通過土壤改良劑強化植物修復(fù)效能研究取得新進展

2024-12-25   來源：中國林科院

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近期，中國林科院亞林所生態(tài)修復(fù)研究團隊聚焦長期鎘、鋅重度污染土壤，系統(tǒng)探究了多種土壤改良劑包括生物炭、凹凸棒土及其復(fù)合改良材料以及礦質(zhì)肥料等對木本植物根際微生物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)作用，并揭示了這些調(diào)節(jié)效應(yīng)能夠正面影響木本植物對重金屬的修復(fù)效能。研究結(jié)果可為金屬礦區(qū)等困難立地植被恢復(fù)和生態(tài)修復(fù)的效率提升提供理論指導(dǎo)和技術(shù)路徑。

木本植物修復(fù)技術(shù)作為一種環(huán)境友好型策略，旨在將環(huán)境效益最大化的同時對生態(tài)系統(tǒng)的干擾達到最小化，尤其適用于礦區(qū)等重金屬污染嚴重的土壤修復(fù)。土壤改良劑作為強化植物修復(fù)的一種常用手段，應(yīng)用廣泛，但其對植物根際微環(huán)境的調(diào)控機理尚未獲得全面深入的解析。

亞林所科研團隊3年期的野外試驗研究顯示，生物炭-凹凸棒土復(fù)合改良劑的應(yīng)用顯著增強了根際微生物網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和穩(wěn)定性，這主要表現(xiàn)在負/正內(nèi)聚力及魯棒性指數(shù)的增加；偏最小二乘路徑模型表明，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性直接受到復(fù)雜性的影響，這在重金屬污染背景下支持了生態(tài)學核心理念，即復(fù)雜性帶來穩(wěn)定性。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)了真菌多樣性對生物炭添加量的不敏感性，借助零模型分析表明，這主要歸因于生態(tài)漂移（Ecological Drift）主導(dǎo)了真菌群落組裝過程；研究在室內(nèi)模擬背景下，通過隨機森林和分段結(jié)構(gòu)方程模型進一步驗證了微生物網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性、穩(wěn)定性與土壤重金屬生物可利用性、木本植物修復(fù)效能之間存在顯著的因果聯(lián)系。

同時，研究團隊將礦質(zhì)肥料相互作用納入分析框架，發(fā)現(xiàn)在土壤重金屬污染背景下氮磷之間的協(xié)同效應(yīng)，即氮素施用能夠促進木本植物根際磷素循環(huán)，導(dǎo)致Resin-Pi、diluted HCl-Pi、conc.HCl-Pi的比例及絕對含量的顯著增加；研究進一步探討了介導(dǎo)有機磷礦化過程的phoC/phoD基因編碼細菌群落特征，發(fā)現(xiàn)phoD基因編碼細菌存在豐富的生物標記物及肥料敏感的分類單元，其多樣性及網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性指數(shù)在調(diào)控無機磷組分變化及植物修復(fù)效能方面具有更高的直接/間接效應(yīng)。

相關(guān)成果論文分別發(fā)表在土壤科學領(lǐng)域權(quán)威期刊Geoderma，Carbon Research和Science of The Total Environment上。中國林科院亞林所助理研究員蓋旭為系列論文的第一/共同第一作者，研究員陳光才為通訊作者。研究工作得到了國家自然科學基金和浙江省科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才萬人計劃的資助。（胡婧怡）