土著知识系统助力海岸线生态工程：利用莎草Cyperus textilis促进硅藻定殖与生物膜金属生物修复的潜力研究

为解决人工海岸结构物导致的生物多样性下降及重金属污染问题，研究人员创新性地将南非土著植物Cyperus textilis（imizi结构）应用于海岸生态工程。通过监测硅藻定殖动态及Al、Fe、Zn、Mn、As等金属在生物膜中的积累规律，发现该材料12小时内即可形成硅藻群落，且生物膜对砷(As)等有毒金属具有显著富集能力。这项研究为融合土著知识系统(IKS)的生态工程提供了新范式，兼具促进初级生产力和重金属生物修复的双重价值。

　　

随着全球海岸带开发的加速，混凝土海堤、码头等人工结构物大面积取代自然基质，导致生境复杂性和生物多样性显著降低。这些平坦坚硬的表面不仅阻碍了底栖生物的早期定殖，还可能通过金属浸出加剧水体污染。尽管生态工程尝试通过模仿自然地形的水泥结构改善这一问题，但传统材料存在碳足迹高、不可降解等缺陷。在此背景下，南非研究团队将目光投向当地土著社区沿用数百年的莎草Cyperus textilis（当地语称imizi），探索这种天然材料在海岸生态工程中的双重潜力——既作为生物附着基底，又充当重金属污染的生物修复媒介。

研究团队在皇家阿尔弗雷德码头部署了imizi编织结构，通过高频采样（6小时至1个月）追踪硅藻群落演替及金属积累动态。采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析Al、Fe等9种金属在生物膜、imizi基质及水体中的分布，结合微分干涉相差显微镜进行硅藻分类鉴定，并计算生物富集系数(BCF)。

硅藻定殖与群落演替
研究发现，imizi结构在12小时内即被Fragilaria pulchella等硅藻定殖，1周内物种数从5种激增至23种。群落演替呈现明显规律：早期由单细胞羽纹硅藻主导，后期逐渐被Cocconeis等附着性更强的物种取代。这种快速且多样化的定殖模式，证实了天然纤维材料比传统混凝土更有利于微生物群落的建立。

金属生物积累机制
生物膜对As的富集能力尤为突出，其浓度显著高于周围水体。生物富集系数(BCF_{water–biofilm}
)显示，Al、Mn、As的积累效率随时间递增，其中As的BCF在1个月时达80.67。值得注意的是，imizi基质本身对Mn和Zn有初始吸附优势，但随着生物膜成熟，金属积累主体逐渐转向生物膜。这种动态转移可能与生物膜胞外聚合物(EPS)的金属螯合作用有关。

讨论与意义
该研究首次证实了土著知识材料在海岸生态工程中的应用价值：

1. 生态功能：imizi的纤维结构为硅藻提供理想附着面，其快速定殖特性可加速人工海岸的生态功能恢复；
2. 环境修复：生物膜对As等有毒金属的选择性富集，为污染海岸线提供了低成本的生物修复方案；
3. 社会维度：通过将土著编织工艺与现代生态学结合，为当地社区创造了参与环境治理的新途径。

研究团队特别指出，未来需评估长期使用中imizi结构的耐久性及金属生物放大风险。这项发表在《Ecological Engineering》的成果，为全球海岸带可持续发展提供了"传统智慧+现代科学"的创新范式。