關(guān)中地區(qū)日光溫室土壤鎘污染及阻控研究.pdf

1、設(shè)施農(nóng)業(yè)是高投入高產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，具有復(fù)種指數(shù)高、水肥消耗大等特點(diǎn)。高強(qiáng)度的肥料與農(nóng)藥投入易導(dǎo)致土壤重金屬累積。作為耕地土壤超標(biāo)率最高的重金屬元素，Cd毒性極高，易通過食物鏈在人體累積，導(dǎo)致肝腎以及生殖系統(tǒng)的損害，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致痛痛病以及畸變和癌變。自20世紀(jì)90年代以來，陜西關(guān)中地區(qū)陸續(xù)興建了大量的日光溫室，部分日光溫室已有超過二十年的種植年限，具有較高的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。本文以關(guān)中地區(qū)日光溫室土壤為研究對(duì)象，通過田間定點(diǎn)采樣分析和田

2、間試驗(yàn)的研究方法，開展了關(guān)中地區(qū)日光溫室土壤重金屬污染現(xiàn)狀及特征，葉菜對(duì)日光溫室土壤Cd的吸收累積特征，以及日光溫室土壤Cd污染阻控的研究。主要結(jié)果如下:
　　1)關(guān)中8個(gè)設(shè)施農(nóng)業(yè)基地（G1-G8），土壤Cd含量分別為0.41、0.45、0.47、0.42、1.13、0.37、0.22、0.32 mg/kg，Cr含量分別為83.8、71、68.4、74.8、76.4、74.1、68.7、65.4 mg/kg，Cu含量分別為16.8

3、、15.5、13.9、15.6、23.2、32.2、32.3、23.4 mg/kg，Pb含量分別為35.5、39.1、37.6、30.3、25.5、24.1、18.9、25.6 mg/kg，與背景值相比G1-G8日光溫室土壤Cd、Cr、Cu、Pb均有不同程度的累積。單因子評(píng)價(jià)結(jié)果表明，G1、G6-8日光溫室土壤Cd為清潔，G2-4為尚清潔，G5為超標(biāo)，G1-8日光溫室土壤Cr、Cu、Pb均為清潔;內(nèi)梅羅綜合因子評(píng)價(jià)結(jié)果表明，G1-4污染

4、等級(jí)處于警戒水平，G5污染等級(jí)為超標(biāo)，G6-8污染等級(jí)為安全;潛在生態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，除G5日光溫室土壤Cd潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為中等污染以外，其余潛在危害均為輕微污染。對(duì)G5補(bǔ)充采樣表明，日光溫室葉類蔬菜的生產(chǎn)有Cd超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。
　　2)田塊尺度下對(duì)G5設(shè)施農(nóng)業(yè)基地兩個(gè)相同年限日光溫室（1號(hào)和2號(hào)）進(jìn)行定點(diǎn)采樣，測定土壤Cd、Cr、Cu、Pb含量，使用Arcgis進(jìn)行插值分析。從插值圖得出1號(hào)日光溫室Cd，2號(hào)日光溫室Cd，Cu，Pb均

5、出現(xiàn)不同程度累積，且表層累積量大于下層，1號(hào)和2號(hào)日光溫室土壤重金屬累積和空間分布存在極大差異。分別對(duì)1號(hào)和2號(hào)日光溫室土壤Cd、Cr、Cu、Pb含量進(jìn)行相關(guān)性分析，1號(hào)日光溫室土壤Cd和Cu的空間分布相關(guān)性極顯著，Cd和Cr的空間分布顯著;2號(hào)日光溫室土壤中Cd與Cr，Cd與Cu，Cd與Pb空間分布相關(guān)性極顯著，Pb和Cu空間分布相關(guān)性極顯著。相關(guān)性較強(qiáng)的重金屬元素之間具有相似的來源。
　　3)采用田間試驗(yàn)的方法，篩選比較六種生

6、菜對(duì)Cd的吸收累積能力。以地上部Cd濃度和生物富集因子(BAF)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，則生菜Cd吸收能力差異順序從強(qiáng)到弱依次為(mg/kg):橡生一號(hào)深紫生菜(1.90)＞立生二號(hào)(1.78)＞美國大速生(1.55)＞大橡生二號(hào)(1.53)＞特紅皺生菜(1.25)＞法什菜花葉苦苣(1.22);六種生菜以單株Cd累積總量為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，則生菜品種Cd吸收能力差異順序從強(qiáng)到弱依次為（μg/株）:美國大速牛(8.42)＞立生二號(hào)(7.44)＞大橡生二號(hào)(7

