典型湿地植物对战略性元素（Ge/Si/REEs）的富集潜力与可持续供应机制研究

这篇综述系统评估了湿地植物（如芦苇、苔草等）对战略性元素（SEs：Ge/Si/REEs）的富集能力，揭示了其在泥炭地复湿（rewetting）背景下的资源供应潜力。通过分析9种德国东北部湿地植被样本，发现硅（Si）积累量高达16.8 g kg?1干物质（DM），锗（Ge）达465.3 μg kg?1 DM，而稀土元素（REEs）富集较低（437.4 μg kg?1 DM）。研究提出将SEs回收整合到生物质价值链中，为可持续生物经济（bioeconomy）提供新思路。

　　

引言

泥炭地作为全球3%的陆地碳汇，储存了21-44%的土壤碳。德国东北部因大规模排水导致泥炭地退化，复湿后湿地植被（如芦苇Phragmites australis、苔草Carex spp.）的自发建立催生了“湿地农业”（paludiculture）概念。欧洲《关键原材料法案》（Critical Raw Materials Act）将锗（Ge）、硅（Si）和7种稀土元素（REEs）列为战略性资源，其传统开采面临环境与供应链风险。本研究首次探讨湿地植物作为SEs替代来源的潜力。

结果

战略性元素浓度差异显著

• 硅（Si）：苔草（16.8 g kg^?1 DM）和芦苇（16.3 g kg^?1 DM）属高积累植物（>10 g kg^?1），冬季浓度较夏季降低50%，与蒸腾作用季节性变化相关。
• 锗（Ge）：草芦（Phalaris arundinacea）含量最高（465.3 μg kg^?1 DM），但未达到经济开采阈值（>10 mg kg^?1）。
• 稀土元素（REEs）：宽叶香蒲（Typha latifolia）总含量最高（437.4 μg kg^?1 DM），但53%数据低于检测限，钕（Nd）和钇（Y）为主要组分。

潜在收益与限制

• 硅贡献98.8%的理论收益（最高502美元/公顷），但需考虑提取成本。
• 草芦的Ge收益仅3.3美元/公顷，REEs不足1美元/公顷，经济性依赖协同提取技术。

讨论

生物地球化学机制
Si/Ge共享植物吸收途径（如硅转运蛋白Lsi1），而REEs通过非选择性离子吸附进入木质部。泥炭地高有机质可能通过螯合作用抑制REEs迁移，但还原条件促进铁锰氧化物溶解释放REEs。

整合生物质价值链
建议将SEs回收嵌入现有生物质利用链：

1. 厌氧消化：消化液中SEs浓度提升10倍（如Ge从465.3 μg kg^?1增至4.6 mg kg^?1）；
2. 真菌预处理：白腐菌（Pleurotus ostreatus）可能靶向分解植硅体（phytoliths）释放SEs；
3. 酸浸提：侧流酸化（pH<2）可溶解植硅体包裹的SEs。

结论

湿地植被对Si/Ge的富集能力接近水稻（Oryza sativa）等作物，但REEs供应潜力有限。未来需研究水文管理（如水位波动）对SEs生物有效性的影响，并开发低成本的植硅体分选技术。该研究为泥炭地“气候-资源”协同管理提供了新视角。