摘要
近年来北方典型石灰性农田镉污染状况备受关注,本研究通过调查河南省某区域农田镉污染状况,以中轻度镉污染土壤为研究对象,利用盆栽试验开展有机和无机物料添加条件下冬小麦-绿穗苋轮作安全利用模式研究,确定三种物料(猪粪、稻秆和碳酸钙)对冬小麦-绿穗苋轮作模式中土壤镉的生物有效性、小麦安全生产及绿穗苋提取土壤镉效果的影响,探究不同物料对土壤镉有效性的作用及植物吸收镉的影响,为小麦-绿穗苋轮作模式在镉污染农田的安全利用提供科学依据。 本研究取得的主要研究成果如下: (1)以河南省某地区典型石灰性镉污染农田为研究对象,分析不同农田中六种重金属(Cd、Ni、Zn、Cu、Pb)和DTPA-Cd的含量。以GB15618-2018土壤筛选值为参考,结果显示7个取样区域土壤中Cd含量全部超标,Cd最高含量达到16.28mg·kg-1,其他几种重金属均未超标。利用潜在生态危险指数法对土壤样品中重金属进行评价,结果表明,7个采样区重金属的潜在生态风险综合指数RI为92.41~819.81;比较7个采样区间综合污染与潜在生态风险情况发现,采样区1的综合污染指数和潜在生态风险最低;而采样区2的综合污染指数和潜在生态风险则最高。其次分析了镉污染农田中绿穗苋Cd的含量。结果显示:不同样区农田中的绿穗苋对Cd都表现出一定的富集特性,植物地上部分Cd的浓度最大达19.04mg·kg-1,转运系数最大为1.07,富集系数最大为1.90,对镉表现出了良好的富集性。 (2)明确了不同有机和无机物料(猪粪、稻秆和碳酸钙)对污染土壤的镉有效性及小麦籽粒吸收镉的影响。结果表明,猪粪和碳酸钙添加对土壤镉有效性及小麦籽粒镉吸收的影响与稻秆添加效果不同。其中猪粪中由于含有的大量有机物质提高了土壤HA/FA,HA易与镉离子形成难溶的络合物,从而降低了有效态镉的含量;碳酸钙添加后通过提高土壤pH的方式降低有效态镉,猪粪和碳酸钙分别在3%和5%施用量时使小麦籽粒Cd含量分别显著降低了51.96%和45.95%,低于国家食品安全标准(GB2762-2017)。稻秆施用促使土壤pH降低,提高了土壤镉有效性,增加了小麦籽粒对镉的积累,小麦籽粒镉含量超过国家食品安全标准(GB2762-2017)。 (3)探明了后茬轮作的绿穗苋对镉的提取效果。结果表明,除0.5%稻秆处理外,其他处理绿穗苋的生物量均低于CK;前茬土壤中的猪粪、稻秆和碳酸钙随着时间的推移对镉的固持能力下降,提高了土壤有效镉的浓度,进而促进了绿穗苋对镉的积累,其中0.5%稻秆处理绿穗苋对镉的积累可达738.78μg·pot-1,增强了绿穗苋对土壤Cd的修复效率;修复后土壤较修复前总镉含量最高降低了7.21%,3%猪粪处理pH较修复前下降了0.14个单位,碳酸钙处理pH较修复前最高升高了0.28个单位,土壤有机质仅在3%猪粪和1%、3%稻秆施用量时有所增加,分别增加了5.07g·kg-1和2.9g·kg-1、5.06g·kg-1。