能源作物与根系生物刺激剂联合应用对废弃填埋场土壤的植物修复管理研究

推荐：本研究针对污染土壤的植物修复管理难题，创新性地将能源作物（Cannabis sativa、Sorghum bicolor、Miscanthus × giganteus）与腐殖酸-菌根真菌复合处理（Hs+M）相结合，通过3年田间试验证实高粱（Sorghum）处理组生物量提升16%-35%，且显著促进Cu/Zn的植物提取效率，为污染场地生物质能源生产与生态修复提供了可推广的解决方案。

　　

随着全球对可再生能源需求的增长和土壤污染问题的加剧，如何利用边际土地实现"污染修复-生物质生产"双赢成为环境科学领域的重要命题。欧洲计划到2030年可再生能源占比达42.5%，但耕地资源有限促使研究者将目光投向废弃填埋场等污染场地。这类场地普遍存在多重挑战：铜（Cu）、锌（Zn）等重金属和多氯联苯（PCB）复合污染，土壤结构破坏（20.4%石砾含量），以及砂质壤土持水能力差等问题。传统物理化学修复成本高昂且破坏土壤生态功能，而单纯植物修复又常因作物生长受限难以奏效。

针对这一困境，意大利博洛尼亚大学Pietro Peroni团队在《Industrial Crops and Products》发表研究，创新性地将三种能源作物与腐殖酸-菌根真菌（Hs+M）生物刺激剂组合，在意大利博洛尼亚一处非法填埋场开展为期3年的田间试验。研究采用随机区组设计，设置对照（C）与Hs+M处理组，通过测定地上部干重（SDW）、金属吸收量（ICP-OES）、生物富集系数（BCF）等指标，系统评估了高粱、大麻和芒草在污染土壤中的适应性与修复效能。

关键技术方法包括：1）采用DTPA提取法评估土壤金属生物有效性；2）通过HRGC-HRMS分析PCB同系物；3）建立时间重复测量ANOVA模型分析处理效应；4）冗余分析（RDA）解析环境因子与修复效果的关联。试验地土壤特性为砂质壤土（52%砂粒），pH 8.3，含Cu（155 mg kg^-1）、Zn（276 mg kg^-1）超标及11种PCB同系物（总量0.17 mg kg^-1）。

【植物生长与生物量产量】

Hs+M处理使高粱三年平均SDW达20.1 Mg ha^-1，较对照提升35%，株高增加50 cm，展现出最强适应性。芒草处理组单株分蘖数增加53%，生物量算术增长19%。但大麻出现反常现象：处理组生物量反降低3.65 Mg ha^-1，可能与金属在根部富集抑制生长有关。

【金属吸收与迁移规律】

所有作物地上部Cu/Zn浓度呈逐年下降趋势，其中大麻Cu降幅最大（61%）。Hs+M高粱的Cu/Zn提取量分别达0.11 kg ha^-1和1.27 kg ha^-1，显著高于其他处理。值得注意的是，腐殖酸处理未改变金属生物富集系数（BCF_tot<1），但通过促进生物量间接提升提取总量。

【土壤污染物动态】

三年后DTPA提取态金属未显著变化，但PCB-105、-118等二噁英类同系物在芒草地块呈现下降趋势。冗余分析显示高粱地块PCB初始浓度与生物量呈正相关，暗示可能存在根系促进降解的潜在机制。

该研究证实高粱-Hs+M组合能同步实现生物质增产（满足年产2.8-3.0 Mg ha^-1生物乙醇原料需求）与渐进式金属提取，且不加剧污染物扩散风险。相较而言，芒草虽年产量较低（15.4 Mg ha^-1），但其多年生特性可减少耕作投入，并可能通过庞大根系网络促进PCB降解，适合长期修复管理。研究为污染场地"修复-生产"协同系统提供了实证案例，其建立的作物-处理匹配策略对欧洲约10万公顷填埋场的生态利用具有重要参考价值。未来需进一步验证不同气候区及污染类型的适用性，并探索生物刺激剂对有机污染物降解的分子机制。