治理镉污染土壤 让植物来帮忙

一种新的植物修复土壤镉污染技术于近日发布,该技术通过添加乙酸、草酸、柠檬酸等低分子量有机酸的方式,促进地上植物对重金属镉的吸收,并可同时提升富集植物油葵的生物量。该研究由中国农业科学院农田灌溉研究所农业水资源战略团队研究发现。相关研究成果在线发表于《工业作物与产品(Industrial Crop & Products)》。

镉污染,南北治理的差异

在土壤重金属污染中,镉污染备受关注,这和它本身对人的危害性更强有关,因此,镉污染治理,也一直是农业科研领域中的热点和难题。

中国农业科学院农田灌溉研究所农业水资源战略团队首席乔冬梅介绍,土壤镉污染来源渠道较多,主要包括矿产开发、污水灌溉、大气沉降等,其中,污水灌溉是农田镉污染的主要来源之一。

治理镉污染土壤 让植物来帮忙

油葵治理镉污染土壤的试验田。中国农科院供图

在污染治理中,种植富集植物,让植物吸收土壤中的重金属,是绿色且效果较好的方式之一。而提升植物的富集效果,无疑会加快治理的速度,让土壤更早回归正常。

在研究中,团队科研人员曾经考察和试验了多种富集植物,乔冬梅介绍,比如油菜、黑麦草等,都有富集镉离子的能力,有些富集效果还很不错,但这些植物,大多在南方种植,移栽北方后,存在适应性问题。更重要的是,即便它们具有很好的富集能力,但本身植株生物量较小,这制约了它们的治理效果,“在植物富集镉的过程中,整个植株都在参与,植株的大小,直接影响其生物量的多少,也影响着富集镉的总量。”乔冬梅说。

治理镉污染土壤 让植物来帮忙

2020年7月7日,乔冬梅(左一)在修复重金属污染土壤试验地,指导学生观测作物指标。中国农科院供图

有机酸,增强油葵富集能力

改善植物治理污染能力的途径,第一是增强植物的富集能力,使同一株植物,能够容纳更多的镉。第二是选择更高大、生物量更多的植物。

有没有兼具两者的办法?乔冬梅告诉记者,团队选择了更高大、更适宜北方环境的油用葵花,并通过添加有机酸的方式,增强油葵的镉富集能力。

治理镉污染土壤 让植物来帮忙

2020年7月7日,团队成员在油葵修复重金属污染土壤试验地里,调研油葵长势。中国农科院供图

在研究中,科研人员选择了多个品种的油葵,制定了多套方案,选择了乙酸、草酸、苹果酸、柠檬酸等多种有机酸,并制定了不同浓度、不同投放时间的试验方案,这些有机酸通过水肥一体的通道,添加到农田中。

“镉等重金属是难以分解的物质,而偏酸性的有机酸,会改变重金属的形态,使它更容易被植物吸收,从而减少土壤中的镉含量。这是一种外源性的治理方式,而且,低分子量有机酸对植物及土壤微环境的负面效应相对较小。”乔冬梅说。

治理镉污染土壤 让植物来帮忙

2019年11月20日,在实验室中研究重金属存在形态测试方法。中国农科院供图

研究发现,土壤中添加有机酸,确实可以促进油葵根系对镉的吸收,提升油葵的镉富集量,其提升效果,和油葵的品种有关。同时,研究人员还发现,添加有机酸,还可以提升油葵的生物量。“也就是说,会让油葵长得更好,更高大粗壮,这也增加了它容纳镉的总量。”乔冬梅说。

长成后,要怎样无害化处理?

吸收了土壤中的镉之后,会对植物产生怎样的影响,葵花籽还能吃吗?葵花秸秆又该如何处理?乔冬梅说,这也是团队乃至领域内的科研人员正在努力攻克的目标。

在此次试验中,研究人员发现,添加了有机酸之后,并没有增加油葵种子也就是葵花籽中的镉含量,但这并不意味着,葵花籽适合直接食用,或者进入食品环节。

“事实上,对油葵种子的处理,已经有比较好的办法,可以用它来提炼工业燃油,”乔冬梅说,“但葵花秸秆中,同样含有镉,目前主要的方法,包括焚烧、提炼镉元素等,只是这些方法还不成熟。”

将含有镉的油葵秸秆进行焚烧,只是减少了生物质的总量,镉仍然存在于焚烧后的灰烬中,而提炼镉元素的方法,则因为成本较高、效益较低,而难以规模化应用。

除了富集植物的后续处理外,乔冬梅介绍,团队还在进行粮食作物的种植试验,“我们选择了多个可以富集镉离子的粮食作物,一直在进行选育,目的是选择那些种子中不会富集镉的植株,如果成功,那么未来有可能实现治理镉污染的同时,又能保证粮食生产的效果和目的。”

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