目前，紫茎泽兰（Ageratina adenophora）已在中国西南地区大面积蔓延，其防控和清除需要投入大量人力物力。收割后的植株若直接焚烧或填埋，不仅造成生物质资源浪费，也可能带来二次污染。与此同时，农田土壤重金属与农药复合污染正威胁粮食安全，而常规物理化学修复手段往往成本较高、能耗较大，并可能扰动土壤结构。针对这两类看似相互独立的问题，中国科学院昆明植物研究所大型真菌种质资源与绿色发展研究团队提出了一种“以废治污”的循环利用策略：将紫茎泽兰转化为堆肥和生物炭，并结合功能微生物接种剂用于污染农田修复（如蔬菜大棚土壤）。研究结果表明，该“三重修复体系”可使土壤中锌、镉、铅等重金属的生物有效性（即能够被植物吸收利用的部分）降低50%—70%，同时显著改善土壤养分状况和微生物活性，为入侵植物资源化利用与污染农田修复提供了一条具有应用潜力的新路径（图1）。

图1 入侵植物紫茎泽兰堆肥与生物炭制备及其农田重金属污染修复应用。

一、从生态负担到修复资源：紫茎泽兰的功能化利用

紫茎泽兰虽然具有显著的入侵性和生态危害，但其生物质富含倍半萜、黄酮和酚类化合物等天然活性成分，具有抗菌、抗氧化和金属螯合潜力。研究团队通过协同堆肥与450°C限氧热解（即在缺氧条件下进行热分解）两条路径，将紫茎泽兰转化为堆肥和生物炭两类功能互补的修复材料。堆肥可提供丰富的有机质和速效养分；生物炭则具有多孔结构、较大的比表面积和氧化还原活性。

在此基础上，团队进一步引入由假单胞菌（Pseudomonas putida）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）组成的复合微生物菌剂。实验设置五种处理：不处理的污染土壤、单施堆肥、单施生物炭、单施菌剂，以及三者联合处理。结果表明，三重修复对重金属的固定效果优于任一单一处理，且较三种单一处理效应的简单加和进一步提高15%—25%，表现出明显的协同增效。上述结果说明，化学吸附、生物转化与物理稳定等过程的协同作用，有助于增强紫茎泽兰衍生材料的重金属修复效能。

二、三重修复如何发挥作用？重金属固定与微生物群落重塑

在明确材料特性的基础上，团队进一步阐明了三重修复进入土壤后的重金属固定机制及微生物群落重塑规律。堆肥中的腐殖质和有机酸可与重金属离子发生络合；生物炭可通过表面络合作用及其孔隙结构促进金属固定；微生物则可通过生物沉淀和生物吸附等过程，促进可溶态金属向相对稳定形态转化，即降低其迁移性和生物有效性。三类机制协同作用后，土壤中锌的生物有效性降低70%，镉降低65%，铅降低62%，铬和铜分别降低50%和58%。更为重要的是，在45天的作物生长期内，三重修复组未出现明显的重金属再活化，而单一处理组出现了5%–8%的再活化，表明联合处理具有更好的固定稳定性。

与此同时，土壤微生物群落也发生了明显重塑。宏基因组分析显示，未修复污染土壤中与异生物质降解和胁迫响应相关的功能通路较为突出，反映出微生物群落承受较强的污染胁迫。三重修复后，与细胞运动、膜转运和信号转导相关的基因显著富集，微生物群落的活性和多样性得到改善；与氮、磷、硫循环相关的功能基因（如narG、phoX、cysH，分别参与硝酸盐还原、有机磷矿化和硫酸盐同化还原）的相对丰度也明显增加，表明土壤微生物功能及养分循环潜力得到恢复。

此外，三重修复还显著降低了土壤中抗生素抗性基因（ARGs）和可移动遗传元件（MGEs）的丰度。相关结果提示，生物炭形成的稳定微生境可能限制耐药基因的水平转移；堆肥富集的有益菌群可能通过生态竞争抑制耐药菌；接种菌剂产生的抗菌物质则可能进一步抑制携带抗性基因的微生物。多重作用共同降低了污染土壤中抗性传播的潜在生态风险。

三、一草多效：从污染控制到土壤肥力与食品安全

基于对修复机制的系统认识，团队进一步评估了三重修复在污染控制之外的综合效益。第一，土壤养分保持能力增强。对照组土壤在种植一季作物后，全钾（TK）仅1.20 g/100g，而三重修复组达到2.40 g/100g；全氮（TN）和全磷（TP）在三重修复处理中也保持稳定，而对照组出现明显流失，说明联合处理有助于改善土壤养分保持能力。第二，土壤生化活性和腐殖化水平提高。土壤脲酶、过氧化氢酶、蛋白酶和蔗糖酶的活性平均提高1.35倍，有机质分解和养分周转显著加快；腐殖化水平提升2.37倍，其中腐殖酸（HA）含量增加3.44倍，表明土壤有机质转化和肥力相关功能得到明显改善。第三，健康风险指标明显下降。以三重修复条件下种植的小白菜（Brassica rapa）为对象进行健康风险评估，结果显示，儿童通过食用蔬菜摄入重金属的非致癌风险指数（HI）由1.99降至1.34，致癌风险（TCR）由5.40×10⁻³降至3.26×10⁻³，降幅分别为32.4%和39.7%。尽管污染土壤仍需持续治理，但上述结果表明，三重修复具有促进污染农田安全利用的潜力。

四、从入侵植物资源化到污染农田安全利用

该研究将“入侵植物收割—生物质转化—复合污染修复—农田安全利用”贯通为一条完整的循环利用链。该策略具有三方面优势：一是全过程绿色化，通过生物质资源化和生物修复过程降低对高能耗物理化学修复技术的依赖，并减少二次污染风险；二是多元利用，可转化为堆肥和生物炭，使入侵植物由治理对象转化为具有附加价值的修复材料；三是具有区域化应用潜力，在紫茎泽兰入侵严重地区可探索就近建设小型处理中心，实现原料就地收集、修复材料就近利用，从而降低运输成本。

团队后续将重点推进长期田间验证、功能基因表达量化、修复配方优化及全生命周期经济评估，推动“以草治土”技术由实验室研究向田间应用转化。相关研究成果发表于化学工程领域1区TOP期刊 Chemical Engineering Journal。Yousif Abdelrahman Yousif Abdellah为第一作者，刘栋、于富强为共同通讯作者。研究得到云南省科技重大专项、云南省技术创新计划等项目资助。

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