（环境科学专业论文）弱吸收镉大白菜品种的筛选及施肥对镉吸收累积的影响.pdf

c l a s s i f i e dc o d e sl8 5 3 c i n f i d e n t i a ld e g r e e ： d i s s e r t a t i o nf o rm a s t e r sd e f u j i a n a g r i c u l t u r ea n df o r e s t r y s e l e c t i o no fc h i n e s ec a b b a g ec u l t i v a r sw i t hl o w e r c a d m i u ma c c u m u l a t i o na n df e r t i l i z a t i o ne f f e c to n t h e i r a b s o r p t i o na n d a c c u m u l a t i o no fc a d m i u m d i s c i p l i n ec l a s s ：e n g i n e e r i n g f i r s td i s c i p l i n e ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e s & e n g i n e e r i n g s e c o n dd i s c i p l i n e ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e r e s e a r c hd i r e c t i o n ：e n v i r o n m e n t a le c o l o g y p o s t g r a d u a t e ：l iz h a o q i a n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f z h a n gj i n b i a o p r o f x um i n g g a n g a s s o c i a t ep r o f z h a n gw e n - j u s u b m i t t e d t i m e ：a p r i l ，2 0 10 独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是本人在指导教师的指导下独立完 成的研究成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中已作 了答谢的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本 研究做出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯 他人知识产权的行为，由本人承担应有的责任。 靴泮蚴做储艴鹳粕缘嘲：岛h 六亿 论文使用授权的说明 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学 校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密，在年后解密可适用本授权书。 1 7 不保密，本论文属于不保密。 口 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名 纵 日期：占知厂o 指删币亲笔繇弘金黟 嗍弘扮加 过程 对入 保障 施降 性差 降低 别为2 1 9 9 5 m g k g 和2 8 5 7 3 m g k g ，都显著低于其他品种。而且这两个品种的生物 量相对较高，体内镉转运效率又处于较低水平，所以是比较理想的弱吸收镉大白菜 品种，适合用于低中度镉污染土壤，结合合理施肥措施来保证蔬菜食品的安全。 3 两个镉水平处理下，不同品种的大白菜地上部和地下部微量营养元素的含量表现出 不同程度的变化。在1 o m g k g 镉浓度下，超累积镉品种6 地上部对f e 、m n 、c u 和z n 四种营养元素的吸收受到了不同程度的抑制，其他品种表现不一。镉处理能 降低大白菜地上部对m n 的吸收，促进所有品种地下部和大部分品种地上部对c u 的吸收，以及促进除品种6 外所有品种对地上部z n 的吸收。可见镉处理对大白菜 地上部m n 的吸收有拮抗作用，对地下部c u 的吸收和地上部z n 的吸收有协同作用。 4 盆栽试验结果表明，单施有机肥能显著促进大白菜的生长，主要表现在提高大白菜 地上部生物量上：在二级和三级镉污染土壤上，单施有机肥使品种1 6 的鲜重分别 提高了9 倍和5 倍，且有机肥的这种提升作用要明显优于钙镁磷肥。单施有机肥和 钙镁磷肥能显著抑制土壤镉向大白菜地上部的转移，降低大白菜可食部分的镉含 晕：在二级和三级镉污染土壤中，单施有机肥和钙镁磷肥可分别降低大白菜地上部 镉含量的6 5 和4 2 0 , 0 左右。