湖南省耕地重金屬污染“VIP+n”修復(fù)措施應(yīng)用與研究進(jìn)展

1、湖南省耕地重金屬污染“VIP+n”修復(fù)措施應(yīng)用與研究進(jìn)展湖南省耕地重金屬污染“VIP+n修復(fù)措施應(yīng)用與討論進(jìn)展莖細(xì)胞>葉細(xì)胞>果實(shí)細(xì)胞的趨勢(shì);組織水平上大部分沉積在表皮細(xì)胞、亞表皮細(xì)胞及表皮毛中14，植物體器官中重金屬元素平均含量大體呈現(xiàn)根>莖>葉>果實(shí)的趨勢(shì)。另有討論說明，水稻根系所汲取的鎘元素在水稻植株內(nèi)積存的過程中也呈現(xiàn)這一趨勢(shì)，即積存在根部的量最多、稻米中的量最少18，20。水稻的根表皮細(xì)胞汲取了土壤中有效態(tài)鎘后，通過質(zhì)外體途徑或共質(zhì)體途徑運(yùn)送到根系中14，21，再由木質(zhì)部轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部上。同品種水稻植株體內(nèi)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)效率為土-根>莖-葉>莖-糙米

2、>根-莖18，鎘元素在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中會(huì)沉積于水稻的根系、葉片、莖稈、稻米等各個(gè)器官中2，14。鎘在同品種成熟期水稻體內(nèi)各器官的安排規(guī)律是根>莖>葉>稻米14，18，20，22，因此同種水稻不同器官間的累積存在顯著差異。鎘在不同品種水稻根、莖、葉、籽粒中的積存能力受到運(yùn)轉(zhuǎn)能力的影響，鎘低積存水稻品種對(duì)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)能力較弱17，23-24，因此不同水稻品種相同器官中鎘的累積存在顯著差異。2.2.2田間水分治理I。水分治理模式主要通過降低土壤中鎘的有效態(tài)含量來影響水稻對(duì)鎘的汲取25。稻田土壤在長(zhǎng)期淹水狀況下，土壤氧化還原電位Eh降低26，土壤-溶液系統(tǒng)處于強(qiáng)還原狀態(tài)27，導(dǎo)致土壤中的

3、碳酸鈣、Fe2+、S2-含量增加27-28。土壤中碳酸鈣含量提高會(huì)提升土壤對(duì)有效態(tài)鎘的吸附量和專性吸附量28;Fe2+會(huì)影響水稻根表鐵膜的厚度，從而削減水稻根系對(duì)鎘的汲取;大量Fe2+與Fe的運(yùn)輸?shù)鞍變?yōu)先結(jié)合，降低了Cd與Fe運(yùn)輸?shù)鞍椎慕Y(jié)合量27，削減了水稻根系對(duì)鎘的汲取量;S2-極易與Cd2+反應(yīng)生成難溶的CdS沉淀27，同樣降低了土壤中有效態(tài)鎘的含量。另外，淹水還增加了土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)合鎘的能力，使其向活性較低的緊結(jié)合有機(jī)態(tài)、晶型氧化鐵結(jié)合態(tài)及石灰性土壤的碳酸鹽結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化27。吳龍華等25討論說明，干旱條件下，糙米中鎘積存量最高;長(zhǎng)期淹水處理?xiàng)l件下，糙米中鎘積存量最低。張雪霞等29討論說明，水

4、稻進(jìn)行全生育期淹水治理，籽粒、莖葉、根系等各器官中鎘含量均為最低值;水稻各器官中的鎘含量隨土壤中水分的削減漸漸增加。綜上所述，水稻全生育期淹水治理可有效削減水稻對(duì)鎘的汲取和積存。2.2.3土壤酸堿度調(diào)整P。土壤pH值是影響鎘形態(tài)和有效性的重要因素3，操縱著土壤-溶液系統(tǒng)中重金屬的溶解平衡，即土壤中溶解-沉淀、吸附-解吸等反應(yīng)30-31。土壤中的Cd2+和H+在被土壤膠體吸附過程中，有相同的吸附點(diǎn)位32，土壤pH值升高，土壤膠體外表負(fù)電荷增加，土壤-溶液系統(tǒng)中Cd2+電性吸附變強(qiáng)，且Cd2+會(huì)形成難溶的氫氧化物、碳酸鹽和磷酸鹽等3，33。因此，提升土壤pH值，可以明顯降低土壤有效態(tài)鎘含量。施用石

