污染土壤中迷迭香凋落物分解动态及其对有毒元素释放的生态调控机制

针对采矿污染土壤修复后植物凋落物二次污染风险，研究人员通过201天培养实验，揭示了Salvia rosmarinus凋落物分解过程中碳矿化动力学特征（21-50% TOC降解）及其对Cu、Mn、Pb等潜在有毒元素（PTEs）生物有效性的调控作用，证实植物修复技术可通过促进有机质周转和金属固定实现可持续生态恢复。

　　

在采矿活动频繁的西班牙穆尔西亚地区，Sierra Minera矿区土壤中积累的铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）等潜在有毒元素（PTEs）对邻近的Calblanque地区自然公园构成生态威胁。传统物理化学修复方法成本高昂且破坏土壤生态功能，而植物修复技术虽能稳定污染物，但修复后植物凋落物的分解可能重新释放PTEs，形成"二次污染"悖论。这一矛盾严重制约着植物修复技术的可持续应用，亟需阐明凋落物分解过程中碳（C）与PTEs的耦合循环机制。

西班牙国家研究委员会（CSIC）土壤与水资源保护及有机废弃物管理研究中心的研究团队Alicia Fernández-Guerrero等，选择地中海典型灌木迷迭香（Salvia rosmarinus）为研究对象，通过模拟其在实际修复场景中的凋落物分解过程，系统解析了有机质降解阶段对C矿化动力学模型的调控规律，并首次量化评估了PTEs在"植物-凋落物-土壤"系统中的再分配效应。相关成果发表于土壤学权威期刊《Plant and Soil》。

研究采用三个关键技术方法：（1）从野外修复系统中采集不同降解状态的凋落物-土壤界面样品（6个生物重复）；（2）通过201天密闭培养实验监测CO₂-C释放动态，建立零级、一级和双一级动力学模型；（3）结合DTPA提取法和ICP-OES分析，测定凋落物分解前后PTEs（Cu、Mn、Pb等）的生物有效性变化。

碳矿化动力学揭示分解阶段依赖性

通过拟合CO₂-C释放曲线发现：高度降解的凋落物（L5，TOC=167 g kg^-1）符合一级动力学模型（R²>0.99），而新鲜凋落物（L1/L6，TOC>400 g kg^-1）需用双一级模型描述，显示其含有快速分解（t_1/2=6-7天）和缓慢分解（t_1/2>124天）两个碳库。特别值得注意的是，角质层完整的凋落物C矿化率仅35±1%，证实植物表皮蜡质对微生物降解的抑制作用。

C/N比驱动元素释放格局

C/N比与C矿化率呈显著负相关（r=-0.846），低C/N比（24-27）的凋落物（L2/L3）矿化率达50±4%。锰（Mn）在凋落物中呈现特殊行为：L4样品中Mn浓度异常升高（5.6%水溶性），与其43天的超短半衰期相关，暗示Mn可能通过激活锰过氧化物酶（MnP）加速木质素降解。

PTEs的生态再固定机制

尽管凋落物分解导致70-88%的PTEs释放，但土壤DTPA提取态Cu、Mn、Pb分别降低15%、50%和11%。研究团队认为这归因于：（1）铁氧化物（如铁铝尖晶石）对金属的专性吸附；（2）有机质降解产物与PTEs形成稳定络合物；（3）土壤pH（6.4-7.4）维持在中性范围抑制金属活化。唯独镉（Cd）未显示显著变化，可能与其在凋落物中的低迁移性有关。

该研究突破性地证实：植物修复产生的凋落物非但不会加剧PTEs污染，反而通过"微生物活化-有机质周转-金属固定"三位一体的机制促进生态恢复。双一级动力学模型的建立为评估修复植物的凋落物降解特性提供了新工具，而Mn对分解速率的调控作用为筛选高效修复植物提供了生理学指标。这些发现为制定"植物修复-凋落物原位还田"的可持续土壤管理策略奠定了科学基础，尤其适用于地中海气候区采矿废弃地的生态重建。