《Journal of Hazardous Materials Advances》：Nutrient imbalances caused by industrial pollution were not affected by extreme climate events
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本文针对工业污染区植被营养失衡问题，通过三年实地监测，揭示了钾（K）与镁（Mg）、锰（Mn）的竞争吸收导致植物光合恢复能力（MPI）下降，发现极端气候虽非主要驱动因素，但可通过影响矿物吸收加剧生态脆弱性，为污染区生态修复提供新视角。
在罗马尼亚的历史工业重镇Cop?a Mic?，长达数十年的工业化进程给这片土地留下了深刻的污染印记。尽管主要工业活动已于1997年停止，但土壤、水体及生物体内的重金属残留依然严重，而全球气候变暖带来的极端天气事件（如热浪、春霜）更是雪上加霜。以往研究多聚焦于汞、镉等有毒金属的生态风险，却忽略了钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）等必需矿物质失衡对植物生理功能的潜在影响。这些元素是光合作用、酶活性和信号传导的关键参与者，其缺乏可能直接削弱植被应对环境胁迫的韧性。为此，由Constantin Nechita领衔的研究团队开展了一项为期三年（2019–2021年）的多介质环境监测，旨在揭示工业污染与气候胁迫交互作用下植物营养动态的演变规律，成果发表于《Journal of Hazardous Materials Advances》。
研究团队综合运用了实地采样、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）分析、生物富集因子（BAF）与矿物光合指数（MPI）计算，以及冗余分析（RDA）和广义线性模型（GLMs）等统计方法。样本覆盖Cop?a Mic?工业区周边40种环境介质，包括树木（如欧洲山毛榉、橡树）、灌木（如山楂、悬钩子）、草本植物（如问荆、粟）及真菌（如绒边乳菇），并同步收集水体、土壤和沉积物。气候数据源自E-OBS高分辨率数据集，重点分析日均温（Tmean）、昼夜温差（DTR）等参数与矿物含量的关联。
3.1 非生物与生物基质中的宏量矿物质
水体样本中钾、钙、镁等元素浓度均低于世界卫生组织建议限值，而土壤和凋落物则呈现明显的营养耗竭。树木各器官中矿物质分布差异显著：钾在枝条中含量最高（10805 ± 5575 mg kg-1），而钙和镁在叶片中富集。尤其值得注意的是，真菌Lactarius torminosus的钾含量高达127893 mg kg-1，暗示其极强的元素富集能力。草本植物整体矿物质水平低于木本植物，但问荆（Equisetum arvense）表现出相对较高的生物富集潜力。
3.2 营养比例失衡
钾/（钙+镁）比值在土壤中低至0.15–0.58，而植物体内升至1.67–2.88，表明钾与其他元素的吸收竞争加剧。贝叶斯相关性分析进一步证实，钾与镁、锰的拮抗关系在2019年后显著减弱（BF10> 10），暗示生物地球化学循环出现“脱钩”。
3.3 矿物质缺乏与光合功能受损
矿物光合指数（MPI = Mg/[Zn+Fe]）在2020年极端高温期间降至43（2019年为65），灌木的MPI普遍高于乔木，而草本植物虽基数低（9.1–9.4），却在2020年逆势上升至16。广义线性模型显示，气候因子对MPI的解释力微弱（R2=0.17），但器官类型的影响显著（p=0.02），说明光合恢复能力主要受制于器官特性而非直接气候胁迫。
3.4 富集与生物积累特征
土壤富集因子（EF）多低于2，属轻度富集，而生物富集因子（BAF）在钾和钠元素中呈现年际升高趋势，如Q. pubescens枝条的钾BAF在2021年达29。昼夜温差（DTR）对钾、镁的BAF有显著影响（p<0.05），印证气候波动可干扰元素在植物体内的转运。
3.5 气候条件与矿物质动态关联
冗余分析表明，钙、钠与降水正相关，而锰和钾与最高温度负相关。K均值聚类进一步将样本按MPI和BAF值划分为不同响应群体，其中2020年的集群分化最明显，对应了该年极端气候事件对矿物平衡的扰动。
本研究通过多维度数据印证了工业污染区植被营养失衡的长期性与复杂性。尽管停止污染排放后环境矿物质含量有所回升，但钾的绝对优势仍抑制镁、锰的吸收，导致植物光合功能恢复滞缓。气候变量虽非主导因素，但可通过改变元素生物有效性间接放大胁迫效应。这一发现突破了传统毒理学研究的局限，将营养平衡纳入污染生态评估框架，为制定基于矿物管理的生态修复策略提供了理论依据。未来研究需整合土壤pH、阳离子交换容量等参数，以更全面揭示元素循环的驱动机制。
