周藝穎

[摘要]我國(guó)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(wèn)題入手，解決農(nóng)作物中重金屬超標(biāo)的問(wèn)題。本文通過(guò)研究糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染與植物修復(fù)問(wèn)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(zhuǎn)運(yùn)重金屬離子;使用化學(xué)沉降物進(jìn)行物理轉(zhuǎn)移以及轉(zhuǎn)移植物木質(zhì)部完成地上部轉(zhuǎn)移四種方式對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田植物進(jìn)行修復(fù)，致力于保護(hù)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]糧食主產(chǎn)區(qū);農(nóng)田土壤;重金屬污染;植物修復(fù)

中圖分類號(hào)：X825 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guò)自然環(huán)境降解的物質(zhì)，常見(jiàn)的重金屬包括金、銀、銅、鐵、汞、鉛、鎘等[1]。糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤如果遭受重金屬污染，將對(duì)人體產(chǎn)生非常大的傷害。土壤中含有的高濃度重金屬物質(zhì)，會(huì)隨著農(nóng)作物的生長(zhǎng)進(jìn)入植株內(nèi)，作為人們主食的小麥、水稻、玉米中一旦含有重金屬，將會(huì)通過(guò)飲食帶入人體內(nèi)部，對(duì)人體造成嚴(yán)重影響[2]。植物修復(fù)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(chǔ)，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(shù)[3]。本文針對(duì)現(xiàn)行糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染與植物修復(fù)展開(kāi)研究，致力于將糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染對(duì)植物的影響降至最小。

1 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染的評(píng)定

糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤或多或少都會(huì)有不同程度的農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題，而土壤的養(yǎng)分含量和肥力狀況是對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤進(jìn)行重金屬污染測(cè)定的重要指標(biāo)。

1.1 重金屬污染土壤養(yǎng)分含量測(cè)定

本文以植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素鐵、鋅、鉀為例，對(duì)重金屬污染土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行測(cè)定。首先在糧食主產(chǎn)區(qū)設(shè)定3個(gè)采樣點(diǎn)，通過(guò)堿解擴(kuò)散法測(cè)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(chǔ)上，對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)設(shè)定的3個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行重金屬污染，然后重新測(cè)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(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤與正常土壤最主要的區(qū)別在于土壤有機(jī)質(zhì)和pH值的變化[4]。重金屬污染土壤中的pH值及有機(jī)質(zhì)會(huì)明顯降低，但重金屬污染土壤中的鐵、鋅、鉀與pH值及有機(jī)質(zhì)間沒(méi)有顯著的相關(guān)性。由此可見(jiàn)，調(diào)節(jié)土壤中的pH值及有機(jī)質(zhì)并不會(huì)對(duì)重金屬污染土壤養(yǎng)分含量產(chǎn)生明顯的影響。

1.2 重金屬污染土壤肥力狀況評(píng)價(jià)

對(duì)于重金屬污染土壤肥力狀況的評(píng)價(jià)采用模糊綜合評(píng)價(jià)法，根據(jù)重金屬污染土壤養(yǎng)分豐缺程度，判斷3個(gè)采樣點(diǎn)土壤質(zhì)量狀況[5-6]。設(shè)重金屬污染土壤肥力評(píng)價(jià)因子集合為有機(jī)質(zhì)、pH值、堿解、速效以及豐缺程度。將重金屬污染土壤肥力評(píng)價(jià)因子歸一化處理，重金屬污染土壤肥力評(píng)價(jià)因子的權(quán)重如表3所示。

由表3可知，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染會(huì)造成土壤肥力的流失，基本上都存在不同程度的營(yíng)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(guò)施加肥料的方式補(bǔ)充土壤肥力。

2 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田植物修復(fù)的方法

2.1 提取與酸化植物根部

對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行農(nóng)田植物修復(fù)，必須重視忍耐型或超累積植物的能動(dòng)性。由于忍耐型或超累積植物具有根系發(fā)達(dá)的特點(diǎn)，能夠主動(dòng)向重金屬污染區(qū)伸展，通過(guò)植物根部根毛直接接觸重金屬污染土壤顆粒，有效滲透進(jìn)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(jìn)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田植物修復(fù)。

2.2 轉(zhuǎn)運(yùn)離子載體

鉀離子是植物生命活動(dòng)中必需的大量元素之一，參與植物的多種代謝活動(dòng)。因此，利用忍耐型或超累積植物根部作為載體轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬離子，即使是短程轉(zhuǎn)運(yùn)也需要很多內(nèi)在的忍耐型或超累積植物載體。大多數(shù)重金屬離子可以通過(guò)離子載體進(jìn)入忍耐型或超累積植物根部細(xì)胞，這些轉(zhuǎn)運(yùn)鐵、鋅、鉀等營(yíng)養(yǎng)成分的離子載體也可同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)鎳、錳、鎘、汞、鎢、鉬等重金屬離子。鉀離子可直接通過(guò)ATP酶、間接通過(guò)負(fù)電位或偶聯(lián)作用等供能方式使其跨過(guò)根部細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，隨后被分配轉(zhuǎn)運(yùn)到其他組織器官或是儲(chǔ)存于液泡，這些過(guò)程中有同向轉(zhuǎn)運(yùn)也有逆向轉(zhuǎn)運(yùn)，離子載體對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)具有選擇能力，可同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)其中一種或幾種重金屬，完成糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田植物修復(fù)[7-8]。

2.3 化學(xué)沉降、物理沉降

使用化學(xué)沉降物進(jìn)行物理轉(zhuǎn)移，主要包括有機(jī)酸與硫醇等螯合劑，通過(guò)化學(xué)沉降物，促使鐵、鋅、鉀等營(yíng)養(yǎng)成分在植物體內(nèi)大量?jī)?chǔ)存。通過(guò)營(yíng)養(yǎng)成分的大量?jī)?chǔ)存迫使糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田植物中的重金屬進(jìn)行物理沉降，在土壤酸化發(fā)展過(guò)程中，提高土壤的鹽基飽和度，能顯著地提高土壤對(duì)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(guò)化學(xué)和物理相結(jié)合的手段減低植物體內(nèi)重金屬含量，達(dá)到糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田植物修復(fù)的目的。

2.4 轉(zhuǎn)移植物木質(zhì)部

木質(zhì)部管道分子是進(jìn)行水分運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?，而不同種類的植物具有不同的管道結(jié)構(gòu)。多數(shù)裸子植物和蕨類植物木質(zhì)部沒(méi)有導(dǎo)管，它們通過(guò)木質(zhì)部管胞進(jìn)行水分運(yùn)輸，而多數(shù)被子植物通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)行輸水。忍耐型或超累積植物體內(nèi)的重金屬成分主要集中在木質(zhì)部，但地上部轉(zhuǎn)移要求必須將木質(zhì)部重金屬含量轉(zhuǎn)移到忍耐型或超累積植物葉片中，完成遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)運(yùn)，實(shí)現(xiàn)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田植物修復(fù)的目的。

3 結(jié) 論

食品安全是最為關(guān)注的話題，理應(yīng)給予足夠的重視。本文通過(guò)對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染與植物修復(fù)的研究，提出四種糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田植物修復(fù)方法，希望可以提高相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染與植物修復(fù)問(wèn)題的關(guān)注度，為改善糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量以及糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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