甘蔗—蜈蚣草间作修复矿区周边重金属污染土壤研究

来源 :中国科学院大学 中国科学院地理科学与资源研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tonnyliu2042
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矿山开采、选矿和冶炼等活动引起的矿区及其周边土壤重金属污染和生态环境破坏问题,已引起人们的广泛关注。植物修复技术是近年来发展起来的一种经济、有效、环境友好的重金属污染土壤修复技术。然而,超富集植物普遍存在生物量较低、生长缓慢,且受气候、土壤等环境条件的限制,加之重金属污染土壤常出现在矿区、废弃地等养分贫瘠区域,修复植物生长所需要的养分严重不足。且植物修复污染土壤的修复时间较长,投入较高,难以在短时间内恢复生产。甘蔗作为C4植物,是我国南方主要的经济作物,被认为是一种很有潜力的土壤植物修复作物。因而,选育吸收重金属少或运输到食用部位少的低累积甘蔗品种,与超富集植物同时种植,就可能在治理污染土壤的同时,收获符合卫生标准的甘蔗或用于生产燃料乙醇,使甘蔗吸收的重金属不进入食物链而危害人类的健康,从而降低污染土壤修复的经济和社会成本,这必将成为探索高效利用重金属污染土壤的新模式。目前有关超富集植物与经济作物间作的研究已有报道,然而,有关蜈蚣草与甘蔗间作修复重金属污染土壤的研究还未见报道。因此,本研究通过田间试验,在广西环江受As、Pb、Zn和Cd复合污染和酸污染土壤上种植甘蔗,筛选低累积重金属的能糖兼用型甘蔗和糖蔗品种,研究保障蜈蚣草修复复合污染土壤的蜈蚣草育苗技术,甘蔗-蜈蚣草间作修复复合污染土壤的种植模式与施肥技术等,探讨重金属的存在形态、迁移和转化规律以及重金属的活动性及其生物有效性,评价重金属在土壤和植物中的潜在生态危害性,以期建立同步去除重金属污染和恢复污染土壤生产能力的合理高效的植物修复系统,降低污染土壤修复的经济与社会成本。主要结论如下:  (1)试验区土壤As、Pb、Zn和Cd含量分别为37.78±5.88 mg kg-1、527.57±109.81mg kg-1、411.17±89.54 mg kg-1和1.01±0.55 mg kg-1,远高于广西和全国土壤重金属含量背景值,按照食用农产品产地环境质量评价标准(HJ/T332-2006),Pb、Zn和Cd的超标率达100%,而As也有94%超标,但低于全国大部分铅锌矿区周边重金属污染状况。试验区重金属可能来源于两个不同的矿区,一个矿区是As、Pb和Zn伴生矿区,另一矿区是Pb、Zn和Cd伴生矿区。试验区土壤酸污染也严重。  (2)能糖兼用型甘蔗桂引5号和桂糖21号的含糖量分别为1.50±0.04 t/亩和1.68±0.05 t/亩,糖蔗品种台糖92-2817、桂引9号、赣蔗18号、桂糖24号和桂糖28号的含糖量分别达到1.71±0.01 t/亩、1.71±0.03 t/亩、1.49±0.03 t/亩、1.36±0.01 t/亩和1.09±0.06 t/亩,都达到“吨糖田”标准,也高于大部分地区的产量,且宿根性都较好。  (3)能糖兼用型甘蔗甘蔗和糖蔗蔗汁As含量不超标,桂引9号和桂糖28号的Pb含量不超标。桂引9号是兼具蔗茎产量与含糖量高和富集重金属量低的甘蔗品种,适合于修复重金属污染土壤。  甘蔗渣对Cd的富集系数最大,其次是Zn,再次为As,而Pb最不易被甘蔗吸收,但由于土壤pb含量较高,导致甘蔗渣Pb含量达到重度污染水平。  (4)7×7 cm育苗杯是比较理想的蜈蚣草育苗容器;采用细土作为蜈蚣草育苗基质,遮光率为60%处理能够促进孢子萌发与蜈蚣草生长;施用尿素和硫酸钾能显著促进蜈蚣草生长,最佳施肥条件为:尿素3 kg/亩、磷酸二氢钙4 kg/亩、硫酸钾2kg/亩和有机肥50 kg/亩,蜈蚣草生物量达到0.40±0.06 kg。当蜈蚣草株高达到10 cm左右时进行移苗,可比蜈蚣草长到15 cm、20 cm和25 cm时进行移栽分别缩短31.6天、63.3天和95.0天。  (5)100 cm×8 cm间作模式的蔗茎产量、含糖量与蜈蚣草生物量分别为14.11±2.08 t/亩、1.79±0.93 t/亩和424.86±58.69 kg/亩,甘蔗-蜈蚣草间作不会影响其蔗茎产量、含糖量与蜈蚣草生物量,但会影响(60+90) cm×11 cm间作模式的蔗茎产量与蜈蚣草生物量;蔗茎产量和含糖量都达到“吨糖田”标准,蜈蚣草生物量也超过了用于植物修复的超富集植物年生物量标准,四种种植模式的甘蔗宿根性都较好。因而,100 cm×8 cm间作模式是适合于重金属污染土壤修复的种植模式。  (6)甘蔗渣和蜈蚣草重金属含量低于其他矿区周边重金属污染区甘蔗和蜈蚣草的重金属含量。甘蔗-蜈蚣草间作降低了甘蔗渣对As、Pb和Zn的风险,而蜈蚣草富集了更多的As、Pb和Cd。蜈蚣草能从土壤中带走6720~10320mgAs/亩、4270~5180mg Pb/亩、6820~32610mg Zn/亩和73~91 mg Cd/亩;蜈蚣草对Pb的去除能力超过超富集植物圆叶遏蓝菜和东南景天对Pb的去除量。  (7)施用复合肥能显著促进甘蔗与蜈蚣草的生长,甘蔗蔗茎产量与蜈蚣草生物量分别达到10.18±2.21 t/亩和332.75±150.30 kg/亩,分别比对照增产38.9%和16.2%。
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