揭示Phyla canescens在重金属污染土壤中的植物修复潜力及其机制

《Environmental Research》：Unveiling the phytoremediation potential and mechanisms of Phyla canescens in heavy metal-contaminated soils

植物通过根系稳定重金属并协同微生物提升污染土壤修复效率

　　植物在污染土壤的修复和再利用中发挥着重要作用。近年来，随着工业和农业的快速发展，重金属污染已成为多种土壤类型中的一大主要问题，包括农田、森林、草地和矿区，进一步加剧了全球环境挑战。土壤不仅是重金属污染的重要沉积物，也可能成为重金属释放到环境中的来源。由于重金属具有隐蔽性、稳定性和生物累积性，它们通过食物链对人类健康构成威胁。因此，修复重金属污染土壤以维持可持续和健康的生态环境发展，已成为亟需解决的环境问题。

目前，针对污染土壤的修复方法主要包括物理修复、化学修复和生物修复。其中，植物修复作为一种生物修复方式，利用植物的多种功能，如挥发、稳定、吸收以及根际微生物的迁移和转化，来治理污染。近年来，植物修复因其环保和安全的特点，受到了广泛关注，并在重金属污染土壤的治理中取得了显著成效。

草坪草是一类用于建立和维护草坪的草本植物，因其优良的生长特性、耐踩踏能力和美观性，被广泛应用于各种环境，如公园、花园、高尔夫球场和运动场。作为一种常见栽培植物，草坪草在土壤修复领域展现出巨大潜力，这主要得益于其高生物量、快速生长和较强的抗逆性。此外，研究表明，草坪草能够有效改善土壤质量，促进污染物降解，并通过增加生物多样性和促进碳固定，有助于受损生态系统的恢复。

例如，Cynodon dactylon（L.）Pers具有修复铅污染土壤的潜力，同时也能够治理同时受多环芳烃（PAHs）和镉污染的土壤。此外，Festuca arundinacea表现出对铅、锌、镉和砷等共污染的良好耐受性，而Medicago sativa L.和Orychophragmus violaceus则被确认为镉的超积累植物。因此，草坪草不仅为环境提供了美观和实用的价值，还在重金属污染治理中具有重要潜力，从而有助于生态修复和可持续发展。

Phyla canescens（Kunth）Greene，也被称为唇形科植物，原产于南美洲。与其他草坪草相比，P. canescens具有双重繁殖策略。在适宜的水分条件下，该植物从春季到秋季开花，并能产生大量耐用的种子。此外，它还可以通过断裂的茎芽进行无性繁殖，迅速形成类似地毯的地面覆盖层。由于其对不良环境如贫瘠、盐碱和干旱条件的强适应性，以及快速蔓延的生长特性，P. canescens在中国的美化项目中广泛应用，如边坡防护、墙面绿化和景区建设。

在环境生态修复领域，Whalley等（2011）将P. canescens归类为生态系统工程师，因为它能够比其他草本植物更深地干燥土壤，厚实的植被层减少了光照的可用性，抑制了相关物种的萌发和/或生长，导致形成几乎单种群的社区，从而抑制杂草生长。值得注意的是，在中国，这种对杂草的抑制作用具有一定的局限性：其生长速度适中，扩展可控，这防止了其无差别地占据生态位或破坏本地生态系统的生物多样性，从而降低了入侵的风险。

2020年，Kumari等（2020）使用微波辐射方法，从P. canescens的叶片中合成金纳米颗粒，用于催化降解对硝基苯酚、红染料和亚甲基蓝。近年来，国内外对P. canescens的研究主要集中在它的繁殖特性、病虫害控制和绿化效果上。相比之下，探讨该物种在污染物修复中的生态价值，特别是其在重金属污染土壤修复中的潜力的研究仍然较为有限。

本研究调查了三种类型的重金属污染土壤的修复情况：尾矿土壤、池塘淤泥和沙质土壤。通过评估P. canescens的生长表现、金属吸收能力和修复效率，分析了该植物在不同土壤条件下的适应性和有效性。此外，本研究还探讨了该植物对土壤理化性质的影响，包括改善土壤结构、营养物质的可利用性和微生物活性。研究结果突显了P. canescens在重金属修复中的巨大潜力，为该植物在矿山影响区域和水浸沿海沉积物的生态修复中的机制和实际应用提供了有价值的见解。

在实验过程中，所用的P. canescens植物来源于广东省农业科学院白云实验基地。选择的植物为健康、无病虫害且未经历分蘖的植株。在实验前，对植物的茎、叶和根进行清洗，使用蒸馏水去除杂质和表面附着的土壤。

本研究选取了三种不同类型的重金属污染土壤：尾矿土壤、池塘淤泥和沙质土壤。这些土壤具有不同的污染程度和特性，如尾矿土壤通常含有较高浓度的重金属，而池塘淤泥和沙质土壤则可能具有不同的重金属分布和环境条件。通过系统评估P. canescens在这些土壤中的生长表现、重金属吸收能力和修复效率，研究揭示了该植物在不同土壤条件下的适应性和有效性。同时，研究还探讨了该植物对土壤理化性质的影响，包括改善土壤结构、营养物质的可利用性和微生物活性。

研究发现，P. canescens对多种重金属表现出显著的耐受性，主要通过其根系对污染物进行稳定化，使其成为一种有效的重金属耐受植物。在68天的修复过程中，池塘淤泥和沙质土壤中铅、镉、砷、铬和汞的浓度显著降低，去除效率分别达到8.2%至19.8%、33.3%至34.1%、16.0%至25.0%、20.2%至32.9%以及26.0%至31.0%。相比之下，尾矿土壤中铅（1.1%）、镉（5.0%）和砷（8.2%）的修复效率相对较低，且对铬和汞没有显著的去除效果。值得注意的是，P. canescens在沙质土壤中表现出最高的重金属吸收能力，这反映了其对多样环境条件的适应能力。