有机肥和钙镁磷肥均能有效降低十壤有效态镉，与对照 相比，钙镁磷肥和有机肥最高可分别降低3 7 并1 12 6 的土壤有效镉含量。 关键词：大白菜；镉；水培；筛选：施肥 ab s t r a c t c h i n e s ec a b b a g e ( b r a s s i c ac a m p e s t r i sl s s p p e k i n e n s i s ) i so n eo ff a v o r i t el e a f yv e g e t a b l e s i nc h i n a , e s p e c i a l l yn o r t h e r nc h i n a t h e r ew e r ea b u n d a n tg e n o t y p e sa v a i l a b l ea f t e rl o n g - t e r m n a t u r a ls e l e c t i o na n da r t i f i c i a lb r e e d i n gp r o c e s s h o w e v e r , t h ep o l l u t i o no f s u b u r bf a r m l a n da n d v e g e t a b l ef i e l dw a sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u sb yh u m a n sa c t i v i t i e s v e g e t a b l ep l a n t a t i o n o nt h e s ec o n t a m i n a t e ds o i l sw o u l ds i g n i f i c a n t l yt h r e a tt oh u m a nh e a l t h t h e r e f o r e ，t h es e l e c t i o no f c h i n e s ec a b b a g ec u l t i v a r sw i t hl o wc a d m i u m ( c d ) a c c u m u l a t i o ni nt h e i re d i b l ep a r tw o u l db e e f f e c t i v ea p p r o a c h e st of o o ds e c u r i t y i th a sb e e nc o n f i r m e dt h a tt h ee f f e c t i v e n e s so fc di n e n v i r o n m e n tm a yi n f l u e n c ec da b s o r p t i o na n da c c u m u l a t i o ni np l a n t s i tw o u l dt h u sb eb e n e f i c i a l t or e d u c ec du p t a k ea n da c c u m u l a t i o ni nc h i n e s ec a b b a g eb ya g r o n o m i cp r a c t i c e s i nt h i ss t u d y , c u l t i v a t i o ne x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u tt os t u d yt h ec dt o l e r a n c eo f21k i n d so f c h i n e s ec a b b a g e c u l t i v a r s c u l t i v a r sw i t hl o w e ru p t a k ea n da c c u m u l a t i o no fc dw o u l db er e c o m m e n d e df o rt h e f a r m e r s m e a n w h i l e ，g r e e n h o u s ep o te x p e r i m e n tw a sa l s oc o n d u c t e dt oi n v e s t i g a t et h ee f f e c to f v a r i o u sf e r t i l i z a t i o np r a c t i c e so nr e d u c i n gt h ec du p t a k eo ft h el o wa c c u m u l a t i o nc h i n e s ec a b b a g e c u l t i v a r s t h em a j o