5、灰是調(diào)整土壤pH值使用較多的方法之一，生石灰本錢較低、來源廣泛。湖南土壤以酸性紅壤、黃壤為主，施用生石灰可明顯調(diào)整酸性土壤的pH值。2.2.4施用土壤調(diào)理劑及葉面硅肥。水稻是一種典型的喜硅植物，“VIP+n措施中施用的土壤調(diào)理劑和葉面阻控劑均選用硅含量較高的污染土壤修復(fù)劑類產(chǎn)品。土壤調(diào)理劑依據(jù)功能可分為土壤結(jié)構(gòu)改進(jìn)劑、土壤保水劑、土壤酸堿度調(diào)整劑、鹽堿土改進(jìn)劑、污染土壤修復(fù)劑等34，施用后能夠加大水稻對(duì)于硅的攝入量。水稻體內(nèi)硅濃度的升高，一是可以提高細(xì)胞膜上硅轉(zhuǎn)運(yùn)子Lsil的表達(dá)，同時(shí)抑制鎘轉(zhuǎn)運(yùn)子Nramp5的表達(dá)，從而抑制鎘在共質(zhì)體途徑的運(yùn)輸;對(duì)于已進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的鎘，硅還可將胞內(nèi)鎘隔離在特定的

6、囊泡內(nèi)，削減其共質(zhì)體途徑的運(yùn)載量。二是可以促進(jìn)水稻根系質(zhì)外體途徑中運(yùn)輸?shù)逆k向交換態(tài)轉(zhuǎn)化，限制鎘通過質(zhì)外體運(yùn)輸途徑進(jìn)入地上部。三是可以降低細(xì)胞壁外表的電化學(xué)勢(shì)，提高細(xì)胞壁對(duì)鎘離子的吸附作用，而且硅能夠使水稻植株體內(nèi)汲取的鎘通過硅-半纖維素-鎘的形式沉淀在細(xì)胞壁中，增加鎘在水稻根部的滯留量35-37。2.2.5施用有機(jī)肥。商品有機(jī)肥主要以動(dòng)物糞便、植物秸稈、污泥、草炭等為原料制作，其中含有大量的有機(jī)質(zhì)易分解為有機(jī)酸、腐殖質(zhì)等、生物炭等物質(zhì)3，38-39。有機(jī)質(zhì)中腐殖質(zhì)在土壤中的一種性狀為膠體物質(zhì)，具有大量的功能團(tuán)，如羧基、羥基、酰胺基、氨基、醛基等，極易與鎘發(fā)生吸附反應(yīng)3，38，40，將鎘固定在土

7、壤中。腐殖質(zhì)在土壤中的另一種形態(tài)為游離態(tài)腐植酸和腐植酸鹽類，包括有機(jī)酸、糖類、酚類及N、S的雜環(huán)化合物具有活性基團(tuán)，能與鎘離子形成絡(luò)合物或螯合物38，40，從而降低土壤中有效態(tài)鎘含量。生物炭微觀外外表結(jié)構(gòu)多孔，具有較大的孔隙度和比外表積。生物炭外表有大量負(fù)電荷，通過離子交換作用，對(duì)鎘離子進(jìn)行吸附12，41-42。增施有機(jī)肥，能起到較好的鈍化土壤中有效態(tài)鎘的作用。2.2.6稻草秸稈離田。植物所汲取的重金屬會(huì)分布在植株的根、莖、葉、籽粒等器官組織中2，14，秸稈離田是最有效的生物降鎘方式，能夠從本質(zhì)上削減土壤中重金屬的含量。我國現(xiàn)有稻草離田方式是收割地上部分，將其投入其他產(chǎn)能環(huán)節(jié)。水稻根系發(fā)達(dá)，水稻汲取鎘后，大部分累積在根系中，少部分運(yùn)送至地上部分14，18，20，22，40，如在收割時(shí)將根系與地上部分一起采收離田，降鎘效果更佳。3結(jié)語“VIP+n修復(fù)措施通過品種選用、鈍