7、.29)＞橡生一號(hào)深紫生菜(5.04)＞法什菜花葉苦苣＞(4.36)特紅皺生菜(2.84)。綜合考慮單株生物量和鎘濃度，立生二號(hào)生菜品種是合適的土壤鎘污染試驗(yàn)材料。六種生菜根際土壤有機(jī)質(zhì)含量(SOM)，土壤酸堿性(pH)以及土壤全量Cd(T-Cd)和有效態(tài)Cd含量(DTPA-Cd)在六種生菜間均沒有顯著差異，生菜Cd累積吸收差異是由于生菜品種不同所造成的。
　　4)將大速生、大橡生二號(hào)、法什菜花葉苦苣、立生二號(hào)四種生菜在含Cd10

8、 mg/L的霍格蘭培養(yǎng)液中培養(yǎng)三周，每周通過水培法獲取含根系分泌物的高純水培養(yǎng)液。以高純水培養(yǎng)液TOC含量(mg/L/h)表征生菜根系分泌能力，以高純水培養(yǎng)液三維熒光光譜掃描結(jié)果表征生菜根系分泌物種類，以高純水培養(yǎng)液浸提Cd污染土壤Cd濃度(mg/L)表征生菜根系分泌物活化土壤Cd能力。結(jié)果表明隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，四種生菜根系分泌總量在增加，根系分泌物數(shù)量和根系分泌物活化Cd能力卻在降低。相關(guān)性分析結(jié)果表明Cd脅迫下根系分泌總量與根系分

9、泌物活化土壤Cd能力呈極顯著負(fù)相關(guān)，與根系分泌物種類數(shù)量呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.59，P＜0.01);根系分泌物活化Cd能力與根系分泌物種類數(shù)量呈極顯著正相關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在Cd脅迫下隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，生菜根系分泌能力雖然在增加，但根系分泌物種類在減少，對(duì)土壤中Cd的活化能力在降低。
　　5)將立生二號(hào)生菜種植在Cd(1.73 mg/kg)污染土壤日光溫室，在整個(gè)生育期不間斷采樣，測定生菜地上部Cd濃度。結(jié)果表明生菜地上部C

10、d濃度的變化與地上部生物量的變化高度相關(guān)。地上部Cd濃度苗期從2.70增加到3.62 mg/kg，器官形成期從3.62降低到2.40 mg/kg，抽薹期從2.40降低到1.64 mg/kg，Cd濃度在苗期增加，器官形成期和抽薹期降低。Cd單株生菜地上部累積的速率可以用“S”型曲線進(jìn)行描述，約15％的Cd累積發(fā)生在苗期，約80％的Cd累積發(fā)生在器官形成期，約5％的Cd累積發(fā)生在抽薹期。苗期、器官形成期和抽薹期Cd累積速率分別為0.098、

11、0.516、0.056μg/plant/d。整個(gè)生長階段生菜地上部Cd濃度和Fe濃度變化呈極顯著負(fù)相關(guān)，和Ca呈正相關(guān);在營養(yǎng)生長階段，生菜地上部Cd濃度和Ca濃度變化呈顯著正相關(guān);在生殖生長階段生菜地上部Cd濃度變化和Fe顯著負(fù)相關(guān)，和Zn、Ca顯著正相關(guān)。
　　6)在紅恭菜營養(yǎng)生長階段給予調(diào)虧灌溉處理（T1，300L/次;T2，200L/次;T3，100L/次;T1為對(duì)照），持續(xù)五周。T1、T2、T3處理紅恭菜地上部Cd含量分

12、別為1.12、1.37、1.01 mg/kg，其中T2處理紅恭菜地上部Cd含量分別高于T1和T3處理23％和37％;T1、T2、T3處理紅恭菜Cd污染修復(fù)效率分別為3.88、5.42、3.35 g/ha，其中T2處理紅恭菜對(duì)Cd的修復(fù)效率分別高出T1和T3處理39.7％和61.8％。試驗(yàn)結(jié)果表明，適度調(diào)虧灌溉處理可以提高紅恭菜Cd含量，增加紅恭菜Cd修復(fù)效率，并節(jié)約灌溉用水;反之，充分灌溉可以降低紅恭菜對(duì)Cd的吸收，并提高產(chǎn)量。

13、　　7)田間試驗(yàn)結(jié)果表明日光溫室耕層土壤深翻40 cm和覆無污染土15 cm可以有效降低耕層Cd濃度，減少生菜對(duì)Cd的吸收，但會(huì)抑制生菜的生長;與不施肥相比，施用磷肥提高了生菜對(duì)Cd的吸收，但隨著磷酸二銨與過磷酸鈣施用量增加，生菜地上部Cd濃度呈增加趨勢，而隨著鈣鎂磷肥用量的增加，生菜地上部Cd濃度呈遞減趨勢;在施用量低時(shí)，生物炭施、納米羥基磷灰石、凹凸棒粘土處理生菜地上部Cd濃度均隨施用量增加而增加，在高施用量時(shí)結(jié)果則相反，表明只有在