rr e s u i t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tn o 6o ft h ec h i n e s ec a b b a g ec u l t i v a rh a dt h e h i g h e s t a c c u m u l a t i o np o t e n t i a lo fc du n d e rn u t r i e n ts o l u t i o nc u l t u r e a t0 6 m g k ga n d 1 0 m g k gc dl e v e l s ，t h ea b o v e - g r o u n db i o m a s s ( d r yb a s e ) o fn o 6w a s10 12 9 p l a n t a n d9 5 5 9 p l a n t ，r e s p e c t i v e l y t h ec o r r e s p o n d i n gt o l e r a n ti n d e xw a sl l5 a n d10 3 。 r e s p e c t i v e l y t h et o t a la m o u n to fa c c u m u l a t e dc di np l a n t s i n c l u d i n gt h ea b o v ea n d u n d e r - g r o u n db i o m a s sw e r e3 3 3 7 16 i t g p l a n t f o r t h e0 6 m g lc d t r e a t e da n d 4 2 8 5 2 7 p g p l a n tf o rt h e1 0m g lc dt r e a t e d a l lo fi t si n d i c e sw e r et h eh i g h e s to fa l l c u l t i v a r s i ts u g g e s t e dt h a tn o 6c u l t i v a rh a dg r e a tr e s t o r a t i o np o t e n t i a lf o rh e a v y m e n t a l sc o n t i m i n a t i o n s 2 n o 16a n dn o 21c h i n e s ec a b b a g ec u l t i v a r sw i t hl o wc da c c u m u l a t i o na n dh i g hc d t o l e r a n c ei n d e xw e r es e l e c t e do u tf r o m2lv a r i e t i e so f c h i n e s ec a b b a g e t h er e s u l t s s h o w e dt h a tc dc o n t e n t si n a b o v e - g r o u n ds h o o t so fn o 16 a n dn o 21w e r e 1 7 1 5 2 m g k ga n dl7 3 5 3 m g k gr e s p e c t i v e l ya t0 6 m g k gc dl e v e l w h e r e a si tw e r e 219 9 5 m g k ga n d2 8 5 7 3 m g k gr e s p e c t i v e l ya t1 0 m g k gc dl e v e l a l lt h e s ei n d i c e s w e r es i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nt h a to fo t h e r s a b o v e - g r o u n db i o m a s sa n dt h ec d t o l e r a n c ei n d e xo fn o 16a n dn o 21w e r eh i g h e rt h a nt h a to fm o s to t h e rv a r i e t i e s w h i l ec dt r a n s p o r t a t i o ne f f i c i e n c yw a sa tal o wl e v e l t h e r e f o r e t h e s et w oc u l t i v a r s c o u l db er e c o m m e n d e dt of a r m e r sa sl o wc da c c u m u l a t i o nc h i n e s ec a b b a g ev a r i e t i