CO2 浓度升高协同丛枝菌根真菌提升重金属污染土壤中烟草(Nicotiana glauca)的植物稳定效率

本研究针对重金属(HMs)污染土壤修复难题，通过模拟CO2 浓度升高(760 ppm)条件下丛枝菌根真菌(Funneliformis mosseae)与入侵植物Nicotiana glauca的共生效应，发现菌根接种协同高CO2 使植物生物量提升150%，显著降低Cd/Cu/Zn生物有效性，同时提高土壤微生物功能与结构稳定性，为气候变化背景下矿区生态修复提供新策略。

　　

随着全球气候变化加剧，大气CO₂
浓度预计将在2100年翻倍，这对生态系统功能产生深远影响。尤其在干旱半干旱地区，采矿活动导致的重金属(HMs)污染与气候变化压力形成双重胁迫，传统修复技术面临严峻挑战。植物稳定化(phytostabilization)虽被视为有前景的解决方案，但在恶劣环境下的植物存活率、金属迁移控制以及长期生态风险等问题亟待解决。入侵植物因其强大的环境适应能力成为潜在候选者，但其与土壤微生物的互作机制在CO₂
升高条件下的响应规律尚不明确。

西班牙穆尔西亚大学的研究团队在《Science of The Total Environment》发表研究，以入侵物种Nicotiana glauca为模型，探究了本地丛枝菌根真菌(AMF)Funneliformis mosseae在420 ppm与760 ppm CO₂
条件下对重金属污染土壤修复的增效机制。通过3个月的温室控制实验，团队系统评估了植物生长参数、菌根定殖率、重金属生物有效性、土壤酶活性及团聚体稳定性等指标。

研究采用双因素随机设计（菌根接种×CO₂
水平），使用来自"El Gorguel"矿区的重金属污染土壤（Zn 12,100 mg kg^-1
，Pb 8,950 mg kg^-1
）。通过ICP-MS分析金属含量，DTPA-CaCl₂
提取法测定生物有效性金属，网格交叉法量化菌根定殖，并采用底物诱导呼吸法测定微生物生物量碳。

3.1 植物生长响应
菌根接种与高CO₂
产生协同效应：接种AMF使地上部生物量在760 ppm CO₂
下增加150%，显著高于环境CO₂
下的48%。根系生物量仅在高CO₂
条件下增加53%。菌根定殖率稳定在64-66%，不受CO₂
影响。营养分析显示接种植物叶片P含量在高CO₂
下增加146%，N、K分别提升43%和53%。

3.2 重金属迁移控制
AMF显著降低土壤DTPA提取态Cd(13%)、Cu(13%)和Zn(10%)，其中Cu的植物富集系数(BCF)降低30%。所有金属的BCF均<1，符合稳定化植物的排除型特征。值得注意的是，Pb在接种植物地上部的积累量增加60%，但未超过毒性阈值。

3.3 土壤功能改善
菌根接种使土壤脱氢酶和碱性磷酸单酯酶活性分别提高20%和29%，蛋白酶活性在高CO₂
下增加63%。微生物生物量碳提升54-64%，团聚体稳定性提高28%。相关性分析显示地上部生物量与土壤酶活性(r=0.432-0.755)、菌根定殖率(r=0.623)呈显著正相关，与DTPA-Cd(r=-0.588)等呈负相关。

4.1 协同增效机制
研究揭示了AMF通过"双通道"提升植物抗逆性：一方面通过菌丝网络扩大养分吸收范围（尤其P、K），另一方面通过金属固定降低毒性。高CO₂
增强的光合产物分配进一步强化了这一共生关系。菌丝分泌的球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)可能促进团聚体形成，而降低的WSCH（水溶性碳）表明菌根成为重要碳汇。

4.3 生态权衡与应用前景
尽管N. glauca表现出优异的稳定化性能，但其通过改变氮循环（提高蛋白酶活性）可能加剧生态入侵风险。作者建议在封闭系统（如隔离地块）中应用，并逐步替换为本地物种。该策略符合IPCC对土地碳汇的规划，尤其适用于气候压力下的矿区修复，但需配套严格的生物控制措施。

这项研究首次阐明了CO₂
升高背景下AMF-入侵植物-重金属的三方互作规律，为气候变化时代的污染土壤修复提供了兼具时效性与生态可持续性的解决方案。