褪黑素与氮的协同作用重塑稻田土壤微生物群，并抑制水稻甲烷排放

《Environmental Technology & Innovation》：Melatonin–Nitrogen Synergy Reshapes Paddy Soil Microbiomes and Suppresses Methane Emissions in Rice

本研究通过优化中国蕨（Pteris vittata）的年龄、磷预处理及重复利用策略，验证其在高效去除天然砷污染饮用水中的可行性。结果表明，老年蕨在无磷预处理下1天内即可去除98%的砷，且连续6个循环中去除效率保持稳定，同时3株蕨共同处理可维持相同效率。该技术为低成本、可持续的砷水处理提供了新方案。

　　本研究探讨了利用砷（As）超富集蕨类植物 *Pteris vittata*（又称中国蕨）进行饮用水中砷污染治理的有效性。随着全球范围内砷污染问题的加剧，传统的化学物理过滤方法虽然在技术上有效，但往往成本高昂，限制了其在大规模应用中的可行性。*P. vittata* 作为一种自然的砷富集植物，已被证明具有显著的去除砷的能力，特别是在其根部和叶片中积累砷的能力。然而，为了实现大规模应用，提高砷的吸收速度以及实现植物的多次循环利用是关键因素。本研究旨在优化多个关键参数，包括植物的年龄、培养期间的磷（Pi）供给以及后续的多次富集循环，以提高砷去除效率并降低治理成本。

在本研究中，科学家们首先评估了不同年龄的 *P. vittata* 对砷去除的效果。结果显示，年长的蕨类植物比年轻的植物在去除砷方面表现更为高效。通过预处理，即在植物生长过程中减少磷的供给，进一步提高了砷的吸收效率。研究发现，使用无磷溶液进行预处理的年长植物能够在24小时内去除98%的砷。这表明，减少磷的供给可以增强 *P. vittata* 对砷的吸收能力，尤其是在其根部和叶片中。

此外，研究还考察了 *P. vittata* 在多次富集循环中的表现。结果显示，经过预处理的年长植物在多次使用后，其去除效率并未显著下降，反而随着植物的生长和循环次数的增加而提高。这表明，这种植物具有良好的重复使用潜力，可以多次用于去除饮用水中的砷污染。进一步的实验表明，当多个 *P. vittata* 植物在同一水箱中共同作用时，其去除效率同样保持稳定。这为 *P. vittata* 在大规模应用中的可行性提供了重要支持。

在实验过程中，研究人员通过诱导耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术对水和植物组织中的砷含量进行了分析。这一技术能够准确测量砷的浓度，并提供关于植物吸收和积累砷的数据。通过比较不同处理条件下的结果，研究团队发现，减少磷的供给能够显著提高砷的去除效率，而增加植物密度则有助于提高整体的去除能力，同时不会显著影响单个植物的效率。

本研究还强调了 *P. vittata* 在去除砷过程中的生物机制。砷通常以两种形式存在于水中：砷酸盐（AsV）和亚砷酸盐（AsIII）。其中，AsV 是主要的污染物形式，而 *P. vittata* 能够通过其磷转运蛋白系统吸收 AsV。相比之下，AsIII 的吸收则主要通过水通道蛋白（aquaporins）进行。因此，研究团队在实验中特别关注了 AsV 的去除效率，并发现其在 *P. vittata* 中的富集过程与植物的生长阶段和磷的供给水平密切相关。

本研究的实验设计不仅关注了单个植物的性能，还评估了多个植物在同一水箱中的协同效应。实验结果表明，即使在高密度种植的情况下，*P. vittata* 的去除效率仍然保持稳定。这为未来在更大规模的水处理系统中使用这种植物提供了科学依据。此外，研究还讨论了植物生物量对砷去除效率的影响，指出随着植物的生长，其生物量的增加可以显著提高去除能力。

为了确保实验的可重复性和有效性，研究团队在实验过程中采取了一系列措施。例如，植物在生长阶段被严格控制，确保其在不同实验条件下的生长状态相似。同时，实验中使用的水样来自天然污染源，以模拟真实环境中的情况。这种设计不仅提高了实验结果的实用性，也为未来在实际水处理中的应用提供了参考。

研究还指出，尽管 *P. vittata* 在去除砷方面表现出色，但其生物量的管理和处置仍然是一个需要关注的问题。根部主要作为砷的临时吸收器官，其砷含量较低，可以用于其他应用，如复合材料的生产。而叶片则是砷的主要积累部位，其高砷含量需要安全的处理方式，以避免对环境造成二次污染。因此，研究团队建议进一步探索高效的砷提取和回收方法，以实现 *P. vittata* 生物量的再利用和资源的循环利用。

本研究的成果为开发基于植物的绿色水处理技术提供了重要的科学依据。通过优化植物的年龄、磷供给和种植密度等参数，研究人员成功提高了砷的去除效率，并验证了 *P. vittata* 在多次循环使用中的稳定性。这些发现不仅有助于推动砷污染治理技术的可持续发展，也为相关领域的进一步研究提供了方向。未来的研究可以聚焦于 *P. vittata* 的具体生理机制，以及如何在实际应用中最大化其效率，同时解决生物量处置问题，以实现更环保和经济的水处理方案。