e s c o m b i n e dw i t hr a t i o n a la g r o n o m i cm e a s u r e s n o 16a n dn o 2lc o u l db ec u l t i v a t e di n t h ec o n t a m i n a t e ds o l lw i t hal o wa n dm i d d l ec dl e v e l st om e e tt h en a t i o n a lf o o d s e c u r i t ys t a n d a r d s 3 c o n t e n t so fm i c r o - n u t r i e n t e l e m e n ti ns h o o t sa n dr o o t so fd i f i e r e n tc h i n e s ec a b b a g e c u l t i v a r sc h a n g e da t0 6 m g k ga n d1 o m g k gc dc o n c e n t r a t i o n h o w e v e r , t h et e n d e n c y d i f f e r e db e t w e e nc u l t i v a r s f o rc dh y p e r a c c u m u l a t o rn o 6 f e 。m n ，c ua n dz n a b s o r p t i o n so fa b o v e - g r o u n dp a r tw e r ei n h i b i t e di nv a r y i n gd e g r e e sa t1 0 m g k gc d c o n c e n t r a t i o n h o w e v e r , t h i sk i n do fr e s p o n s ev a r i e da m o n gt h eo t h e rc u l t i v a r s c d t r e a t m e n tc o u l dr e s t r a i n e dm na b s o r p t i o no fs h o o t s a n dp r o m o t e dc ua b s o r p t i o no fa l l c u l f i v a r s r o o t sa n dm o s tc u l t i v a r s s h o o t s a n da l s op r o m o t e dz na b s o r p t i o no fa 1 1 c u l t i v a r s s h o o t s ，e x c e p t f o rn o 6 t h e s er e s u l t s s u g g e s t e d t h a tt h e r ew a sa n a n t a g o n i s t i ca c t i o nb e t w e e nc da n dm n i ns h o o t s ，a n das y n e r g i s t i ca c t i o nb e t w e e nc d a n dc u , c da n dz ni ns h o o t so fc h i n e s ec a b b a g e 4 p o te x p e r i m e n ts h o w e dt h a tf r e s hb i o m a s so fn o 16i n c r e a s e db y9a n d5t i m e sa f t e r t h ea p p l i c a t i o no fm a n u r eo i lt h es e c o n da n dt h i r dc l a s ss o i l so fc dc o n t a m i n a t i o n c o m p a r e dw i t hc o n t r o lt r e a t m e n t t h ei n c r e a s i n ge f f e c to fm a n u r ew a sb e t t e rt h a nt h a t o fc a l c i u mm a g n e s i u mp h o s p h a t e a p p l i c a t i o n so fm a n u r ea n dc a l c i u mm a g n e s i u m p h o s p h a t ec o u l ds i g n i f i c a n t l yr e d u c et h ec du p t a k ea n dr e d u c ec dc o n t e n ti ne d i b l e s h o