摘要
我国快速的工业化已导致越来越严重的环境污染，农田土壤重金属污染是其中的一个突出问题。利用超富集植物修复污染农田，常因其生物量小、不易种植和生长缓慢等因素而难于推广应用。相对地，大生物量易栽培的重金属富集植物具有其工程应用优势，如何提高这类修复植物的重金属富集能力，是这一技术实用化的关键。本文以大生物量易栽培修复植物籽粒苋作为研究对象，探讨施肥、植物生长调节剂以及螯合剂等对提升其富集重金属的作用及其机理，以期推动籽粒苋修复技术的实际应用，探讨植物修复技术与理论的新方向。本研究取得的主要结果如下: 1、通过温室盆栽实验，研究比较了土壤添加KH2PO4，CaHPO4和NH4H2PO4等三种不同磷肥，以及叶面喷施不同浓度的KH2PO4对籽粒苋吸收重金属Cd的影响。结果发现，土壤添加不同种类磷肥以及叶面喷施(M∶V)0.8％KH2PO4均能够显著促进籽粒苋生物量的积累;其中土施KH2PO4的效果最好，将植物生物量提高了149％。土施KH2PO4明显地降低了籽粒苋根、茎和叶片中Cd的浓度。土施CaHPO4或NH4H2PO4和叶面喷施KH2PO4均不同程度的提高了叶片中Cd的含量。施肥对于籽粒苋地上部分提取Cd均有不同程度的促进作用;其中土施NH4H2PO4效果最好，籽粒苋地上部Cd提取为2399ug/pot，提高幅度达到了142％。与土施KH2PO4相比，叶面喷施0.8％KH2PO4在籽粒苋地上部提取Cd方面没有表现明显的差异，说明叶面施肥在提高植物修复效率方面具有一定的潜力。 2、通过野外大田实验，研究比较了复合肥、有机肥和叶面磷肥，以及植物生长调节剂胺鲜酯(DA-6)对籽粒苋富集重金属Cd和Zn的影响。结果表明:不同的肥料均能提高籽粒苋生物量，其中叶面喷施磷肥的效果最好，提高了植物生物量21.5％(p＜0.05)。在添加复合肥、有机肥和叶面磷肥的基础上喷施DA-6，植物生物量分别提高了12.9％、26.3％和41.1％。所有处理均未对土壤有效态重金属含量和土壤pH产生明显的影响，但是土壤有效态重金属的含量与土壤pH呈显著的负相关关系。施肥会不同程度地促进植物各器官的对重金属的富集。而DA-6会促进Cd和Zn由籽粒苋根部向地上部分转运，从而提高籽粒苋地上部分对重金属的富集。施肥促进植物对重金属的提取，其中叶面磷肥的效果最好，将Cd和Zn提取量分别提高了54％和70％。施肥与DA-6联用能够大幅地提高籽粒苋对Cd和Zn的提取;其中叶面磷肥与DA-6联用对于植物提取重金属的提高最为显著，将Cd和Zn提取量分别提高了110％和150％。叶面施肥施磷肥对重金属的钝化作用，可能是其有利于籽粒苋吸收重金属的主要因素。以上结果表明，叶面磷肥和DA-6联用可以作为植物修复的增强措施。 3、土壤有效态重金属的含量和富集植物的生物量直接影响植物修复的效率。添加螯合剂可以提高土壤重金属活性，而喷施植物生长调节剂可以促进富集植物生物量的积累，因此这两种措施具有提高植物修复效率的潜力。本研究通过盆栽实验探讨了螯合剂乙二胺二琥珀酸(EDDS)和柠檬酸(citric acid)以及植物生长调节剂胺鲜酯（DA-6）和2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）对籽粒苋富集重金属(Cd、Pb和Zn)的影响。结果发现，EDDS会导致植物生物量明显的下降，降幅达到55％(p＜0.05);其他处理均为不同程度的促进了植物生长，其中DA-6处理的效果最好，生物量提高幅度达到了92％(p＜0.05)。土壤施用柠檬酸，以及EDDS与2，4-D联用，均会导致叶片中的Cd含量明显的下降，降幅分别达到了55％和24％(p＜0.05)。但是柠檬酸与2，4-D联用提高了叶片Cd含量68％(p＜0.05)。EDDS的单独施用或与生长调节剂联合施用均明显提高了籽粒苋各器官中Pb的含量。关于植物对重金属的提取，DA-6对籽粒苋提取Cd和Zn的促进效果最好。而EDDS的单独施用或与生长调节剂联用均大幅提高了籽粒苋对Pb的提取，说明EDDS是影响籽粒苋提取Pb的关健。螯合剂与生长调节剂的联用在籽粒苋提取重金属方面表现出了一定的促进效果，因此可作为植物修复技术增强措施加以应用推广。 4、通过盆栽实验和模拟酸雨淋溶实验，探讨了有机肥和蚯蚓添加对土壤重金属活性和生物有效性，以及酸雨可淋溶性的影响，评估其在植物修复上应用的可行性。结果发现，添加有机肥会明显提高土壤中有机碳，总氮和有效磷含量以及pH值，而且有机肥浓度越高，提高幅度越大。除了明显的提高了有效磷的含量(从0.38mg/kg提高到1.7mg/kg)，蚯蚓对于以上理化性质没有明显的改变。添加有机肥降低了CaCl2和Na4P2O7提取态重金属含量，以及淋溶液中重金属的含量，而且有机肥浓度越高，降低效果越好，说明有机肥在降低重金属的活性和淋溶性方面表现出了明显的效果。蚯蚓对于重金属活性，淋溶性以及生物可给性没有明显的作用。随着淋溶实验的进行，Cd和Zn的淋溶量会逐渐下降，但是Pb的淋溶量则会先上升后下降。模拟酸雨淋溶出的重金属含量超过了地表水环境质量标准，说明土壤重金属污染地区的酸雨现象可能导致地表水被重金属污染。本研究结果表明，有机肥对重金属生物有效性有一定的降低作用，但结合上面第2点结论看，这种抑制作用可能是使重金属处于交换态，对植物吸收重金属不会形成重大影响。
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