氮肥增效下旱柳(Salix matsudana)生长与土壤修复的协同机制：多组学揭示重金属污染治理新策略

本研究通过整合生理学与多组学技术，系统阐明了氮肥(N)对旱柳(Salix matsudana)生物量提升和铅/镉(Pb/Cd)富集的促进作用。研究发现高氮处理通过重塑根际微生物群落(16S rRNA测序)和激活有机酸代谢通路(LC-MS/GC-MS)，显著提高重金属生物有效性，为氮辅助植物修复(N-assisted phytoremediation)技术优化提供了理论依据。

　　

氮肥调控旱柳生长与土壤修复的协同机制

引言：

土壤重金属污染(Pb、Cd)已成为工业化带来的重大环境风险。旱柳(Salix matsudana)作为耐金属木本植物，在植物修复领域展现出巨大潜力。然而，氮肥(N)在增强植物生长与土壤修复中的协同作用机制尚不明确。本研究通过整合生理学与多组学方法，系统解析了氮肥对旱柳修复效率的优化机制。

材料与方法：

实验设计采用五梯度氮浓度(对照、低、中、高、超高)和四种氮形态(铵态氮AM、硝态氮NI、铵硝混合AN、尿素CN)。通过火焰原子吸收光谱(AA-680)测定重金属含量，16S rRNA测序分析微生物群落，LC-MS/GC-MS进行代谢组学检测。

结果：

1. 生长与重金属吸收

   高氮处理使旱柳生物量提升至550g/株水平，Pb/Cd积累量分别达50.04mg/plant和25.35mg/plant。根系分析显示侧根对重金属吸收贡献显著，在AM处理下Pb积累提升30%。

2. 土壤理化性质

   氮肥使土壤pH降低0.5-1.0单位，阳离子交换量(CEC)提升15-20%。有机质含量在AM处理下增加显著，而脲酶活性仅在低/中AM组增强。

3. 微生物群落

   高氮处理显著改变根际微生物组成，变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteriota)丰度提升50%。共现网络分析揭示微生物间互作强度与重金属吸收呈正相关(r>0.6)。

4. 代谢组特征

   检测到1884-1912种代谢物，其中1827种为共有。差异代谢物(DAMs)主要富集于有机酸和维生素通路。柠檬酸和草酸含量与Pb生物有效性呈显著正相关(p<0.05)。

讨论：

氮肥通过三重机制协同增强修复效率：

1. 直接促进植物生长和金属吸收

2. 重塑根际微生物组(如Sphingomonas、Pseudomonas)促进金属活化

3. 诱导螯合代谢物(有机酸、植物激素)分泌

该研究为重金属污染土壤的氮辅助植物修复提供了理论依据和技术支撑，特别适用于城市工业废弃地的生态修复工程。未来研究可进一步优化氮肥形态配比，结合微生物接种技术提升修复效率。