我国土壤重金属污染植物吸取修复研究进展

我国从上世纪90年代中后期开始土壤重金属(含类金属砷)污染的植物吸取修复研究及技术探索,先后发现了一批具有较高研究价值和应用前景的铜、砷、镉、锰等重金属的积累或超积累植物,并从重金属耐性和超积累生理机制、植物吸取修复的根际过程与机制、吸取修复强化措施和修复植物处置与资源化利用等方面进行了研究,同时开展了植物吸取修复技术的示范与应用,已有一些较成功的植物修复工程应用案例,使我国重金属污染土壤植物修复技术,尤其是植物吸取修复技术在国际上产生了较强的影响力。本文就近年来我国土壤重金属污染植物吸取修复研究进展进行了综述,并对今后的发展趋势进行了展望。

EDTA与EDDS螯合诱导印度芥菜吸取修复重金属复合污染土壤研究

盆栽试验比较研究了EDTA和易降解的EDDS对复合污染土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的活化能力及印度芥菜对4种重金属的吸收与转运特征。结果表明:施用量相同的条件下,EDDS活化土壤Cu的能力与EDTA相当;而EDDS活化土壤Zn、Pb、Cd,尤其是活化土壤Pb、Cd的能力小于EDTA,这与两种螯合剂与不同重金属形成螯合物的稳定常数相一致。向复合污染土壤中施入3mmol/kg和6mmol/kgEDDS均可诱导印度芥菜叶中超量积累Cu。本研究中3mmol/kgEDDS的不同施用方式(单次施,分2次和4次施)对印度芥菜叶片Cu含量的影响差异不显著。各处理印度芥菜叶中的重金属浓度要远高于茎中的浓度,茎中的Cu浓度随土壤溶液Cu浓度线性增加,而叶中Cu的浓度随土壤溶液Cu浓度先增加后下降。

重金属污染土壤及场地的植物修复技术发展与应用

重金属污染土壤及场地的治理工作迫在眉睫,植物修复技术以其成本低、不破坏土壤生态环境、无二次污染、易被公众接受等优点,受到了学术界的广泛关注。近年来,国内外在植物修复技术的植物资源筛选、调控技术、修复植物产后处理等方面进行了广泛的研究。植物修复已经从实验室阶段走向了田间示范和推广应用阶段。现就近年来植物修复技术在重金属污染土壤和场地的发展和应用方面进行了综述。

伴矿景天植物汁液还田对土壤重金属形态及植物吸收的影响

超积累植物伴矿景天在Cd和Zn污染土壤修复方面展现出广泛应用前景,但收获物压榨脱水后产生的含重金属汁液处理是目前亟待解决的问题。选用酸性和中性土壤,通过盆栽试验将不同剂量的伴矿景天汁液还田并种植伴矿景天,监测土壤中pH、可溶性有机碳(DOC)浓度和CaCl2提取态Cd与Zn(CaCl2-Cd/Zn)浓度动态变化及植物生长和重金属再吸收情况。结果表明:添加汁液后7和30 d,酸性土壤pH升高而中性土壤pH降低,2种土壤中DOC浓度均显著升高;生长中后期土壤pH、DOC浓度与不添加汁液的对照接近;汁液处理的酸性土壤中CaCl2-Cd/Zn浓度随着生长时间延长逐步升高,在第105天达最高,而中性土壤中浓度呈现逐步降低趋势;汁液处理使伴矿景天生长受到抑制,生物量降低,但其地上部Cd浓度升高;酸性土壤用100 mL/kg汁液处理,伴矿景天地上部Cd和Zn吸收量大于汁液带入量,修复后土壤Cd和Zn浓度低于原土的本底值。因此,酸性土壤适当剂量汁液还田并种植伴矿景天,可将汁液带入的Cd和Zn再次吸收去除,达到汁液处理和净化土壤的双重目的。

