糧食主產區(qū)農田土壤重金屬污染與植物修復研究

周藝穎

[摘要]我國重金屬污染排放量一直居高不下，為確保食品安全，必須從食物鏈底端問題入手，解決農作物中重金屬超標的問題。本文通過研究糧食主產區(qū)農田土壤重金屬污染與植物修復問題，確定重金屬污染土壤的養(yǎng)分含量以及肥力狀況。利用提取與酸化植物根部，酸化土壤環(huán)境提取重金屬;以植物根部作為載體轉運重金屬離子;使用化學沉降物進行物理轉移以及轉移植物木質部完成地上部轉移四種方式對糧食主產區(qū)農田植物進行修復，致力于保護糧食主產區(qū)農田土壤環(huán)境以及農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[關鍵詞]糧食主產區(qū);農田土壤;重金屬污染;植物修復

中圖分類號：X825 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202003

重金屬原意是指密度大于4.5g/cm3的金屬，是一種較難通過自然環(huán)境降解的物質，常見的重金屬包括金、銀、銅、鐵、汞、鉛、鎘等[1]。糧食主產區(qū)農田土壤如果遭受重金屬污染，將對人體產生非常大的傷害。土壤中含有的高濃度重金屬物質，會隨著農作物的生長進入植株內，作為人們主食的小麥、水稻、玉米中一旦含有重金屬，將會通過飲食帶入人體內部，對人體造成嚴重影響[2]。植物修復是以植物忍耐和超量積累某種或某些污染物的理論為基礎，利用植物及其共存微生物體系清除環(huán)境中污染物的一門環(huán)境治理技術[3]。本文針對現(xiàn)行糧食主產區(qū)農田土壤重金屬污染與植物修復展開研究，致力于將糧食主產區(qū)農田土壤重金屬污染對植物的影響降至最小。

1 糧食主產區(qū)農田土壤重金屬污染的評定

糧食主產區(qū)農田土壤或多或少都會有不同程度的農田土壤重金屬污染問題，而土壤的養(yǎng)分含量和肥力狀況是對糧食主產區(qū)農田土壤進行重金屬污染測定的重要指標。

1.1 重金屬污染土壤養(yǎng)分含量測定

本文以植物生長所必需的營養(yǎng)元素鐵、鋅、鉀為例，對重金屬污染土壤養(yǎng)分含量進行測定。首先在糧食主產區(qū)設定3個采樣點，通過堿解擴散法測定土壤中鐵、鋅、鉀養(yǎng)分含量。土壤養(yǎng)分平均含量如表1所示。

在表1的基礎上，對糧食主產區(qū)設定的3個采樣點進行重金屬污染，然后重新測定重金屬污染土壤養(yǎng)分含量。重金屬污染土壤養(yǎng)分平均含量如表2所示。

由表2可知，遭受重金屬污染的糧食主產區(qū)農田土壤與正常土壤最主要的區(qū)別在于土壤有機質和pH值的變化[4]。重金屬污染土壤中的pH值及有機質會明顯降低，但重金屬污染土壤中的鐵、鋅、鉀與pH值及有機質間沒有顯著的相關性。由此可見，調節(jié)土壤中的pH值及有機質并不會對重金屬污染土壤養(yǎng)分含量產生明顯的影響。

1.2 重金屬污染土壤肥力狀況評價

對于重金屬污染土壤肥力狀況的評價采用模糊綜合評價法，根據重金屬污染土壤養(yǎng)分豐缺程度，判斷3個采樣點土壤質量狀況[5-6]。設重金屬污染土壤肥力評價因子集合為有機質、pH值、堿解、速效以及豐缺程度。將重金屬污染土壤肥力評價因子歸一化處理，重金屬污染土壤肥力評價因子的權重如表3所示。

由表3可知，糧食主產區(qū)農田土壤重金屬污染會造成土壤肥力的流失，基本上都存在不同程度的營養(yǎng)不良狀況。尤其區(qū)域2在遭受重金屬污染后豐缺程度極貧乏，可以通過施加肥料的方式補充土壤肥力。

2 糧食主產區(qū)農田植物修復的方法

2.1 提取與酸化植物根部

對糧食主產區(qū)進行農田植物修復，必須重視忍耐型或超累積植物的能動性。由于忍耐型或超累積植物具有根系發(fā)達的特點，能夠主動向重金屬污染區(qū)伸展，通過植物根部根毛直接接觸重金屬污染土壤顆粒，有效滲透進而提取重金屬。忍耐型或超累積植物根系可以耐受高濃度重金屬毒害，利用分泌物酸化重金屬污染土壤環(huán)境提取重金屬，從而促進糧食主產區(qū)農田植物修復。

2.2 轉運離子載體

鉀離子是植物生命活動中必需的大量元素之一，參與植物的多種代謝活動。因此，利用忍耐型或超累積植物根部作為載體轉運重金屬離子，即使是短程轉運也需要很多內在的忍耐型或超累積植物載體。大多數重金屬離子可以通過離子載體進入忍耐型或超累積植物根部細胞，這些轉運鐵、鋅、鉀等營養(yǎng)成分的離子載體也可同時轉運鎳、錳、鎘、汞、鎢、鉬等重金屬離子。鉀離子可直接通過ATP酶、間接通過負電位或偶聯(lián)作用等供能方式使其跨過根部細胞的細胞質膜進入細胞內，隨后被分配轉運到其他組織器官或是儲存于液泡，這些過程中有同向轉運也有逆向轉運，離子載體對重金屬的轉運具有選擇能力，可同時轉運其中一種或幾種重金屬，完成糧食主產區(qū)農田植物修復[7-8]。

2.3 化學沉降、物理沉降

使用化學沉降物進行物理轉移，主要包括有機酸與硫醇等螯合劑，通過化學沉降物，促使鐵、鋅、鉀等營養(yǎng)成分在植物體內大量儲存。通過營養(yǎng)成分的大量儲存迫使糧食主產區(qū)農田植物中的重金屬進行物理沉降，在土壤酸化發(fā)展過程中，提高土壤的鹽基飽和度，能顯著地提高土壤對酸的緩沖能力，從而減輕土壤酸化程度、降低土壤礦物的分解速度，通過化學和物理相結合的手段減低植物體內重金屬含量，達到糧食主產區(qū)農田植物修復的目的。

2.4 轉移植物木質部

木質部管道分子是進行水分運輸的主要通道，而不同種類的植物具有不同的管道結構。多數裸子植物和蕨類植物木質部沒有導管，它們通過木質部管胞進行水分運輸，而多數被子植物通過導管進行輸水。忍耐型或超累積植物體內的重金屬成分主要集中在木質部，但地上部轉移要求必須將木質部重金屬含量轉移到忍耐型或超累積植物葉片中，完成遠程轉運，實現(xiàn)糧食主產區(qū)農田植物修復的目的。

3 結 論

食品安全是最為關注的話題，理應給予足夠的重視。本文通過對糧食主產區(qū)農田土壤重金屬污染與植物修復的研究，提出四種糧食主產區(qū)農田植物修復方法，希望可以提高相關領域學者對糧食主產區(qū)農田土壤重金屬污染與植物修復問題的關注度，為改善糧食主產區(qū)農田土壤環(huán)境質量以及糧食主產區(qū)農田可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

參考文獻

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