o t so fc h i n e s ec a b b a g e c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o l ，m a n u r ea p p l i c a t i o nr e d u c e d c dc o n t e n t si ns h o o t sb y 雒m u c h 私6 5 a n d4 2 0 1 1t h es e c o n da n dt h i r d c l a s s s o i l so fc dc o n t a m i n a t i o n t h er e a s o nw a st h a tb o t hm a n u r ea n dc a l c i u mm a g n e s i u m p h o s p h a t er e d u c e ds o i la v a i l a b l ec d c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r 0 1 s o i la v a i l a b l ec dw a s s i g n i f i c a n t l yr e d u c e db y3 7 w i t hc a l c i u mm a g n e s i u mp h o s p h a t ea p p l i c a t i o n ，a n d 2 6 w i t hm a n u r ea p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：c h i n e s ec a b b a g ec u l t i v a r s ；c a d m i u m ；n u t r i e n ts o l u t i o nc u l t u r e ；s e l e c t i o n ； f e r t i l i z a t i o n 1 7 1 存在的问题7 1 7 2 展望8 1 8 研究目的和意义8 1 9 研究内容9 1 1o 技术路线9 第二章材料与方法1 1 2 1 供试种子。l l 2 2 营养液培养试验一1 l 2 3 土壤培养试验1 2 2 4 植株总镉含量的测定1 3 2 5 土壤镉含量的测定1 4 2 6 分析指标及计算方法1 4 2 6 1 耐性指数一1 4 2 6 2 镉累积量一1 4 2 6 3 转运效率l5 2 7 供试试剂15 2 8 仪器设备一15 2 9 试验地点1 6 2 1 0 统计方法1 6 第三章不同品种大白菜对镉处理的响应1 7 3 1 不同浓度镉处理对不同品种大白菜地上部生物量的影响1 7 3 2 不同浓度镉处理对不同品种大白菜地下部生物量的影响一1 9 3 3 不同浓度镉处理对不同品种大白菜株高的影响2 0 3 4 不同浓度镉处理对不同品种大白菜根长的影响2 2 3 5 不同品种大白菜的耐性指数一2 4 3 6 ，j 、l ；占2 6 第四章镉在不同品种大白菜体内的累积与转运特征一2 7 4 1 镉处理下不同品种大白菜地上部镉含量2 7 4 2 镉处理下不同品种大白菜地下部镉含量3 1 4 3 不同品种大白菜的镉累积量3 4 4 4 不同品种大白菜对镉的转运效率3 6 4 5 镉处理对不同品种大白菜微量营养元素吸收的影响一3 7 4 6 爿、结4 2 第五章施肥措施对大白菜镉吸收与累积的影响一4 3 5 1 不同施肥处理下植株生物量一4 3 5 2 不同施肥处理大白菜的株高4 6 5 3 植株镉含量与土壤有效态镉含量4 6 5 3 1 植株镉含量4 6 5 3 2 土壤有效态镉含量4 8 5 4 小结5 0 第六章结论与展望5l 6 1 主要结果与结论5 l 6 2 创新点5 l 6 3 存在问题及展望5 2 参考文献( r e f e r e n c e s ) 5 3 至| ( 谢5 9 福建农林大学硕士学位论文 第一章绪论 土壤是陆地生态系统的重要组成部分，土壤作为植物生产的基地，动物生长的基础，农 业的基本生产资料，食物生产的根本，为人类提供养分需要，其质量的好坏对生态系统质量、 人类生命健康与安全和整个社会的稳定与发展，都具有战略性意义【l 】。近年来，随着工业化 进程的发展，土壤重金属污染问题已经越来越严重，受到人们的广泛关注。 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显 高于其自然背景值，并因此造成生态破坏和环境质量恶化的现象 2 1 。重金属在环境中属可持 久性污染物，其污染持续的时间相当长，有关模型测算表示，废石堆的污染会持续5 0 0 年之 久，未经处置的尾矿污染也在1 0 0 年左右【3 】。受到污染土壤中的重金属被植物吸收后会对农 产品的产量和品质造成影响，这些受到污染的农作物进入食物链，会在人体内累积并对人体 健康造成严重危害。