伴矿景天和鹅掌柴间作系统中根系相互作用对植物生长和镉锌吸收的影响

为明确不同物种根系间的相互作用对植物生长和重金属元素吸收的影响,以Cd、Zn超积累植物伴矿景天与花卉植物鹅掌柴为材料,研究二者根系相互作用及对植物生长和Cd、Zn的影响。结果发现,二者根系具有相互抑制生长的作用。单作条件下伴矿景天的Cd、Zn吸收量最高,分别达0.812、19.6 mg/盆;较单作相比,无分隔间作条件下伴矿景天对土壤Cd、Zn吸收降低分别达30.0%和30.6%。两种植物根系改变了土壤养分性质,对土壤钾和磷的利用分别具有竞争和互补作用,但其有效态含量并未降低到亏缺水平,养分竞争可能不是两种植物根系相互作用的主要因素。水培试验表明鹅掌柴根系分泌物对伴矿景天的生长和Cd吸收具有抑制作用。

不同品种烟草对轻度污染耕地土壤中镉的累积特征与减量修复潜力

烟草(NicotianatabacumL.)具有生物量大、适应性强、栽培面积广、栽种技术成熟等特点,对镉污染土壤可能具有较大的植物修复潜力。为了比较轻度镉(Cd)污染土壤上不同品种烟草对镉的积累能力和减量修复潜力,以烟草品种云烟87和K326为研究对象,采用盆栽试验比较了两种烟草在台州(铁聚水耕人为土,Cd0.83mg∙kg^(-1))和徐州(砂姜钙积潮湿变性土,Cd0.76mg∙kg^(-1))两种不同类型镉轻度污染土壤上的生长状况和镉累积特征,以及烟草收获后土壤中有效态Cd(CaCl_(2)和NH4OAc提取态)和总Cd的质量分数变化,评估了2种烟草对轻度Cd染土壤的减量修复潜力。结果表明,种植50 d后,同一品种在台州土壤中的株高、根和茎干质量显著高于徐州土壤,但同一土壤上生长的两种烟草之间在株高、地上部鲜质量和干质量等指标方面均无显著性差异。在2种土壤上,烟草K326的叶片中Cd质量分数(15.1-25.3 mg∙kg^(-1))均显著高于云烟87(11.7-20.7 mg∙kg^(-1)),但2种烟草的根和茎中的Cd质量分数无显著性差异。2种烟草的地上部生物富集系数和地下部向地上部转移系数均大于1;在徐州土壤上,云烟87和K326的地上部生物富集系数分别高达23.09和28.16,茎向叶转移系数则分别达到3.18和3.40。种植云烟87和K326可显著降低土壤中CaCl_(2)提取态和NH4OAc提取态Cd质量分数,从而显著降低土壤中有效态Cd和总Cd质量分数。烟草K326的Cd吸取总量(285.0-310.2µg∙pot^(-1))显著高于云烟87(254.8-261.2µg∙pot^(-1)),移除烟草植株后,云烟87和K326对土壤总Cd的去除率最高分别可达8.4%和9.4%。云烟87和K326可作为高积累性作物,对轻度污染耕地土壤具有较大的Cd减量修复潜力。

红麻对Cu和Cu-EDDS的吸收和富集

生物可降解特性螯合剂[S,S]-乙二胺二琥珀酸(EDDS),被推荐用作污染土壤强化植物修复中的重金属活化试剂。我国能源经济作物红麻具有较高的地上生物产量,可望用于重金属污染土壤的植物吸取修复或稳定修复。通过水培试验研究了红麻对水培营养液中Cu及Cu-EDDS的吸收和富集效应。试验结果表明,能源植物红麻各组织中Cu的富集浓度依次为:根>叶>茎(皮)。扫描电镜-能谱分析表明,红麻根系从水培溶液中吸收的Cu主要经木质部导管向地上部运输。EDDS处理及Cu/EDDS摩尔比<1时,对红麻生长无急性植物毒性。红麻纤维皮层内Cu含量低于其他组织内的Cu含量,并低于纺织产品Cu含量标准(HJBZ30-2000)。预测在Cu污染土壤上种植红麻,可望实现红麻纤维的安全生产,同时有可能实现对轻度Cu污染土壤的植物稳定和吸取修复。

