《Italian Journal of Agronomy》：Agronomic strategies for remediation of hydrocarbon-contaminated soils: turfgrass coverage, compost amendment, and bacterial inoculation
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本文推荐一项关于烃污染土壤修复的创新研究。为解决传统物理化学方法成本高、效率低的问题，研究人员开展了 turfgrass phytocapping（草皮植生覆盖）结合 compost amendment（堆肥改良）和 PGPR（植物根际促生菌）inoculation（接种）的 mesocosm（中宇宙）实验。结果表明，该集成系统使土壤总烃 11 个月内降低约 60%，并显著改善土壤微生物群落结构，为工业及城乡周边污染场地提供了一种低成本、可扩展的绿色修复策略。
在工业化与城市化快速发展的今天，土壤污染已成为威胁生态系统和人类健康的重大环境问题。其中，石油烃类污染物，特别是碳链长度大于十二（C>12）的重质烃类，因其化学性质稳定、难降解，并在环境中长期残留，被列为持久性有机污染物。这类物质不仅直接毒害土壤微生物和植物，还可能通过颗粒物再悬浮、水体渗漏等途径扩散，最终通过食物链或呼吸暴露危害人体健康。传统的土壤修复技术，如客土置换、化学氧化等，往往成本高昂且可能造成二次污染。因此，开发高效、低成本、环境友好的原位修复技术迫在眉睫。
在此背景下，植物修复技术，尤其是利用植被覆盖来稳定污染物并促进其降解的策略，展现出巨大潜力。其中，“植生覆盖”是一种利用植物密集的根系和冠层来固定土壤、减少侵蚀，并利用根际微生物活动降解污染物的技术。冷季型草坪草，如高羊茅、草地早熟禾和黑麦草，因其生长迅速、根系发达、覆盖度高，被认为是实施植生覆盖的理想材料。然而，在贫瘠的污染土壤中，植物定植困难，修复效率常受限制。如何通过整合有机改良剂和特定功能微生物来强化植物修复效果，成为当前研究的热点。
针对这一挑战，由 Anna Verde、Ida Romano、Massimo Fagnano、Nunzio Fiorentino、Donato Visconti、Giuseppina Magaraci 和 Valeria Ventorino 组成的研究团队，在《Italian Journal of Agronomy》上发表了一项研究。他们系统评估了草坪草混合物、市政固体废弃物堆肥改良以及植物根际促生菌接种这三种农艺策略联合使用，对柴油污染土壤的修复效果。研究旨在回答几个关键问题：不同的草坪草混合物在污染土壤中的定植和覆盖能力如何？堆肥改良和细菌接种是否能协同促进植物生长和烃类降解？整个修复过程对土壤微生物群落结构产生了怎样的影响？这项研究为开发综合性的土壤污染风险管控与修复方案提供了重要的科学依据。
研究人员开展中宇宙实验，核心方法包括：1. 实验设计：采用完全随机设计，考察草种混合（MA: 高羊茅、草地早熟禾、黑麦草；MB: 两种高羊茅品种）、堆肥改良（添加与否）和细菌接种（含 Priestia megaterium EL5 和 Kosakonia pseudosacchari TL13 的复合菌剂接种与否）三因素对柴油污染土壤的修复效果。2. 土壤与植物分析：定期监测土壤总烃（TH）含量、植物生物量、氮含量及草坪覆盖度。3. 微生物群落分析：通过高通量测序（针对细菌16S rRNA基因V3-V4区）分析不同处理下土壤和根际细菌群落的组成和多样性（α和β多样性）。4. 污染物迁移评估：通过测定叶片总烃含量，间接评估污染土壤颗粒再悬浮及在叶片沉积的风险。样本为实验现场采集的污染及未污染土壤中生长的植物。
3.1. 土壤分析
研究发现，堆肥改良显著提高了土壤有机碳和养分含量。经过11个月的修复，所有处理组土壤中的总烃含量平均降低了约62%。其中，接种细菌的处理组烃类去除率（64%）显著高于未接种组（58%），表明接种的PGPR consortium（复合菌剂）有效促进了烃类的生物降解。
3.2. 植被分析
在播种后6个月的首次收割中，草种混合物MA（含黑麦草和草地早熟禾）的生物量产量和氮吸收量均高于MB（仅含高羊茅品种），显示出更快的早期生长速度。堆肥改良显著促进了植物生长，使生物量、株高和氮吸收量分别平均提高了60%、16%和46%。至播种后11个月，MB混合物的生物量和氮吸收量反超MA，表明高羊茅虽初期生长较慢，但更具持久性。堆肥的积极效应持续存在。
3.3. 植被覆盖分析
MA混合物在播种后3个月即达到84%的土壤覆盖率，显著高于MB（46%）。堆肥处理进一步加快了早期覆盖。到第11个月时，两种草混均实现了100%的土壤覆盖，有效减少了污染土壤颗粒的再悬浮和扩散风险。
3.4. 污染土壤颗粒在叶面沉积的评估
通过比较在污染和未污染土壤上生长的草坪草叶片中的总烃含量，发现两者无显著差异。这表明叶片中检测到的大量烃类主要来源于植物自身代谢产生的生物烃（如叶蜡），而非土壤污染物的显著吸收或颗粒沉积。因此，在此实验条件下，叶片总烃含量并非指示土壤石油污染或颗粒再悬浮的敏感指标。
3.5. 细菌群落组成
在所有土壤样本中均检测到10个相对丰度高于0.1%的细菌门。Proteobacteria（变形菌门）和 Actinobacteriota（放线菌门）是优势菌门，其相对丰度受采样时间影响显著。Actinobacteriota的丰度还受土壤类型（根际与非根际）影响。其他如 Acidobacteriota（酸杆菌门）、Chloroflexi（绿弯菌门）、Bacteroidota（拟杆菌门）、Firmicutes（厚壁菌门）等也被检出，这些菌门多数已知在烃类降解或逆境土壤中具有重要作用。
3.6. 土壤微生物多样性
α多样性分析（Shannon指数）显示，细菌接种显著降低了部分样本（特别是非根际土和MB混合物根际土）的微生物多样性，表明接种菌剂可能对本地微生物群落产生了选择压力。β多样性分析表明，采样时间和堆肥改良是导致细菌群落结构差异的主要因素。主坐标分析清晰显示了不同采样时间点群落的分离，以及堆肥在早期对群落的显著影响。
本研究得出结论，结合草坪草（特别是快速覆盖的混合物）、堆肥改良和特定烃降解PGPR接种的辅助性植物修复策略，是一种经济有效且前景广阔的技术。它不仅能通过快速形成植生覆盖（Phytocapping）有效稳定污染土壤，防止污染物通过颗粒物扩散对人体健康造成风险（植物稳定化，Phytostabilization），还能通过根际降解（Rhizodegradation）和生物刺激作用，在11个月内将土壤总烃含量降低60%以上。同时，该集成系统有助于改善土壤肥力，影响并调节土壤微生物群落，促进生态系统服务的恢复。
这项研究的重要意义在于，它为那些不适宜或难以承担高昂传统修复成本的工业及城乡周边污染场地，提供了一种低投入、可扩展的绿色可持续修复方案。未来研究可侧重于将物种混合物和堆肥类型适配于不同的气候土壤条件，并在更长时间尺度和真实场地环境下检验该系统的长期稳定性、对复合污染的修复效果以及对土壤功能恢复的贡献。
