论文部分内容阅读
我国农田土壤重金属超标严重,目前已知污染土壤的修复方式虽有很多,但大多是室内盆栽实验,野外大田实地修复的研究较少。本研究首先对云南省个旧市大屯镇试验农田土壤重金属污染状况和土壤基本理化性质进行调查,根据内梅罗综合污染指数将实验地划分为3个不同污染程度的区域,对重度污染区采用钝化修复、中度污染区采用玉米间种超富集植物修复、低污染区采用低积累蔬菜种植3种修复方式。对高污染区的钝化修复采取1%硫酸亚铁（1%FS）、2%石灰（2%LM）、2%海泡石（2%SP）单施及其复合施加,考察土壤重金属生物有效态含量和基本理化性质的变化,以及钝化剂对玉米生物量和重金属吸收的影响;对中污染区采用镉富集植物紫茉莉（Mirabilis jalapa L.）、铅富集植物土荆芥（Chenopodium ambrosioides L.）、砷超富集植物蜈蚣草（Pteris vittata L.）和与玉米（Zea mays）间种的修复方式,测定重金属超富集植物和玉米生物量和各部位重金属含量,分析植物修复效率以及间种对玉米的影响;在低污染区直接种植重金属低积累蔬菜品种,测定蔬菜生物量和可食部重金属含量,分析低污染土壤对蔬菜生长指标和食品安全的影响。最后,对3种修复方式的修复效益进行对比分析,综合分析得出复合重金属污染农田土壤实地修复较理想的修复方案。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150以上,属于高风险,其风险程度由强到弱依次为Cd＆gt;As＆gt;Pb。土壤Cd、Pb有效态含量占总量的50%和30%。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.高污染区3种钝化剂的单施与复合施加对玉米生长均无显著影响;玉米籽粒中Cd、As含量在2%LM+2%SP复合施加处理下显著降低,且满足《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB2762-2017）Cd、As限值（Cd:0.1 mg/kg,As:0.5 mg/kg）。单施2%LM能显著降低土壤中Cd、Pb生物有效态含量,降幅分别为6.4%和21.6%;2%LM+2%SP复合施加对Cd、Pb生物有效态的降幅分别为10.9%和9.6%;单施1%FS对As的钝化效果最好,As有效态含量下降28.9%。施加钝化剂后,高污染区土壤p H值上升到7.0以上,土壤呈中性。3.中污染区3种超富集植物与玉米间种处理下,对玉米生长和产量均无显著影响,且籽粒重金属Cd、Pb和As含量均满足《饲料卫生标准》Cd、Pb和As限值（Cd:1 mg/kg,Pb:10 mg/kg,As:2 mg/kg）。但需注意的是,玉米在分别与紫茉莉、土荆芥和蜈蚣草间种时,其叶片和根中对应的Cd、Pb和As含量均显著增加,这可能是超富集植物的根将土壤中的重金属活化成利于玉米容易吸收的形态,增加了玉米对重金属的吸收,但并未向籽粒转移。4.低污染区种植的4种不同蔬菜可食部分的Pb和除萝卜外的Cd含量均超出食品安全标准,存在食品安全风险;As含量和萝卜中Cd含量均达标。5.将修复成本分为人工成本、材料成本和维护成本三类,分别核算了三种修复方式的成本。初步测算结果表明,钝化修复、套作修复和低积累蔬菜种植每亩所需的总费用分别为3472、5324和2315元/亩。因此,针对该区域Cd、Pb和As复合污染且生物有效态含量较高的农田土壤,钝化修复能在短时间内达到修复效果且成本相对较低,适宜大面积污染农田土壤的修复。综上所述,试验大田土壤已受到Cd、Pb、As复合污染并具有较高的Cd、Pb生物有效态含量,生态风险指数高。单施2%LM和复合施加2%LM和2%SP能显著降低Cd、Pb生物有效态,而单施1%FS对As的钝化效果最好。与此同时,2%LM+2%SP能使玉米籽粒中Cd、As含量显著降低。因此,对该类重金属污染农田的修复,钝化修复是较为理想的修复方式。需要注意的是,由于该类农田Cd、Pb生物有效态较高,即使重金属总量低也不宜采用直接种植低积累作物的方式,建议采用钝化修复和低累积作物种植相结合。