《Journal of Environmental Management》：Rare earth element (La, Ce, Y, Sc, and Gd) removal, biomass accumulation, and phyto-ash enrichment in floating treatment wetlands planted with
Juncus inflexus
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稀土元素（REEs）在现代技术中的人为使用导致其在废水径流和水生环境中的出现频率增加。本研究评估了种植有Juncus inflexus的浮床处理湿地（FTWs）对合成高强度废水中选定稀土元素（La、Ce、Y、Sc、Gd）的去除、生物量积累及植物灰分富集作用。测
稀土元素（REEs）在现代技术中的人为使用导致其在废水径流和水生环境中的出现频率增加。本研究评估了种植有Juncus inflexus的浮床处理湿地（FTWs）对合成高强度废水中选定稀土元素（La、Ce、Y、Sc、Gd）的去除、生物量积累及植物灰分富集作用。测试了三种稀土体系：MIX1（La+Ce）、MIX2（Y+Sc）和MIX3（Gd），每种元素浓度为1–20 mg L?1。评估了去除效率、植物响应、吸收动力学、质量分布、短期再迁移和植物灰分富集。14天后，所有处理的总稀土去除率超过54.9%，其中La/Ce最高达95.5%，Gd>91%。在较低暴露水平下，生物富集因子超过100，与相对较高的植物相关积累一致。时间过程测量显示，水相稀土浓度在最初1–3天内快速下降，随后缓慢稳定。在5 mg L?1下的质量平衡分析表明，14天后初始稀土质量的40.6–68.1%在植物组织中定量，主要分布在根部。释放实验显示收获生物量中稀土的短期再迁移有限，而植物响应包括根解剖结构的描述性变化和叶绿素荧光的短暂变化。根部灰分显示出明显的稀土富集，La/Ce的灰分富集因子（AEF）值为16–22，计算得到的稀土氧化物（REO）当量浓度为0.19–2.63 wt%。总体而言，种植有Juncus inflexus的FTWs降低了水相稀土浓度并将稀土富集于可收获生物量中，支持将该系统进一步评估为针对特定含稀土废水流的潜在低投入抛光和预浓缩步骤。
论文解读：浮床处理湿地中Juncus inflexus对稀土元素的去除、积累与灰分富集
稀土元素（REEs）在现代技术中应用广泛，需求持续增长，导致其作为新兴污染物进入废水和水环境。目前REEs的去除多依赖物理化学方法，如加氯、磷酸盐沉淀、膜过滤等，但这些方法成本高、操作复杂。人工湿地等自然解决方案受到关注，浮床处理湿地（FTWs）是一种被动的处理系统，然而关于FTWs去除REEs的研究极少。Juncus inflexus作为挺水植物，对金属污染有耐受性，但其在FTWs中的REE去除性能尚不清楚。本研究首次系统评估了种植Juncus inflexus的FTWs对合成高强度废水中La、Ce、Y、Sc、Gd的去除和积累，并结合植物响应、吸收动力学、质量平衡、短期释放和灰分富集分析。结果显示FTWs显著降低了水相REE浓度，并将REE富集于可收获生物量中，表明该系统可作为一种低投入的抛光和预浓缩步骤。该研究发表在《Journal of Environmental Management》。
研究人员在波兰格但斯克理工大学温室进行实验，植物为2年生Juncus inflexus幼苗（来自商业苗圃，欧盟植物护照编号）。实验采用四个连续实验：实验1在0–20 mg/L浓度下评估去除、积累和胁迫响应；实验2在5 mg/L下于第1、3、7、14天进行破坏性收获，研究吸收动力学；实验3将暴露后的植物置于无REE溶液中评估释放；实验4通过干灰化制备根部灰分。水样和植物样从三个重复反应器中等量混合，采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）测定REE浓度；根横切面用光学显微镜观察；叶绿素荧光参数用调制荧光仪测量；根生物量元素组成用X射线荧光光谱（XRF）分析；热力学模拟用Visual MINTEQ进行。仅植物生理参数进行统计学检验，REE数据因混合样本而作描述性解释。
三、研究结果
