免耕重播菊科植物对砷污染矿区修复的积极影响：耐受性评估、群落重建及土壤健康影响

《Journal of Environmental Management》：Positive effects of no-till reseeding with Asteraceae plants on the remediation of arsenic-contaminated mining areas: Tolerance evaluation, community reconstruction, and soil health impacts

本研究创新性地在严重（LP，351.39 mg/kg?1）和极重度（HP，994.80 mg/kg?1）砷污染矿区采用免耕播种 asteraceae 植物修复技术，结合“修复+旅游”模式，显著改善土壤理化性质（pH升高15.7%，速效氮、钾分别增加15.74%和16.44%），提升植物群落多样性（Margalef’s指数增加0.49-2.95倍），形成稳定复种群落，兼具生态与经济效益。

　　这项研究探讨了在重金属污染严重的矿区，利用菊科植物进行免耕复种对土壤质量和生态环境恢复的影响。研究团队包括来自广东省级农业与农村污染治理及环境安全重点实验室、华南农业大学自然资源与环境学院的多位研究人员，他们结合了生态修复与旅游开发的双重目标，为矿区的可持续治理提供了新的思路。

菊科植物是一类广泛分布、种类繁多的被子植物，全球约有10,000种。这类植物因其强大的适应能力、快速的生长速度以及较高的生物量产出，被认为是生态修复的理想选择。它们在污染土壤中能够有效吸附和固定砷（As），从而降低其生物可利用性。尽管已有研究关注菊科植物在处理镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）和锌（Zn）等重金属污染中的潜力，但针对砷污染的研究仍较为有限。因此，本研究旨在填补这一空白，评估菊科植物在砷污染矿区的适应性和修复效果。

研究选择在广西河池市南丹县茶河镇的来马村进行，该地区地形以山地和丘陵为主，地貌复杂。当地的气候属于亚热带湿润气候，年平均气温在16℃至20℃之间。研究团队设定了两个不同污染程度的矿区：轻度污染（LP）和重度污染（HP），并以自然生长的对照区（LN）作为参考。在LP区，砷浓度为351.39 mg/kg，而在HP区，砷浓度高达994.80 mg/kg。这些土壤条件为研究提供了良好的实验背景。

研究发现，免耕复种显著改善了土壤质量。在LP区，土壤pH值提高至7.17，这有助于减少重金属的毒性。同时，土壤中的可利用氮和钾分别增加了15.74%和16.44%。这些结果表明，菊科植物的引入不仅提升了土壤的理化性质，还促进了植物群落的多样性。在HP区，虽然土壤pH值也有一定程度的提升，但其效果不如LP区显著。此外，HP区的土壤电导率（EC）显著增加，这可能是由于重金属污染导致的土壤盐分变化。然而，对于阳离子交换容量（CEC）的变化，研究并未发现显著差异。

在植物生长方面，研究团队选择了四种菊科植物：矮牵牛（*Zinnia elegans*）、金盏花（*Calendula officinalis*）、双色矢车菊（*Cosmos bipinnatus*）和硫磺菊（*Cosmos sulphureus*）。其中，矮牵牛在LP区表现出最高的植株高度（112.44 cm），而金盏花则在HP区产生了最高的生物量（23.52 g/plant）。这些结果表明，不同菊科植物在应对不同污染程度的土壤时，表现出不同的生长适应性和修复能力。

进一步的分析显示，菊科植物对砷的耐受能力排序为：*Zinnia violacea* > *Cosmos bipinnatus* > *Tagetes erecta* > *Cosmos sulphurephus*。这一排序有助于确定哪些植物更适合在高砷污染环境中种植。同时，研究团队还引入了本地的砷耐受植物，如*Bidens pilosa*、*Ageratum conyzoides*和*Pennisetum alopecuroides*，这些植物与菊科植物共同构成了一个稳定的植物群落，为生态修复提供了良好的基础。

植物群落指数分析显示，在LP区，Margalef指数、Shannon-Wiener指数和Pielou均度指数分别增加了0.49到2.95倍，而在HP区，这些指数增加了1.11到2.67倍。这表明，免耕复种不仅提高了植物群落的多样性，还增强了其生态功能。此外，研究团队还借鉴了当地山地越野车公园的植被景观，将生态修复与旅游开发相结合，为矿区的可持续发展提供了新的模式。

研究结果表明，免耕复种技术是一种可行且有效的生态修复方法，能够显著改善砷污染矿区的土壤质量和生态环境。该技术不仅减少了土壤扰动，还降低了重金属再分布的风险。此外，免耕复种还提高了土壤的肥力，增强了植物群落的稳定性，为矿区的生态恢复提供了可靠的解决方案。这些发现为政策制定者和生态修复实践者提供了实际的指导，有助于推动矿区的生态治理和可持续发展。

研究团队还强调，生态修复应注重经济价值。通过引入菊科植物和本地耐受植物，不仅能够改善土壤质量，还能为当地居民提供经济收益。这种“修复加旅游”的模式在近年来逐渐受到关注，不仅有助于改善矿区的生态环境，还能够提升居民的生活质量和经济收入。因此，本研究为矿区的生态修复提供了新的思路，推动了生态修复与旅游开发的协同发展。

研究团队在实验过程中采用了多种方法，包括土壤理化性质的分析、植物生长的观察以及植物群落指数的评估。这些方法的综合应用使得研究结果更加全面和可靠。此外，研究团队还对植物的重金属富集能力进行了分析，以确定哪些植物更适合用于砷污染的修复。这些分析结果不仅有助于优化修复策略，还为未来的生态修复研究提供了参考。

研究团队还指出，免耕复种技术在实际应用中具有诸多优势。与传统的土地改良和人工干预相比，免耕复种减少了对原生态系统的影响，降低了修复成本，并提高了修复效率。此外，免耕复种还能够有效减少土壤侵蚀，提高土壤的肥力，为矿区的生态恢复提供了良好的技术支持。因此，免耕复种技术在矿区生态修复中的应用具有广阔的前景。

综上所述，这项研究通过引入菊科植物和本地耐受植物，结合免耕复种技术，为矿区的生态修复提供了新的方法。研究结果表明，这种技术能够显著改善土壤质量，提高植物群落的多样性，并促进矿区的可持续发展。同时，研究团队还强调了生态修复与旅游开发相结合的重要性，为矿区的经济和生态双重目标提供了可行的解决方案。这些发现不仅为政策制定者和生态修复实践者提供了实际的指导，还为未来的矿区治理和生态修复研究奠定了基础。