近年来，我国工农业的飞速发展导致大量的重金属被排入环境中，尤其 是因工业违法排污和意外事故而引发的重大重金属污染事件接连发生。这些通过自然、人为 等多种途径进入环境中的重金属会严重危害到人类的健康。 随着工业污染的加剧、农用化学药品种类、数量的增加，土壤重金属污染状况越来越严 峻。世界各国都存在不同程度的重金属污染，我国重金属污染造成的经济损失和带来的社会 问题也愈发明显。统计资料表明，每年因土壤污染而导致的粮食减产高达1 0 0 0 万t ，被重金 属污染的粮食多达1 2 0 0 万吨，直接经济损失1 0 0 亿元以上，合计经济损失至少2 0 0 亿元1 4 引。 对国内蔬菜重金属污染调查结果表明，我国菜地土壤重金属污染形势也非常严峻【6 j 。南 宁、重庆、天津、上海、沈阳等地的蔬菜重金属污染，尤其以c d 和p b 超标最为严重p - 13 。 这些重金属一旦通过食物链进入人体后，将对人体健康产生严重威胁。 在众多的重金属污染物中，重金属镉的污染尤为突出。镉( c d ) 位列重金属“五毒”( c d 、 h g 、a s 、c r 、p b ) 之首，是人体最危险的致癌物质之一，最易在肾和骨骼中大量累积，导 致肾功能衰竭、骨软化和骨碎。肾皮质是镉作用的主要靶向部位【i4 1 ，镉在肾皮质累积过多 会诱发诸如肾脏病变等疾病，闻名世界的“痛痛病”就是镉污染区居民长期食用被镉污染的 稻米所致【l 副。 1 1 镉的物理化学性质 c d 的化合价为+ 2 价，常温下c d 在空气中会迅速失去光泽，表面上生成棕色氧化镉， 可防止c d 进一步氧化。c d 不溶于水、不溶于碱，能溶于硝酸、乙酸，在稀盐酸和稀硫酸 中缓慢溶解，同时放出氢气。c d 盐大多数为无色，但硫化物为黄色或橙色。有毒的c d 化 合物有：乙酸镉、硫酸镉、硝酸镉、氰化镉、氧化镉、溴化镉、碘化镉、硫化镉、氯化镉、 硒化镉等。其中除硒化镉、硫化镉和氧化镉极微溶于水外，其余都溶于水。高温下镉与卤素 l 福建农林大学硕士学位论文 反应激烈，形成卤化镉。也可与硫直接化合，生成硫化镉。 土壤中镉的形态可以分为水溶性镉、难溶性镉和吸附态镉。水溶性镉主要为简单的c d 2 + 以及与无机和有机配位体生成的多种可溶性配合物，如c d ( o h ) + 、c d c i + 、c d c l 2 、c d s 0 4 、 c d ( n h 3 ) 2 + 等。土壤中的难溶性镉化合物，在旱地土壤中以c d c 0 3 、c d ( o h h 和c d 3 ( p 0 4 ) 2 形态存在，以c d c 0 3 为主。在淹水土壤如水稻土中，镉多以c d s 的形式存在。土壤对镉的 吸附能力很强，进入土壤中的镉很容易被土壤吸附，呈吸附交换态蓄积在土壤中【1 6 j 。 1 2 镉对人和动物的危害 镉污染的土壤中种植农作物，镉极易被植物吸收，并在植物体内富集。据有关水稻水培 试验表明，水稻内镉浓度可以高出水中镉浓度的8 0 0 0 倍。 c d 进入动物体( 包括人体) 的途径，一是通过呼吸，二是通过食物。c d 的急性吸入毒 性主要是肺损害，吸入c d 蒸气后，在4 1 0 小时内出现呼吸道刺激症状，如咽喉千痛、流涕、 于咳、胸闷、呼吸困难，还可有头晕、乏力、关节酸痛、寒战、发热等类似流感表现，严重 者出现支气管肺炎、肺水肿，病理分析为肺泡增殖性病变【1 7 】。人体吸收的c d 被血液运输到 肝，并与蛋白质结合然后输送到其他组织，特别是神经系统和肾的表层而沉淀。上世纪6 0 年代，日本曾发生震惊世界的“痛痛病”，日本确认，此病便是由于长期食用含镉量高的“镉 米”所致，c d 进入人体损害肾功能，肾功能的下降又导致骨骼中钙的流失，最后造成骨质 软化。 进入人体之后c d 的排泄很慢，c d 的毒性是累积性的，属于慢性中毒。由于体内缺乏 有效的保持平衡的机制，即使体内己有多量的c d 蓄积，如继续给予c d ，仍能增加体内c d 的累积。c d 进入体内后能长期地贮存，c d 在体内的半衰期很长，可长达半生【l 引。c d 不仅 可以引起人与动物的急、慢性中毒，而且对哺乳动物具有较强的致畸、致癌和致突变作用。 镉毒性机理非常复杂，它既可以与机体重要的功能蛋白、酶类的功能基因的巯基等结合，影 响机体内正常的生理过程，又可以与核酸作用，导致遗传物质的损伤【i 丌。 1 3 镉的污染现状 目前，我国受镉、砷、铬和铅等重金属污染的耕地近2 0 0 0 万岍，约占总耕地面积的 1 5 t 1 9 1 ，其中，全国c d 污染农田已达l 万余公吲2 0 1 ，分布在包括福建省在内的1 1 省区。据 报道，目前我国污灌区有1 1 处生产的人米中c d 含量严重超标，例如，成都东郊污灌区生 产的大米中c d 含量高达1 6 5 m g k g ，超过w h o f a o 所规定的含量标准7 倍之多【2 们。福建 省耕地重金属污染当中，c d 的污染指数最高，说明福建耕地c d 污染最为突出【2 。 