优化土壤水分含量在升温和CO2升高条件下增强油菜（Brassica napus）对镉污染土壤的修复效能

本研究针对气候变化背景下土壤镉（Cd）污染修复效率的复杂调控问题，通过系统分析土壤水分含量（SWC）、温度及CO2浓度对油菜（Brassica napus）生长与Cd富集的影响，发现优化SWC结合升温与CO2升高可显著提升Cd修复效率（最高达211%），为气候适应性污染治理提供理论依据。

　　

随着工业化和城市化进程加速，土壤重金属污染已成为全球性环境问题，其中镉（Cd）因其高毒性和生物累积性被列为优先控制污染物。尽管过去几十年排放量有所下降，欧洲每年仍有约164吨Cd进入环境。传统物理化学修复技术成本高昂且易破坏生态，而植物修复（Phytoremediation）因其环境友好性和可持续性备受关注。然而，这一技术的实际应用面临多重挑战：气候变化导致的温度升高、CO₂浓度增加及降水模式改变可能通过影响植物生理和金属生物有效性，进而干扰修复效率。尤其值得注意的是，土壤水分含量（Soil Water Content, SWC）作为连接气候与植物生长的关键因子，其与温度、CO₂的交互作用机制尚不明确。

针对这一科学空白，立陶宛研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表研究，以能源作物油菜（Brassica napus L.）为模型，系统考察了SWC（优化、减少、增加）、温度（21°C vs 25°C）及CO₂（400 ppm vs 800 ppm）单因素与复合因素对Cd污染土壤（1–50 mg kg^–1）修复的影响。研究采用田间模拟实验，通过控制环境舱（Climate chambers）调控温湿度，结合电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析植物组织Cd含量，并计算修复效率与生物量产出平衡。

单因素与复合环境效应
实验发现，Cd污染水平与SWC、温度、CO₂对油菜生物量具有显著交互作用（p<0.05）。在低-中度Cd污染（1–10 mg kg^–1）下，升温（25°C）单独或联合高CO₂（800 ppm）可刺激植物生长，通过"稀释效应"降低组织Cd浓度，但总Cd提取量因生物量增加而提升。值得注意的是，SWC的调控作用具有阈值依赖性：优化SWC下，常温条件即可实现最高单次修复效率；而升温+高SWC组合使低Cd污染土壤的修复率提升至211%，表明水分饱和可能增强Cd生物有效性。

气候适应性修复策略
讨论部分指出，气候变化背景下需权衡修复速度与生物能源产出。升温与CO₂升高通过促进光合作用和降低氧化损伤，部分抵消Cd毒性，但过度水分胁迫（干旱或涝渍）会逆转这种效益。特别在重度污染（50 mg kg^–1）下，环境调控的积极作用消失，提示存在污染浓度阈值。

该研究首次阐明SWC-温度-CO₂三元交互网络对植物修复的调控机制，为设计气候智能型（Climate-smart）污染治理方案提供关键参数。实践意义在于：① 优化SWC可减少修复周期（如从6次收割缩短至4次），显著降低成本；② 证实油菜作为"修复-能源双功能作物"的潜力，尤其在边际土地上实现环境-能源协同效益。未来研究需拓展至其他重金属及极端气候情景，以完善预测模型。