吲哚乙酸和激动素配合施用修复砷、镉污染农田土壤的田间实验

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对土壤造成污染和危害的重金属种类有很多,其中镉(Cd)和砷(As)是较为常见的两种元素。很多研究表明外源添加植物生长调节剂是一种行之有效的措施来提高超富集植物富集重金属。植物生长调节剂在促进超富集植物生长和提高土壤修复效率方面已取得很多成果,但大多为室内盆栽实验,不同植物生长调节剂配合施用提高超富集植物修复效率的大田实验甚少。因此,在课题组之前室内砷超富集植物蜈蚣草(Pteris vittata L.)盆栽实验得出的吲哚乙酸(IAA)和激动素(KT)最佳配比(IAA:KT=25 mg·L-1:20 mg·L-1)能显著提高其砷提取效率的基础上,本论文进一步将该配比用于大田实验,研究在野外污染农田土壤上施用最佳配比激素对蜈蚣草提取As和Cd超富集植物龙葵(Solanum nigrum L.)提取Cd的影响及生理生化机理。论文首先将试验农田划分为45个小区(5m×4m),并对试验农田土壤重金属污染现状和土壤基本理化性质进行调查。然后将45个小区分为3种激素处理:单施IAA、单施KT以及IAA和KT配合施用。每种激素处理又分为5种处理方式:土壤空白对照(不种植物)、激素空白对照(激素用蒸馏水代替)、单种龙葵、单种蜈蚣草以及蜈蚣草与龙葵间作,每种处理重复3次。以月为时间动态,植物整个生长期共喷洒2次激素并采集3次植物和土壤样品,测定植物重金属富集量和主要生理生化指标(根系活力、抗氧化酶活性、丙二醛含量等)的变化,并计算植物重金属提取效率。最后对3种激素处理方式的成本进行对比分析,综合分析得出复合重金属污染农田土壤激素修复较理想的修复方案。论文主要研究结果表明:1.研究区域农田土壤重金属镉(Cd)、铅(Pb)和砷(As)含量均超出《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(试行,GB15618-2018)筛选值标准。各污染区Cd、Pb和As的多因子潜在生态风险指数(RI)值均在200以上,属于中风险,其风险程度由强到弱依次为Cd>As>Pb。土壤Cd、Pb生物有效态含量较高,占总量的48%和51%。土壤p H值呈弱酸性,土壤总氮和速效氮含量较低,整体土壤肥力属于中下等。2.IAA和KT配合施用能够促进两种超富集植物快速生长,与未施用植物激素的对照组相比,25 mg·L-1IAA和20 mg·L-1KT配合施用后,龙葵和蜈蚣草的株高、鲜重、地上部和地下部Cd(As)含量、Cd(ASs)转运系数和富集系数均显著增加,且龙葵Cd提取效率最高达到16.02%,蜈蚣草As提取效率最高达到7.89%。25 mg·L-1IAA和20 mg·L-1KT配合施用后,显著增加了两种植物的根系活力和叶片过氧化物酶(POD)活性,并且使植物叶片丙二醛(MDA)含量显著减少。逐步回归分析结果表明,龙葵的Cd提取效率与叶片POD活性成显著正相关(P<0.01),蜈蚣草的As提取效率与其鲜重和POD活性成显著正相关(P<0.01)。因此,叶片保持较高的POD活性对两种超富集植物分别对Cd和As的提取均具有重要意义。3.将修复成本分为人工成本、材料成本和维护成本3类,分别核算了3种不同激素处理的成本。初步测算结果表明,单施IAA、单施KT以及IAA和KT配合施用时,所需的总费用分别为2484、2472和2507元·亩-1。IAA和KT配合施用处理下,龙葵对Cd提取效率和蜈蚣草对As提取效率均达到最好效果,但修复的总成本仅比另外两个单一激素处理分别增加23和35元·亩-1。因此,针对该区域重金属复合污染且生物有效态含量较高的农田土壤,IAA和KT配合施用是较为可行的修复措施。
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