【摘 要】
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我国农田土壤重金属污染的治理,特别是中轻度污染农田的安全利用,是响应国家生态文明建设战略以及保障粮食安全的重要举措。在众多的农田重金属污染物中,镉是其中一中污染超标点位比例最高、具有较高毒性、特别是容易在我国主要的粮食作物——稻米中累积的主要污染物。针对中轻度镉污染农田土壤的安全利用技术包括有原位钝化技术、叶面肥技术、微生物菌剂调控技术等,这些技术措施都具有稳定性强、环境兼容性好、可以实现“边生产
【基金项目】
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国家科技支撑计划课题“珠三角镉铅超标农田安全利用技术集成与示范”(National Science and technology support program,2015BAD05B05,2015~2018); 国家环境保护公益性行业科研专项“耕地土壤风险管控模式与成效评估方法研究”(National environmental protection special project,2015090
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我国农田土壤重金属污染的治理,特别是中轻度污染农田的安全利用,是响应国家生态文明建设战略以及保障粮食安全的重要举措。在众多的农田重金属污染物中,镉是其中一中污染超标点位比例最高、具有较高毒性、特别是容易在我国主要的粮食作物——稻米中累积的主要污染物。针对中轻度镉污染农田土壤的安全利用技术包括有原位钝化技术、叶面肥技术、微生物菌剂调控技术等,这些技术措施都具有稳定性强、环境兼容性好、可以实现“边生产边修复”的模式等优势。但是各项技术的应用效果有赖于实际的田间应用数据验证。本研究采用课题组前期研制的改性钼硅酸盐进行田间的应用效果及长效性评估,同时为应对复杂的污染来源与现状,采用几种常用的钝化材料通过与叶面肥、微生物菌剂等技术进行集成,旨在评估不同修复技术或集成技术对田间水稻生长及镉累积效应,筛选出一种适用于珠三角地区镉轻度污染土壤的安全利用技术模式,为污染农田主要粮食的安全和区域农业的可持续发展提供保障,具有重要的现实意义。本研究的主要结果如下:(1)钝化剂作为一种在中轻度重金属污染土壤常用的修复材料,其应用效果需要明确。本研究在韶关樟市某试验田的镉污染酸性红壤(0.43~0.55 g·kg-1)上施加课题组前期研制的一种硅质钝化剂改性钼硅酸盐后,能够显著提升土壤p H值(p<0.05),并且显著降低了水稻糙米中的镉浓度(p3000kg·hm-2)的使用效果相对较好。综合两年内的实验结果,其钝化持效性至少为两季,第二季时钝化效果下降了7%~17%。(2)在镉污染土壤的钝化修复应用中,由于钝化材料一般不具有特异选择性,往往会同步钝化土壤中的养分,从而导致作物的生长受到抑制。本研究基于课题组前期研发的对镉具有强钝化能力的改性钼硅酸盐、改性泥岩和兼具解磷、促生长作用的促生菌剂在田间试验条件下进行合理的组合技术集成验证试验。结果表明,单独施用改性钼硅酸盐、改性泥岩和促生菌剂以及两种硅质钝化材料与促生菌剂的组合处理均能促进水稻生长,同时显著降低稻米中的镉含量,降幅达到37.0%~67.1%。除单独施用促生菌剂处理外,其它处理实施后水稻糙米镉含量均低于国家食品安全标准限量值。添加了促生菌剂的处理(单施或组合)均显著增加了土壤的有效磷含量,促进了作物的生长。综合组合处理对土壤养分的活化和对水稻的促生效果,在本研究试验用地上,具有弱碱性的改性泥岩与促生菌剂的技术集成是一种兼具促生和降低镉在水稻中累积效应的、适合于珠三角地区大面积推广的安全利用技术模式。(3)为应对复杂的重金属污染来源与现状,本研究采用叶面肥与钝化措施组合技术进行重金属污染农田的安全利用田间验证。试验结果表明,单独施用叶面肥对对水稻各部位中镉的累积效应无显著影响,而“叶面肥+改性钼硅酸盐”、“叶面肥+石灰”、“叶面肥+羟基磷灰石”等组合修复技术在不影响水稻产量的前提下,均能显著降低水稻各部位中镉的累积,其中根系中镉含量下降幅度为23.1%~33.5%,茎叶中镉含量下降幅度为37.5%~64.3%,糙米中镉含量下降幅度为25.2%~48.8%。所有组合技术修复处理后水稻糙米镉含量均低于国家食品安全标准限量值。“叶面肥+改性钼硅酸盐”和“叶面肥+石灰”处理均能显著降低镉的有效性(BCF),而“叶面肥”和“叶面肥+羟基磷灰石”的效果不显著。三种组合修复技术相较于对照均能降低镉从根系向糙米的转运,但降低并未达到显著水平。综合考虑修复效果、施用量以及潜在的长期影响,叶面肥是适用于轻度镉污染农田土壤修复的技术手段,而对于更加复杂的污染状况时,叶面肥+改性钼硅酸盐是一种兼具钝化效果和环境友好的重金属污染农田安全利用技术模式。
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