与其他重金属不同，进入土壤的c d 主要分布在耕作层，易于被作物吸收，叶菜类蔬菜 2 福建农林大学硕士学位论文 茎叶更容易累积c d 。我国蔬菜总产量年3 4 5 亿t ，位居世界第一。由于城乡菜篮子基地大 多位于城郊工业区，蔬菜用地普遍受城乡工业污染，各大城市蔬菜c d 含量平均超国家卫生 标准的2 3 倍，最高达5 2 倍【2 2 】。 随着人们的生活水平日益提高，对重金属污染造成的食品安全问题也日益关注，因此， 研究土壤重金属污染的现状、来源及针对重金属污染土壤的治理措施，对保证食品安全维护 社会和谐稳定发展有重要的实践和理论意义。 1 4 镉污染的来源 土壤中重金属元素来源途径有两方面，一是来自自然界本身，二是来自人类活动的输入。 在自然界中，重金属是地壳构成的部分元素，成土母质本身含有重金属，成土母质不同，在 成土过程对土壤重金属含量的影响也相差很大；人为因素，主要包括工业生产、交通运输和 农业生产等，这些也会引起土壤重金属污染 2 3 1 。 1 4 1 大气中重金属的沉降 大气中的重金属主要来自工业生产、交通运输、冶金和建筑材料生产过程中产生的大量 含有重金属的气体和粉尘。我国北方地区干旱少雨，烟尘污染较为严重。北京地区烟尘c d 、 c u 、c r 、p b 和z n 等含量高于北京市农业土壤背景值1 7 - 4 0 2 倍，导致土壤和蔬菜的重金属 污染p 4 1 。大气中的c d 可以通过降雨或干沉降进入土壤，其中一部分直接被植物叶片吸收【2 5 1 ， 在有工业污染( 包括燃煤) 的地区，土壤和果树叶片都积累了大量的c d 【2 6 1 。 1 4 2 污水灌溉 污灌是使重金属进入土壤的重要途径。矿厂、镀锌厂以及与染料和塑料稳定剂、油漆着 色剂及轮胎生产有关的工厂是含c d 污水的主要来源【2 5 1 。如沈阳张士灌区多年使用重工业部 门排放的污水进行农田灌溉，使农田生产出的水稻镉含量超标严重，形成对人体危害极大的 “镉米”。天津市长期施用污水和污泥的菜地中，c d 高于背景值l o 倍【l 们。 1 4 3 农药化肥的使用 化肥农药的长期不合理使用也可以导致土壤重金属的污染。有些农药中含有砷、汞、铜、 铅等重金属，不合理的使用这些农药会造成重金属在土壤中的累积。重金属元素是肥料中报 道最多的污染物，化肥中品位较差的过磷酸钙和磷矿粉中含有微量的c d 重金属元烈2 7 】。 1 5 镉污染土壤的治理措施 目前，修复土壤重金属污染主要有以下几个途径：一是改变重金属在士壤r | l 的存在状态， 降低其在土壤中的迁移性和生物可利用性；二是利用生物或工程技术方法把重金属从土壤中 去除；三足改变种植制度，避免重金属通过食物链影响生物和人体健康2 8 1 。 3 福建农林大学硕士学位论文 综合国内外采用的土壤重金属污染治理措施，按照治理方式可以概括为物理化学工程措 施、农业工程措施和生物修复措施。 1 5 1 物理化学工程措施 该工程措施是指利用物理、物理化学原理治理重金属污染的土壤，此种措施的治理效果 比较好。物理化学工程措施的主要方法包括客土法、换土法、深耕翻土法和去表土法【2 9 。3 1 1 ， 电动力化学法【3 2 出】，冲洗络合法 3 1 , 3 5 , 3 6 】，热处理法 3 2 3 7 】，泵出处理法 3 8 , 3 9 ，玻璃化法 4 0 , 4 1 ， 固化法【3 9 1 。 物理工程措施治理效果最为显著、稳定，是一种治本措施，而且适应性广，但是其缺点 是投资大，存在二次污染及肥力降低等问题，适于小面积的重度重金属污染区域。 1 5 2 农业工程措施 农业措施是因地制宜地改变一些耕作方式、管理制度等来减轻土壤重金属的危害，还可 以在重金属污染的土壤上种植不进入食物链的植物。农业措施主要是通过控制土壤水分、合 理施肥和改变作物种类等方法来进行【4 2 1 。主要措施有： ( 1 ) 改变耕作制度。对污染较严重的农田，可改变耕作制度，改种非食用性植物，如 花卉、苗木、棉花、桑麻类等。或者作为良种繁育基地，如张士灌区上游污染严重的地块， 将其改作水稻、玉米良种基地，收获的稻米不作直接食用的商品粮而作种子，秋后糙米中含 镉量小于0 1 m g k g ，产量7 5 0 0 k g h m 2 以上，效益很显著【4 3 m 】。 ( 2 ) 选种抗污染农作物品种。研究表明，菠菜、小麦、大豆吸镉量多，不宣在镉污染 土壤上种植，可改种吸镉量少的玉米、水稻等作物。在中、轻度重金属污染的土壤上，不种 块根类蔬菜而改种瓜果类蔬菜，或者选用早熟、食用部位污染物吸收累积少的作物品种，减 少污染物在作物体内的累积量 4 q 。 ( 3 ) 施用改良剂。利用改良剂对土壤重金属的沉淀作用、吸附作用和拮抗作用，可以 降低重金属在土壤中的移动性和生物有效性。 施用碱性改良剂。常用的碱性改良剂有石灰性物质、钢渣、高炉渣和粉煤灰等碱性物质 或者钙镁磷肥、硅肥等碱性肥料。这些物质可以促进土壤重金属生成碳酸盐、硅酸盐或者氢 氧化物沉淀，降低重金属的有效性。