轻中度镉污染农田土壤的修复及利用研究

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随着经济的高速发展和工业化进程的不断推进,越来越多的涉及重金属加工的污染企业对所产生的废水、废渣、废气进行不达标的排放,以及重金属含量超标的农药、化肥的不合理使用,导致镉(Cd)在农田中逐渐累积,造成了严重的土壤镉污染。同时,我国人均可利用耕地面积不足世界平均水平的一半,因此,如何修复和治理受镉污染的农田土壤,保障生产安全,已成为当前研究的一个热点。本文针对浙江省诸暨市某地区镉污染农田土壤开展了污染来源、现状及分布情况调查,在掌握该地区镉污染水平的前提下,进行了超积累植物联合微生物去除土壤中镉的生物移除修复研究,明确了微生物的添加对提升超积累植物去除效率的影响,同时在该地区稻麦轮作的农田土壤中开展原位修复技术研究,探究不同修复手段对土壤中有效态镉含量和籽粒镉累积量及作物产量的影响。主要结论如下:(1)对研究区域的污染现状进行了调查,发现研究区域内土壤p H为4.5-8.5,土壤全镉含量范围在0.42-0.68 mg·kg-1,对比国家标准值后发现超标率较高,且内梅罗指数PCd值为1.76>1,环境质量等级为三级,属于镉污染超标土壤。同时对14个调查点随机取样分析后发现土壤中有效态镉含量占总镉含量的一半以上,最高占比为57.2%,土壤中镉的生物有效性较高,存在安全利用风险。用Tessier连续提取法对9个点位不同深度的土层进行分析后发现,随着深度的增加,土壤中镉的总含量和有效性均呈降低趋势,说明外源人为因素对污染的影响要大于成土母质的影响,对农田周边的调查结果则表明周围工厂和道路等地的全镉含量要明显高于试验田,周边存在可能加剧农田土壤中镉污染的可能性。(2)通过添加生物质炭(C)、谷氨酸(G)和鼠李糖脂(R)对耐镉菌株进行强化,联合室内盆栽和野外大田试验,进行了超积累植物与耐镉菌株(M6)联用提升植物修复效果的研究。室内盆栽试验结果发现相比对照处理,其它各处理土壤中Ca Cl2和DTPA提取态的镉分别增加了21.14%-52.77%和23.31%-95.08%,显著增加了土壤镉的生物有效性,提升超积累作物的富集速率,同时增加了土壤中微生物群落结构多样性和功能基因丰度,其中生物质炭能够很好地提升菌株进入土壤后的活性。大田试验表明,M6、C和R处理均显著提升了景天叶片中镉的吸收量,同时各处理土壤全镉含量下降,其中R处理降低了高达16.47%的土壤全镉含量。(3)进一步在研究区域的稻麦轮作农田土壤进行了两年四季的边生产边修复研究,分别探究了矿物施用、生理阻隔剂喷施、混合改良剂施用、碱性物质施用、低积累品种筛选和不同灌溉方式下,土壤中有效态镉和籽粒中镉积累量的变化情况。经修复后,研究区域内土壤中有效态Cd的平均含量由0.266 mg·kg-1降低为0.196 mg·kg-1,平均降低26.3%。作物籽粒镉积累有也明显降低,其中施加生物质炭和石灰后籽粒含镉最大降幅为52.3%和63.3%;喷施硒基叶面阻隔剂后对降低作物籽粒镉积累效果更明显,但小麦季整体达标率不高;2019年高用量混合改良剂处理下小麦和水稻籽粒镉含量分别为0.055 mg·kg-1和0.189 mg·kg-1,且效果优于石灰对照;同时发现全生育期淹水降低籽粒67.8%的镉积累量。
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