柴油污染土壤中巨型芒草（Miscanthus x giganteus）的生物质特性研究：产量、木质纤维素与烃类化合物的响应机制及环境修复潜力

本研究针对柴油污染土壤修复与能源作物生产的双重需求，开展了巨型芒草（Mxg）在12 g kg?1柴油污染条件下的田间试验。结果表明，污染土壤中生物质产量显著提升至4.8 t ha?1（对照为0.9 t ha?1），木质纤维素组成未受污染影响，且烃类成分为植物自身蜡质而非污染物迁移。该研究为石油污染土壤的植物修复与生物能源生产提供了重要实践依据。

　　

随着化石燃料的广泛使用，石油烃（Petroleum Hydrocarbons, PHs）污染已成为全球性环境问题。柴油作为典型PHs污染物，对土壤生态系统和人类健康构成严重威胁。传统物理化学修复方法成本高昂且易造成二次污染，而植物修复（Phytoremediation）技术因其环境友好性和经济性逐渐受到关注。巨型芒草（Miscanthus x giganteus, Mxg）作为第二代能源作物，具有高生物量产出和逆境适应能力，被广泛应用于退化土壤的修复。然而，此前关于Mxg在柴油污染土壤中的研究多局限于盆栽实验，田间尺度下柴油污染对Mxg生物量产量、木质纤维素组成及烃类迁移规律的影响尚不明确。

为解决上述问题，研究团队在捷克Ahníkov地区建立了田间试验基地，通过人工添加柴油模拟污染条件（初始浓度12 g kg^?1），系统评估了Mxg在柴油污染土壤中的生长响应、生物质特性及环境效应。相关研究成果发表于《Biomass and Bioenergy》，为石油污染土壤的植物修复与生物质能源化利用提供了重要依据。

本研究主要采用田间试验设计，结合土壤理化分析（pH、TOC、TN、TPHs）、微生物指标检测（PLFAs、呼吸作用、脱氢酶活性）、挥发性有机物（VOCs）采样与GC-MS分析，以及植物生物量测定、木质纤维素成分分析（NDF/ADF/ADL法）和烃类化合物鉴定（GC-HRMS）等技术方法。所有样本来源于田间试验区块，包括污染组（D）和对照组（C）。

3.1. 土壤特性

土壤理化参数显示，柴油污染未显著改变土壤pH和总有机碳（TOC）含量，但总氮（TN）在对照组中略高。污染土壤中TPHs浓度由初始12.1 g kg^?1经一季生长后下降61.5%，表明Mxg种植促进了柴油降解。微生物活性指标（PLFA_tot、呼吸速率）在污染土壤中显著提升，证实了微生物驱动的生物修复作用。

3.2. VOCs与光散射参数

通过GC-MS分析VOCs成分，发现污染区域空气中以异构烷烃为主，与植物体内烃类成分差异显著，排除了大气沉降导致污染的可能性。污染区地表温度较低而湿度较高，可能与植物遮荫和蒸腾作用相关。气溶胶浓度低于2 μg m^?3，表明空气背景污染可忽略。

3.3. 植物生物计量参数

与预期相反，柴油污染显著促进了Mxg生长：植株高度增加34%，地上与地下生物量均提高50%以上，存活率保持100%（对照组降至50%）。计算所得生物量产量分别为污染区4.8 t ha^?1和对照组0.9 t ha^?1。这种"毒物兴奋效应"（Hormesis）可能与微生物-植物互作或低剂量烃类的类激素作用有关。

3.4. 生物质木质纤维素组成

污染未显著改变叶片和茎秆的木质素（平均5.9%）、纤维素（30.6%）和半纤维素（32.0%）含量，表明柴油污染不影响生物质的能源化转化潜力。其低木质素/高半纤维素特性特别适合生物乙醇、造纸和沼气生产。

3.5. 生物质中的烃类化合物

GC-HRMS分析显示，叶片和茎秆中检测到的烃类主要为长链正构烷烃（C27-C33），包括主导成分n-庚烷（C27）、n-二十九烷（C29）和n-三十一烷（C31），这些是植物表皮蜡质的天然组分。污染与对照组烃类组成相似，且log K_ow值（12.45-16.55）表明其难以通过根系吸收迁移，证实了烃类来源于植物自身合成而非污染迁移。

本研究推翻了基于盆栽实验提出的三个假设，证实：①柴油污染在一定条件下可刺激Mxg生长；②污染不改变木质纤维素组成；③生物质中烃类为植物源性而非污染物。这表明Mxg可用于柴油污染土壤的修复而不影响生物质能源化利用，为植物修复技术的田间应用提供了关键证据。未来研究需关注长期田间效应、土壤微生物机制及不同污染条件下的植物响应规律。