短毛蓼与作物间种对锰污染土壤的修复效应及根际机理研究

There is a large area of manganese mine wasteland in China especially Guangxi, which is heavily polluted by heavy metals. In some region, the reclamation for agricultrual production was carried out for reducing the pressure of the gradully decreasing cultivated land resources. So, actively exploring effective repair method and scientifically carrying out reclamation is particularly necessary and urgent. This project is based on the characteristics of "remediating the manganese polluted soil effectively and obtaining certain economic benefits". The Mn hyperaccumulator - Polygonum pubescens and high-yielding crops (such as Zea Mays and sugarcane) will be interplanted in pots to research repair effects of the plants on Mn-polluted soil. And the effects of adding chelating agent or fertilizer on the intercropping system will be explored. When the suitable intercropping combination and strengthening measures are proved, utilization ways of the harvested crops will be discussed based on pollution evaluation. Futhermore, interaction mechanisms of Polygonum pubescens and crops will be investigated from root exudates and chemical characteristics of the rhizosphere. This research can provide scientific guidance for phytoremediation and reasonable reclamation of Mn-polluted soils. The interaction mechanisms of Polygonum pubescens and crops which will be obtained from this research have certain academic values for enriching phytoremediation theory，some of which may be hopeful to be innovative theoretical results with independent intellectual property.

中国特别是广西存在大面积锰矿废弃地，土壤污染严重，部分地区迫于耕地资源不断减少的压力而开展农业复垦缺乏科学指导，积极探索有效修复锰污染土壤的方法、在科学的指导下进行复垦变得尤为必要和紧迫。本项目立足"既能有效修复锰污染土壤又可获取经济收益"的特色，采用锰超富集植物与作物间种的方法，通过盆栽试验研究短毛蓼（Polygonum pubescens）和高产作物（如玉米、甘蔗）间种对锰污染土壤的修复效应以及添加螯合剂、肥料对间作体系的影响，探明适宜的间作组合和调控措施，在污染评价的基础上探讨作物的可利用方式；此外，主要从根际化学特征和根系分泌物两方面深入探究短毛蓼与作物间种根际互作机理。本研究可为锰污染土壤植物修复和合理复垦提供科学指导；对短毛蓼与作物互作机理的研究不仅可以丰富重金属污染环境植物修复理论，也有望获得具有自主知识产权的创新理论成果。

广西锰矿的开采规模与强度居全国之首，矿区土壤重金属污染严重，不少矿区在复垦中种植食用农作物的现象较为普遍，但基本都未经科学研究指导，具有潜在的健康风险，积极探索有效的重金属污染土壤修复方法对于以有色金属为支柱产业的广西来说显得尤为紧迫和必要。本项目研究工作包括：对广西典型几个锰矿区的恢复区和尾矿区的土壤理化性质和重金属含量进行了系统分析；通过盆栽试验，研究了锰超富集植物短毛蓼与作物间作对锰恢复区土壤和锰尾矿区土壤的修复效应，研究了添加螯合剂对间作体系吸收重金属Mn和Cd的影响，确定了适宜的间作组合和化学调控措施，探究了植物根系分泌物中的有机酸种类及根系分泌物对土壤重金属的活化作用。研究结果表明，短毛蓼与玉米间作能够促进短毛蓼对重金属Mn和Cd的吸收，降低玉米籽粒对重金属的富集，这为对锰矿区受污染土壤开展修复提供了一种较好的植物修复组合，作物果实可以考虑用于生产生物能源；适量地添加EDTA（5mmol/kg）能够促进短毛蓼对重金属的吸收，同时不影响植物的生长。这为指导锰矿区废弃地开展恢复利用提供了科学思路。通过对根系分泌物的初步研究发现，短毛蓼单作时根系分泌物中的有机酸主要有草酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸和乳酸，与玉米间作时短毛蓼根系分泌物多检出了乙酸，并且草酸含量大量增加；根系分泌物对土壤重金属有较强的活化作用，短毛蓼对Mn、Cd的活化作用比玉米强，间作的根系分泌物比单作的活化能力强，这为深入探究短毛蓼与玉米的互作机理指明了方向。