在重金属污染的酸性土壤中施用石灰高炉灰、矿渣和粉 煤灰等碱性物质能提高土壤的p h 值降低重金属的溶解性，从而有效地降低了植物体内的重 金属浓度【4 5 1 。土壤中施硅可改变土壤中镉的形态，降低镉的生物有效性，从而显著减轻镉 对玉米的毒害，降低玉米对镉的吸收【4 6 】。 施用有机肥料。有机肥是提高土壤肥力的常用物质，在重金属污染的土壤上施用有机肥， 不但能提高土壤养分，而且有机肥中的胡敏酸和胡敏素等能络合污染土壤中的重金属离子并 生成难溶的络合物，从而减轻重金属离子的生物有效性【2 0 1 。在不同的镉、锌污染水平上， 随着有机肥施用量的增加，镉、锌有机络合( 螫合) 态的含量也逐渐增加，这就解决了镉锌 污染的治理和提高土壤肥力的矛盾。有机肥料对土壤重金属污染具有缓冲和净化作用，主要 表现在：( 1 ) 对重金属离子的螯合作用。有机肥中有大量的官能团，其比表面积也较大，可 4 福建农林大学硕士学位论文 促进土壤中的重金属离子与其形成重金属有机络合物，增加土壤对重金属的吸附能力，提高 土壤对重金属的缓冲性，从而减少植物对其的吸收，阻碍其进入食物链1 4 7 j 。资料表明，有 机质含量高的土壤对重金属的吸附量也大，而土壤中随着有机质含量的增加，土壤肥力的提 高也是显而易见的。( 2 ) 有机质有还原作用，使重金属生成硫化镉沉淀【4 9 】。( 3 ) 参与土 壤离子的交换反应，增加土壤阳离子交换量，提高土壤环境容量。( 4 ) 稳定土壤结构，提供 生物活性物质，为土壤微生物活动提供基质和能源，间接影响土壤重金属的行为。 施用磷肥。业已证明磷酸盐作为一种廉价、行之有效的化学改良剂用于铅污染土壤上， 钝化效果显著1 5 0 5 1 1 。我国3 0 多个主要磷肥生产厂家生产的磷肥平均镉含量为0 6 1 m g k g ，远 远低于国际上5 5 0 m g k g 的含量。据前人研究总结，磷酸盐主要是通过诱导重金属吸附、与 重金属生成沉淀或矿物或者磷酸盐表面直接吸附重金属等这些复杂的反应来达到稳定重金 属的目的【5 2 1 。不同的磷肥品种对土壤重金属的存在形态影响不一，以钙镁磷肥对土壤重金 属的抑制效果最为显著。研究表明，钙镁磷肥显著促进小白菜的生长，显著抑制c d 、p b 、 z n 对小白菜的毒害及向地上部的迁移p 列。 1 5 3 生物修复措施 生物修复是指利用生物技术治理土壤重金属污染的一种新方法，即在一定的条件下，利 用生物体的生命代谢活动，将重金属降解、富集、转移从而使受污染的土壤环境能部分或完 全地恢复到原始状态，这是一种重金属污染土壤的环境友好型治理技术。按照生物种类的不 同可以分为微生物修复、动物修复和植物修复。 ( 1 ) 微生物修复。微生物修复技术是利用土壤【1 l 某些微生物对重金属的吸收、沉淀、 氧化还原等作用，降低土壤重金属毒性【5 4 1 。重金属微生物修复的机理包括细胞代谢、生物 吸附、空泡吞饮、沉淀和氧化还原反应等【5 5 】。 ( 2 ) 动物修复。动物修复技术是利用土壤中某些低等动物如蚯蚓或者鼠类等吸收土壤 中的重金属，从而在一定程度上降低污染土壤中重金属的含量。这种途径虽能在一定程度 上减少土壤1 1 | 重金属含量，但低等动物如蚯蚓吸收重金属后可能再次释放到土壤中造成二次 污染，所以此种方法的可行性有待研究。 ( 3 ) 植物修复。植物修复技术 5 6 - 5 9 1 作为一种新兴的绿色生物技术，能在不破坏生态环 境，保持土壤结构和微生物活性的情况下，通过植物的根系直接将污染元素吸收，从土壤中 把污染物带走，从而修复被污染的土壤。由于植物修复技术对土壤性质和周围生态环境没有 破坏，所以是真正意义上的“绿色修复技术”【6 0 】。根据其作用过程和机理，可以把重金属 污染土壤的植物修复技术分为植物提取、植物挥发和植物稳定三种类型。 1 6 植物修复重金属污染土壤的研究现状 植物修复是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，而该种植物对土壤中的污 染物具有特殊的吸收富集能力，将植物收获并进行妥善处理如灰化同收后即可将该种重金属 5 福建农林大学硕士学位论文 移走，达到污染治理与生态恢复的目的 6 1 , 6 2 】。由于植物修复实施较简便、投资较少且对环境 扰动少，成为当前研究的热点。植物修复技术的关键是用于修复污染土壤的植物能够超累积 重金属，超累积植物吸收重金属并将其转移到地上部，收获植物，妥善处理，达到修复土壤 的目的。 1 6 1 国外研究现状 重金属超累积植物( h y p e r a c c u m u l a t o r ) 是指能够大量吸收并在体内累积重金属的一类 特殊植物，这一概念首先由b r o o k s 等1 9 7 7 年提出来的。一般认为重金属含量超过一般植物 1 0 0 倍以上的植物属于超累积植物。目前采用较多的是b a k e r 等提出的参考值，即把植物叶 片或地上部( 干重) 中含汞达到1 0 m g k g ，含镉1 0 0 m g k g ，含钴、镍、铅、铜、铬达到