此外，对微生物群落的分析表明，P. canescens的根际微生物Sphingomonas显著富集，这表明P. canescens与土壤微生物群落之间的协同作用可以提高修复效率。这些发现不仅提供了关于植物、微生物和土壤在重金属胁迫下相互作用的新见解，还为污染土壤的可持续管理和生态修复提供了一种有前景的植物解决方案。

在生态修复过程中，植物与微生物之间的相互作用是一个重要的研究方向。P. canescens的根系不仅能够吸收和稳定重金属，还能为特定的微生物提供适宜的生存环境。这种互惠关系有助于微生物在根际区域的富集，并促进其对重金属的转化和迁移。例如，Sphingomonas是一种能够降解多种有机污染物的细菌，其在P. canescens根际的富集可能有助于提高土壤的自净能力。

植物修复的有效性不仅取决于植物本身的特性，还与土壤的理化性质密切相关。例如，土壤的pH值、有机质含量和微生物群落结构都会影响重金属的形态和植物的吸收能力。因此，在选择植物进行修复时，需要综合考虑土壤的环境条件，以确保植物能够发挥最佳的修复效果。

在本研究中，通过对P. canescens在不同污染土壤中的修复效果进行系统评估，研究揭示了该植物在重金属污染治理中的适应性和有效性。同时，研究还探讨了该植物对土壤理化性质的影响，包括改善土壤结构、提高营养物质的可利用性和促进微生物活性。这些发现不仅有助于理解植物与土壤微生物之间的相互作用，还为污染土壤的生态修复提供了科学依据。

此外，植物修复技术的应用还受到经济和社会因素的影响。虽然植物修复具有环保和安全的优势，但其修复速度相对较慢，可能需要较长时间才能达到理想的修复效果。因此，在实际应用中，需要结合其他修复技术，如化学修复或物理修复，以提高修复效率。同时，植物修复的推广还需要考虑当地生态环境的适应性和经济可行性，以确保其可持续性。

在本研究中，P. canescens在三种不同类型污染土壤中的修复效果表现出一定的差异。例如，在池塘淤泥和沙质土壤中，P. canescens对多种重金属的去除效率较高，而在尾矿土壤中则相对较低。这种差异可能与土壤的理化性质有关，如尾矿土壤通常具有较高的pH值和较低的有机质含量，这可能影响重金属的形态和植物的吸收能力。因此，在选择植物进行修复时，需要充分考虑土壤的环境条件，以确保植物能够发挥最佳的修复效果。

此外，植物修复技术的应用还受到经济和社会因素的影响。虽然植物修复具有环保和安全的优势，但其修复速度相对较慢，可能需要较长时间才能达到理想的修复效果。因此，在实际应用中，需要结合其他修复技术，如化学修复或物理修复，以提高修复效率。同时，植物修复的推广还需要考虑当地生态环境的适应性和经济可行性，以确保其可持续性。

在本研究中，P. canescens在三种不同类型污染土壤中的修复效果表现出一定的差异。例如，在池塘淤泥和沙质土壤中，P. canescens对多种重金属的去除效率较高，而在尾矿土壤中则相对较低。这种差异可能与土壤的理化性质有关，如尾矿土壤通常具有较高的pH值和较低的有机质含量，这可能影响重金属的形态和植物的吸收能力。因此，在选择植物进行修复时，需要充分考虑土壤的环境条件，以确保植物能够发挥最佳的修复效果。

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植物修复的有效性不仅取决于植物本身的特性，还与土壤的理化性质密切相关。例如，土壤的pH值、有机质含量和微生物群落结构都会影响重金属的形态和植物的吸收能力。因此，在选择植物进行修复时，需要综合考虑土壤的环境条件，以确保植物能够发挥最佳的修复效果。

在本研究中，P. canescens在三种不同类型污染土壤中的修复效果表现出一定的差异。例如，在池塘淤泥和沙质土壤中，P. canescens对多种重金属的去除效率较高，而在尾矿土壤中则相对较低。这种差异可能与土壤的理化性质有关，如尾矿土壤通常具有较高的pH值和较低的有机质含量，这可能影响重金属的形态和植物的吸收能力。因此，在选择植物进行修复时，需要充分考虑土壤的环境条件，以确保植物能够发挥最佳的修复效果。

植物修复的有效性不仅取决于植物本身的特性，还与土壤的理化性质密切相关。例如，土壤的pH值、有机质含量和微生物群落结构都会影响重金属的形态和植物的吸收能力。因此，在选择植物进行修复时，需要综合考虑土壤的环境条件，以确保植物能够发挥最佳的修复效果。

在本研究中，P. canescens在三种不同类型污染土壤中的修复效果表现出一定的差异。例如，在池塘淤泥和沙质土壤中，P. canescens对多种重金属的去除效率较高，而在尾矿土壤中则相对较低。这种差异可能与土壤的理化性质有关，如尾矿土壤通常具有较高的pH值和较低的有机质含量，这可能影响重金属的形态和植物的吸收能力。因此，在选择植物进行修复时，需要充分考虑土壤的环境条件，以确保植物能够发挥最佳的修复效果。

植物修复的有效性不仅取决于植物本身的特性，还与土壤的理化性质密切相关。例如，土壤的pH值、有机质含量和微生物群落结构都会影响重金属的形态和植物的吸收能力。因此，在选择植物进行修复时，需要综合考虑