生物炭介导镍铜污染修复提升莳萝养分吸收与生理性能的机制研究

为解决重金属Cu和Ni污染导致的植物生理抑制问题，研究人员通过添加李树生物炭(15-45 g kg-1土壤)开展莳萝(Anethum graveolens L.)修复实验。结果表明，生物炭通过降低Cu/Ni吸收(降幅达30%)、提升N/K/Ca等养分含量(增幅最高191%)及减少MDA(降幅44.8%)等机制，显著改善植物生长。该研究为农业废弃物资源化利用和重金属污染土壤修复提供实践依据。

　　

随着工业发展，铜(Cu)和镍(Ni)等重金属在农业土壤中的积累日益严重。这些元素虽是植物必需的微量营养，但过量存在会破坏光合作用、干扰养分吸收，甚至通过产生活性氧(ROS)引发氧化应激。莳萝作为重要的药用植物，其生长易受重金属胁迫影响，但目前针对生物炭缓解复合重金属毒性的机制研究仍不充分。

来自大不里士大学和伊朗农业研究教育推广组织的研究团队在《Scientific Reports》发表研究，通过设置不同浓度李树生物炭(0/15/30/45 g kg^-1)与CuSO₄(200 mg kg^-1)、NiSO₄(400 mg kg^-1)的复合处理，采用随机区组设计探究其对莳萝的修复效果。关键技术包括：原子吸收光谱法测定金属含量、硫代巴比妥酸法检测丙二醛(MDA)、紫外分光光度法分析叶绿素及抗氧化酶活性，并结合生理指标统计评估。

Leaf Ni and Cu contents
生物炭使叶片Cu含量在单一Cu处理中降低22-24%，在Cu+Ni复合处理中降低24-30%。Ni污染使叶片Ni积累增加110.4%，而生物炭处理使其减少31-40%。

Nutrients content in plant leaves
重金属胁迫使N/K/Ca等元素含量降低达31%，而生物炭显著提升这些养分含量(N增加7-14%，Fe增幅最高达191%)，且15 g kg^-1剂量已能达到最佳效果。

Osmolytes
重金属胁迫使脯氨酸和可溶性糖含量分别增加189-220%和31-38%，生物炭处理则通过缓解胁迫显著降低这些渗透调节物质水平。

Lipid peroxidation and antioxidative activities
生物炭使重金属胁迫下的MDA含量降低37.5-44.8%，过氧化氢(H₂O₂)生成减少25-30.8%，多酚氧化酶(PPO)活性下降22.4%。

Phenolic compounds
所有生物炭处理均使酚类物质含量降低达25%，表明其有效缓解了氧化应激。

Leaf pigments
Cu+Ni复合处理使总叶绿素降低42%，而生物炭处理使叶绿素总量提升20%，类黄酮增加25%。

Plant biomass
生物炭使受重金属抑制的生物量(降幅27-37.7%)恢复17-21%，且不同用量间无显著差异。

研究结论表明，李树生物炭通过表面官能团吸附重金属、改善土壤阳离子交换容量(CEC)等机制，有效降低Cu/Ni的生物有效性。其不仅能减少重金属吸收，还通过提升Mg/Fe等光合相关元素含量，优化电子传递链功能，从而缓解氧化损伤。值得注意的是，15 g kg^-1的低添加量已能达到理想效果，这为农业废弃物的经济化利用提供了重要依据。该研究不仅阐明了生物炭在复合重金属污染修复中的协同作用机制，还为可持续农业实践提供了技术支撑，未来需进一步验证其在不同土壤类型和作物中的长期效应。