双重环境风险：一方面，可溶性有机碳的竞争解吸作用显著增强砷的释放迁移并提高砷的生物有效性；另一方面，高有机碳与淹水厌氧环境叠加，使该区域成为甲烷(CH₄)、二氧化碳(CO₂)、氧化亚氮(N₂O)等温室气体的热点区域。为此，开展该区域砷钝化与温室气体协同减排研究，具有重要科学与应用价值，但目前相关研究较匮乏。

贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室吴攀教授团队贾文利、张建等选取贵州省三穗县黑色页岩风化发育的典型稻田土壤为研究对象，开展室内微宇宙培养实验。在黑色页岩风化的高砷稻田土壤修复领域取得重要突破：(1)生物炭与硝态氮配施(BCN)显著钝化砷，有效态砷含量降低45.5%，并促进高毒As(III)向低毒As(V)转化，同时将易迁移态砷占比由对照组的21.2%降至7.9%(非专性吸附态+专性吸附态)，大幅降低砷的毒性及迁移风险(图1)；(2) BCN解决了单一改良剂带来的温室气体排放弊端，实现三种温室气体同步减排：较单施硝态氮，N₂O排放量降低62.2%；较单施生物炭，CO₂排放量降低37.9%；较对照，生物炭与硝态氮对CH₄减排呈协同效应，累积排放量降低75.5%(图2)。(3)硝态氮还原是驱动砷氧化固定的核心机制。BCN处理显著促进硝态氮反硝化，同步驱动As(III)氧化为As(V)和Fe (II)氧化为Fe (III)，使Fe(III)占比从11%提升至42%，形成的三价铁矿物为砷提供大量吸附与共沉淀位点。宏基因组分析证实，BCN处理从分子水平调控关键功能基因丰度，显著上调砷氧化、铁氧化、反硝化全通路及甲烷氧化相关基因，同时下调砷还原、铁还原和产甲烷基因，为“砷固定协同温室气体减排”提供了直接的分子生物学证据(图3)。最后，提出生物炭介导的黑色页岩周边厌氧稻田“硝态氮还原-铁氧化-砷固持-温室气体减排”的耦合作用机制，为国家“减污、降碳”重大战略提供支撑（图4）。

图1 有效态砷含量及砷形态分析

图2 温室气体排放通量及累计排放量

图3 砷/铁/氮/甲烷关键功能基因丰度

图4 生物炭介导硝态氮还原驱动砷氧化固定协同温室气体减排作用机制

上述成果正式发表于环境与生态学领域国际SCI期刊Environmental Technology & Innovation(IF = 7.1)。贵州大学环境工程专业2024级硕士研究生贾文利为第一作者，张建特聘教授为通讯作者，贵州大学吴攀教授、杨瑞东教授、朱健正高级实验师、杨文弢副教授、扬州大学王圣森教授、贵州省环境科学研究设计院余志工程师、陈萍工程师等参与指导本研究工作。本研究得到了贵州省科技厅重大专项(黔科合重大 [2025] 041)、国家自然科学基金(42507062、42277040)、贵州省科技厅科学家工作站建设项目(黔科合平台人才 KXJZ [2024] 025)、贵州省科技厅基础研究计划一般项目(ZK [2024] 014、ZK [2022] 237)、贵州省高层次人才培养计划项目(GCC [2023] 045)、贵州省教育厅青年科技人才成长项目([2024] 32)、贵州大学自然科学专项科研基金(特设岗位)([2023]04)等项目的资助。

论文信息：Jia,W.; Yu, Z.; Chen, P.; Zhang, J.; Zhu, J.; Yang, W.; Yang, R.; Wang, S.; Wu, P., Nitrate fertilization with biochar simultaneously enhanced arsenic immobilization and mitigation of greenhouse gas emissions from an organic carbon-enriched paddy soil. Environmental Technology & Innovation 2026,42, 104937.

论文链接：https://doi:10.1016/j.eti.2026.104937.