外源磷酸盐添加下香根草对单一与复合污染条件下镉和磺胺甲恶唑去除的动态机制研究

针对湿地环境中镉(Cd)和磺胺甲恶唑(SMX)复合污染治理难题，研究人员通过温室盆栽实验，探究外源磷酸盐(PO43?)添加对香根草(Chrysopogon zizanioides)修复效能的影响。研究发现400 mg·L?1磷处理下，香根草对Cd和SMX的去除率分别达1.59%和100%，且显著促进Cd2+向地上部转运(FTTCd>1)。该研究为富营养化湿地中重金属-抗生素复合污染修复提供了新策略。

　　

随着工业化和农业集约化发展，湿地生态系统正面临前所未有的复合污染压力。镉(Cd)作为具有强生物蓄积性的重金属，与广泛使用的磺胺类抗生素磺胺甲恶唑(SMX)在湿地环境中频繁共现，形成典型的"重金属-抗生素"复合污染。更严峻的是，富营养化水体中过量的磷酸盐(PO₄^3?)可能通过改变污染物形态和生物有效性，进一步加剧环境风险。以中国滇池流域为例，其水体中总磷浓度高达0.869 mg·L^?1，沉积物Cd含量达64.76 mg·kg^?1，而SMX在入湖口的检出浓度达5.53 ng·L^?1，这种"磷-镉-抗生素"三重污染对传统修复技术提出重大挑战。

在此背景下，西南林业大学的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表研究，通过模拟湿地环境的温室盆栽实验，系统评估了香根草在不同磷水平(100-600 mg·L^?1)下对Cd(0.5 mg·L^?1)和SMX(10 mg·L^?1)单一及复合污染的去除效能。研究采用动态采样策略，在42天实验周期内定期测定植物组织、土壤和水体中的污染物含量，结合ICP-MS和LC-MS技术定量分析，并计算污染物去除动力学参数和转移系数(FT)。

3.1 生物量变化揭示磷的"双刃剑"效应
研究发现磷添加显著缓解Cd和SMX对香根草的毒性。在400 mg·L^?1磷处理下，复合污染组地上部生物量达150.67±2.28 g，较对照增加57.12%。然而过量磷(600 mg·L^?1)会抑制光合作用，尤其与SMX产生"复合毒性"，使根系生物量降低17.3%。这种剂量依赖性效应表明磷调控是优化植物修复的关键。

3.2 污染物时空分布特征
镉在香根草中的积累呈现"地上优势"模式，复合污染下地上部Cd积累量(14.72±0.24 μg)显著高于根系。值得注意的是，磷添加促进Cd²⁺形成磷酸镉(Cd₃(PO₄)₂)并被植物吸收转运，使转移系数FT_TCd在P4处理下达到1.87±0.01。SMX则在根系富集(FT_SMX<1)，其降解符合一级动力学(R²>0.92)，半衰期缩短至0.36天。

3.3 磷水平决定修复效率
400 mg·L^?1磷处理展现出最佳综合效果：Cd去除率提升至1.59%，SMX在42天内降解至检测限以下。相关性分析揭示，植物生物量与Cd积累呈正相关(r=0.82, P<0.01)，与SMX残留呈负相关(r=-0.76, P<0.01)，证实香根草通过"生物量稀释-降解协同"机制实现复合污染修复。

4.1 讨论
该研究首次阐明磷介导的香根草修复三重污染机制：一方面磷通过促进植物生长增强Cd富集能力，另一方面通过刺激微生物活性加速SMX降解。特别值得注意的是，400 mg·L^?1磷处理使SMX-Cd²⁺复合体的环境持久性降低42%，这为解释磷调控污染物形态转化的理论提供了新证据。与芦苇、香蒲等传统湿地植物相比，香根草的地上部Cd富集能力提高3.2倍，展现出独特优势。

5. 结论
研究确立400 mg·L^?1为最佳磷添加浓度，在此条件下香根草可实现Cd(1.59%)和SMX(100%)的高效同步去除。通过定期收割地上部，该技术可将滇池入湖口Cd负荷降低64.7 kg·ha^?1·yr^?1。这项研究不仅为富营养化湿地修复提供了可推广的技术参数，更创新性地提出"磷调控-植物修复"协同治理策略，对解决发展中国家普遍存在的复合污染问题具有重要实践意义。