我国南方重金属污染农田植物修复效率调控机理与应用研究

Widespread heavy metal contamination of farmlands in China poses great threat to health of the publics. Phytoextraction is the main tool to remove heavy metal from the farmland soil. Heavy metal accumulating plants which are easily grown and have high- biomass, are more feasible compared with many hyperaccumulators of low biomass and difficult cultivation. However, remediation efficiency using high- biomass accumulators are often low due to relatively low concentration of heavy metal in the plant. This project aims to find the ways to increase bioavailability and plant uptake demand of heavy metal, and finally to enhance phytoextraction efficiency. The project will study inactivation process of decomposable chelants, the effectiveness of various soil disinfections in prolongation of chelant remaining in soil. Legumes intercropping with accumulators will be used to activate heavy metal in the rhizosphere as a result of higher root exudates in intercropping system. Plant growth regulators (PGR) will be tested to increase plant uptake of heavy metal in terms of quantity and types of PGR. Fertilizers will be formulated to ensure acquirement of high biomass and avoid immobilization of heavy metals. Upon the above results, comprehensive test of two combined techniques will be implemented: PGR + fertilization + chelants and PGR + fertilization + legume intercropping. The project will finally provide efficient phytoremediation techniques for heavy metal contaminated farmlands, which are based on easily grown and high-biomass accumulators.

我国农田重金属污染严重，大生物量易栽培修复植物是成本低并适合我国国情的污染农田治理手段，但其体内重金属富集水平偏低而影响其修复效率。本项目将从提升土壤重金属有效性与促进植物重金属富集主动需求角度，研究大幅提高修复植物吸收土壤重金属的原理与方法。具体而言，将研究环保型重金属络合剂失活机理与调控途径，建立土壤消毒技术减缓络合剂降解方法；研究植物生长调节剂促进植物生长与提升重金属富集的效能，弄清其作用机理；利用豆科植物间作方法，提升根际分泌物产量与重金属活性；确立合理肥料类型与施用方法，实现修复植物获得大生物量并规避土壤重金属钝化。在此基础上综合试验并优化两项组合技术：“生长调节剂 + 肥料 + 络合剂”和“生长调节剂 + 肥料 + 豆科间作”，最终构建以大生物量易栽培修复植物为依托的重金属污染农田高效修复方案，为我国污染农田治理提供易于推广应用的方法手段。

本项目以华南地区重金属污染农田的植物修复为主题，比较研究不同修复植物的重金属富集效率及土壤性状的影响，深入研究肥料种类与施用方法、植物生长调节剂、土壤重金属络合剂、丛枝菌根以及间作修复植物等对重金属富集效率的影响，获得了重要结论，为污染农田植物修复实践提供了坚实的科学支撑。.在粤北地区，青葙与籽粒苋适于酸性污染土壤的修复，显著优于龙葵、商陆和伴矿景天，而伴矿景天则适于碱性土壤的修复，伴矿景天对镉富集系数可达200。在有效态镉极高的污染土壤上，籽粒苋生长不良，降低了其富集重金属效率，土壤肥力低导致的修复植物生长不良是植物修复的重要制约因素，合理施用有机肥可提高植物修复效率。.土壤施用磷酸二氢铵使土壤pH下降并提升了有效镉含量，从而提升了植物对镉的富集，而磷酸二氢钾与磷酸氢钙使土壤pH上升，并抑制的植物吸收镉。磷肥以磷酸二氢铵形态最有利于籽粒苋富集镉。叶面施磷结合植物生长调节剂胺鲜酯最大幅度提高生物量，胺鲜酯可以提升籽粒苋茎叶籽实中镉锌含量，叶面施磷+生长调节剂胺鲜酯使籽粒苋富集镉锌总量最大。.胺鲜酯能大幅提高修复植物生物量，土施络合剂EDDS则使修复植物生长不良。胺鲜酯，柠檬酸+胺鲜酯，柠檬酸+2,4D有利于提高修复植物茎叶镉浓度。土施EDDS、EDDS+DA-6、EDDS+2,4D均大幅提高植物对铅的吸收。胺鲜酯最有利于提高镉锌富集，EDDS则可以大幅提高植物对铅的富集，其中EDDS+DA-6效果最佳。.在南方污染农田上，丛枝菌根真菌对植物修复过程没有提升作用，而且对修复植物侵染率极低。将修复植物籽粒苋、青葙与巴西人参进行间作，籽粒苋与青葙间作使镉铅富集总量最高，原因在于间作促进了青葙的生长，并影响了土壤中重金属的有效性。.项目发表论文8篇，申报专利1项，获得广东省科技进步二等奖1项（已公示，粤科公示〔2021〕3号）。培养博士生2名，硕士生1名，博士后1名。完成了考核指标。