土壤紧实度对伴矿景天生长及镉锌吸收性的影响研究

采集黏土、壤黏土和砂质壤土,分别设置无压实、低紧实度及高紧实度3种处理,通过盆栽试验研究了土壤紧实度对Cd、Zn超积累植物伴矿景天生长和Cd、Zn吸收性的影响。结果表明,与无压实处理比较,砂质壤土、壤黏土和黏土中伴矿景天地上部生物量在低紧实度下显著下降66.8%~83.5%、59.9%~60.4%和57.9%~71.4%;高紧实度处理却显著提高了伴矿景天的根系活力(142%~241%)。高紧实度处理显著降低了壤黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量,但低紧实度对砂质壤土和黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量无显著影响。与无压实处理比较,低紧实度显著降低了砂质壤土、壤黏土和黏土上伴矿景天的Cd吸取量,分别下降50.4%~73.8%、61.4%~74.9%和43.4%~63.3%,Zn吸取量下降48.7%~79.5%、73.6%~79.0%和46.1%~63.5%;土壤紧实度对壤黏土上伴矿景天的镉锌吸取效率影响最明显。

滇东地质高背景区土壤镉的伴矿景天修复及其对后茬水稻的影响

云南是我国典型的重金属元素地球化学高背景区,超积累植物能否有效修复镉(Cd)地质高背景土壤,从而实现农产品安全生产,尚鲜见报道。以云南石林、富源和罗平等三地的典型Cd地质高背景农田土壤为对象,开展温室盆栽试验,探究Cd、锌(Zn)超积累植物伴矿景天对土壤Cd的吸取修复效果,及对后茬水稻生长和Cd吸收的作用。结果表明,种植三季伴矿景天使三地土壤全量Cd分别下降24.8%、30.9%和58.8%;伴矿景天在富源玄武岩风化物母质发育的土壤上长势最好,与富源土壤肥力相对最高有关;伴矿景天在罗平石灰岩风化物发育的土壤上重金属吸取修复效果最佳,与罗平土壤呈中性、酸化作用更为明显有关,这些差异由土壤母质、养分与重金属有效性等综合影响所致。经伴矿景天吸取修复三季后,全生育期淹水种稻,其糙米和秸秆Cd浓度均大幅降低,可实现糙米Cd安全生产。未经植物吸取修复,旱作处理下水稻糙米Cd存在超标风险。植物吸取修复后种植水稻,再结合水分管理措施,可进一步降低稻米中Cd浓度,实现稻米安全生产,为Cd地质高背景区土壤的农作物安全生产提供理论依据和技术支撑。

我国农田土壤重金属污染修复技术、问题及对策诌议

我国农田土壤重金属污染和农产品重金属超标问题突出,引起了全社会的广泛关注,随着《土壤污染防治行动计划》等各项政策措施的出台,重金属污染农田的修复治理和安全利用迫在眉睫,全国各地启动了多个修复试点工程。基于我国农田土壤重金属污染修复技术,分析了存在的主要问题,探讨今后重点研究方向和对策建议。目前农田重金属污染修复技术有工程修复、物化稳定—低吸收作物联合阻控、农艺(水分等)调控、植物吸取修复、化学淋洗修复、替代种植与安全利用等。存在的主要问题有,鲜有考虑土壤自净能力,修复目标极少考虑土壤的自然与肥力属性,修复前调查评估难以细致、修复方案可行性不强,修复实施过程监理、第三方检测需规范,以及影响修复成败的非技术因素。因此,针对我国农田土壤重金属污染修复,提出应当加强修复技术基础创新,加快修复技术集成与模式创新,加强污染调查和修复过程管理与评估。