設施農(nóng)業(yè)土壤鎘-硝酸鹽復合污染邊生產(chǎn)邊修復過程研究.pdf

1、近幾十年來，全球人口迅速增長，對蔬菜和纖維的需求量巨大，設施農(nóng)業(yè)土壤使用強度也隨之增大，由于工業(yè)三廢的排放以及農(nóng)藥和化肥的過量使用，導致大量設施農(nóng)業(yè)土壤受到鎘和硝酸鹽嚴重污染，嚴重威脅農(nóng)產(chǎn)品安全和人類健康。針對我國乃至世界設施農(nóng)業(yè)土壤的鎘和硝酸鹽復合污染，發(fā)展資源節(jié)約、環(huán)境友好的治理與修復技術是一個亟待解決的問題。鎘和硝酸鹽各自的特性決定了修復過程的差異，真正能夠應用于鎘-硝酸鹽復合污染土壤修復的植物和微生物材料十分有限。本文以我國原生

2、鎘超積累植物東南景天、收集于世界各地的小白菜、空心菜種質資源的材料，采用水培試驗、盆栽試驗和大田試驗，研究了不同基因型小白菜、空心菜對鎘和硝酸鹽吸收和積累的差異，CO2或/和修復菌劑強化提高超積累東南景天修復鎘污染的過程，富集植物和水分管理的耦合作用，超積累植物-低積累蔬菜輪作聯(lián)合強化措施“邊修復邊生產(chǎn)”技術模式及效應分析，取得的主要研究成果如下:
　　(一)采用大田篩選試驗研究了復合污染土壤中62個基因型小白菜的生物量、鎘和硝酸

3、鹽的吸收和積累能力差異。結果表明，不同基因型小白菜對復合污染土壤中鎘和硝酸鹽的吸收和積累能力差異很大，鎘含量最高和最低的基因型相差63倍，硝酸鹽含量最高和最低的基因型相差10倍。7個小白菜基因型(四月慢，甜脆春水白，28天速生白菜，德高埃菲爾，蠶白，豐邦四月白和四季小黃金)被篩選為鎘-硝酸鹽共低積累基因型小白菜，可以在中輕度鎘-硝酸鹽復合污染土壤上安全生產(chǎn)。降低氮肥供應率，提高鉀肥供應率，葉面噴施水溶性鋅肥可以降低生長在鎘-硝酸鹽復合污

4、染土壤上的小白菜體內(nèi)的鎘和硝酸鹽含量。利用土壤改良劑增加土壤鈣、鎂和錳的有效性，也是降低小白菜體內(nèi)鎘和硝酸鹽含量的有效方式。
　　(二)采用大田篩選試驗研究了38個基因型空心菜對復合污染土壤中鎘和硝酸鹽的吸收和積累能力差異。結果表明，不同基因型空心菜對復合污染土壤中鎘和硝酸鹽的吸收和積累能力差異很大，鎘含量最高和最低的基因型相差39倍，硝酸鹽含量最高和最低的基因型相差6倍。4個空心菜基因型(江西大葉空心菜、港種青梗柳葉空心菜、香港

5、大葉白?？招牟撕图儼仔∪~空心菜888)被篩選為鎘-硝酸鹽共低積累基因型空心菜?？梢栽谥休p度鎘-硝酸鹽復合污染土壤上安全生產(chǎn)。增加磷肥供應比例可以降低生長在鎘-硝酸鹽復合污染土壤上的空心菜體內(nèi)的鎘、鉛和鋅等重金屬的含量。
　　(三)采用水培和根箱試驗，研究了CO2或/和修復菌劑強化東南景天修復鎘污染土壤的潛力。結果表明，CO2和修復菌劑聯(lián)合強化處理顯著增加了兩種生態(tài)型東南景天的農(nóng)藝性狀、光合作用和根系分泌，促進東南景天對鎘的活化、吸

6、收和積累。不同的是，超積累東南景天將鎘向地上部尤其是葉片中轉移，從而刺激根系吸收更多的鎘。非超積累東南景天將吸收的鎘貯存在根部，轉移到地上部的鎘又盡可能多的被固定在了莖里，很少向葉片轉移，從而將鎘毒害降到最低。由此可見，兩種生態(tài)型東南景天對鎘脅迫的響應機制存在巨大差異。利用CO2和修復菌劑聯(lián)合強化提高超積累東南景天對鎘污染土壤的修復效率是可行的。
　　(四)采用盆栽試驗，研究了淹水對不同基因型空心菜鎘-硝酸鹽吸收和積累的影響。結果

7、表明，淹水處理增加了各種基因型空心菜的各農(nóng)藝性狀，產(chǎn)生稀釋效應，降低了空心菜體內(nèi)鎘和硝酸鹽的含量和富集系數(shù)。淹水處理提高了土壤pH值，降低了土壤中鎘的有效性，將高積累空心菜對復合污染土壤有效鎘和硝酸鹽的修復效率分別提高了30.86％和27.81％，但是卻降低了土壤中總鎘的去除效率。高積累基因型空心菜對土壤有效鎘和硝酸鹽的去除率高，是一種良好的修復材料。低積累基因型空心菜具有更低的鎘和硝酸鹽轉移系數(shù)和富集系數(shù)，體內(nèi)鎘和硝酸鹽含量符合國家食

8、品安全標準，可以在鎘-硝酸鹽復合污染土壤上安全生產(chǎn)。
　　(五)采用大田試驗，在鎘-硝酸鹽復合污染設施農(nóng)業(yè)土壤上種植了內(nèi)生菌強化超積累東南景天，配合以農(nóng)業(yè)有機廢棄物大棚發(fā)酵CO2施肥，并將發(fā)酵殘渣作為有機肥施入土壤，輪作以鎘-硝酸鹽共低積累空心菜和小白菜，并配合以合理的水分管理措施。結果表明，在兩年的修復試驗中，聯(lián)合強化處理超積累東南景天總鎘積累量分別是常規(guī)栽培超積累東南景天的2.57和2.48倍。與常規(guī)蔬菜輪作處理相比，與超積累