3.1 REE去除性能和植物响应在不同浓度下
3.1.1 时间依赖性去除效率：通过14天暴露实验，所有处理的总去除率超过54.9%，其中La和Ce达75.8%–95.5%，Y为54.9%–74.9%，Sc为65.7%–84.5%，Gd为80.8%–91.2%。植物相关去除率（RE
plant）在低浓度下贡献较大，生物富集因子（BCF）在1 mg/L时超过100。水相浓度在最初1–3天快速下降，随后稳定。Visual MINTEQ模拟显示磷酸盐相关沉淀在热力学上可行，因此去除可能涉及植物结合和理化分配。
3.1.2 根系结构响应：通过光学显微镜观察根横切面，对照通气组织占皮层约89%。La+Ce处理下通气组织比例非单调变化，在20 mg/L时最低；Y+Sc处理变化较小；Gd处理下通气组织比例随浓度从59%降至20%，表明皮层紧凑性增加。但测量仅来自每个处理一个代表性截面，属描述性。
3.1.3 光合胁迫指标：叶绿素荧光测量显示，暴露第1天Fv/Fm出现短暂下降，但第7–14天恢复至适应期水平，表明PSII功能未受持久抑制。有效量子产额Y(II)在第14天总体上增加。
3.2 吸收动力学和生物量积累：在5 mg/L暴露下，前3天水相REE浓度快速下降。根中REE浓度随时间增加，第14天达到La 248、Ce 260、Y 516、Sc 563、Gd 392 mg/kg干重。向地上部转运有限（2.08–27.6 mg/kg）。质量平衡显示第14天植物组织中定量到初始REE质量的40.6%–68.1%，顺序为Gd > Sc > Y > Ce ≈ La。
3.3 质量平衡和收获后回收潜力
3.3.1 REE质量分布：基于质量平衡计算，第1天已有8.9%–17.2%的REE进入植物组织。第14天，植物组织占40.6%–68.1%，水相占6.6%–18.8%，操作上未定量部分占22.9%–48.6%，后者可能包括颗粒、表面吸附等，但未直接确认。这表明Juncus inflexus主要作为根部汇。
3.3.2 植物灰分富集：通过灰化根部，La和Ce的灰分富集因子（AEF）为16–22，Gd为7–8。计算得到的REO当量浓度为0.19–2.63 wt%，超过常见0.1 wt%参考值。估算每升处理废水可产生0.97–9.61 mg REE，表明灰分可作为富集中间产物。
3.4 植物生物量中REE的释放：将暴露后的植物放入无REE溶液14天，大多数水相REE浓度低于检测限，仅初期检测到低浓度La、Ce、Gd，表明短期再移动有限。
3.5 FTWs中REE去除的潜在机制：综合实验观察和文献，提出了概念模型，包括根表面络合、生物膜/EPS吸附、Fe/Mn斑块吸附、磷酸盐沉淀、质外体结合等。但碳酸盐过程、Fe/Mn斑块等未直接验证。
3.6 环境意义和应用潜力：讨论指出本研究中植物与溶液比例约1:8，高接触配置有助于高去除率，但现场应用需考虑生物量密度、水深、水力停留时间等。FTWs可作为低投入抛光技术，但不能替代高级处理。未来需长期稳定性和中试研究。
四、讨论总结与结论
讨论部分总结了根际和非生物过程的贡献，并强调各机制未被直接定量，实际应用需结合废水化学、植物密度和水力条件。本研究结论翻译如下：在受控条件下，种植Juncus inflexus的FTWs从合成高强度废水中去除REE、实现根部相关滞留和基于生物量的预浓缩是可行的。主要结论包括：FTWs在14天内大幅降低水相REE浓度，La和Ce最高达95%，Y和Sc为55%–85%，Gd>91%；植物相关去除贡献显著，尤其在较低暴露水平下BCF超过100；水相REE浓度在初始阶段快速下降后缓慢稳定，磷酸盐相关滞留具有热力学可行性；REE主要在根部积累，向地上部转运有限，根部解剖和叶绿素荧光表现出短暂响应；质量平衡显示14天后40.6%–68.1%的初始REE质量在植物组织中，短期的再移动有限；根衍生灰分中AEF为16–22（La/Ce）和7–8（Gd），REO当量浓度达0.19–2.63 wt%，燃烧将REE浓缩至更小灰分中，可作为潜在的下游加工中间材料。因此，种植Juncus inflexus的FTWs值得进一步评估，作为特定浓缩含REE废水流低投入抛光和预浓缩步骤；但实际应用需要验证生物量收获、干燥、燃烧和REE提取的能源成本，并开展真实废水基质中的中试研究及长期稳定性评价。
