氮肥协同EDDS对三叶鬼针草修复镉污染土壤的影响

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根据2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示,我国土壤重金属污染中镉(Cd)污染点超标率达到7%。2016年5月28日,国务院颁布了《土壤污染防治行动计划》,建议重点对五种重金属元素进行监测,其中Cd被列在第一位。最新发布的《中国生态环境状况公报》显示,重金属是农用地土壤环境的主要污染物,Cd仍然是最主要的污染物。显而易见,我国土壤Cd污染问题已迫在眉睫,必须得到有效修复。三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)作为一年生草本植物,具有对不利环境的耐受性更强、生长速度更快、生物量更大的特点,对重金属污染耐受性强,修复潜力大。氮肥是农业生产中使用最广泛的肥料。我国农业生产中广泛使用各种形式的氮肥,如硝态氮、铵态氮和酰胺态氮。当大量氮肥施入土壤时,会影响土壤的理化性质和植物的生理特性,进而影响重金属的迁移和生物有效性,这些影响对植物吸收Cd具有重要意义。乙二胺二琥珀酸(EDDS)作为乙二胺四乙酸(EDTA)的结构异构体,不仅具有较强的螯合能力,能与过渡金属和放射性核素等形成稳定的螯合物,而且毒性较低。EDDS可在5-8 d内完全降解,且降解产物是无害的,对土壤微生物影响也较小。本研究通过室内盆栽试验,研究了15 mg·kg-1Cd(Cd Cl2·2.5H2O)胁迫下,硝态氮(硝酸钙)、铵态氮(硫酸铵)、酰胺态氮(尿素)三种氮肥在不同浓度(25、50、75 mg N·kg-1)下与1mmol·L-1EDDS联合施加对三叶鬼针草幼苗修复Cd污染土壤的影响,以期为氮肥协同EDDS强化植物修复技术应用于Cd污染土壤的修复提供科学依据。结果表明:(1)在15 mg·kg-1Cd胁迫下,三叶鬼针草可以正常生长,单独施加EDDS后,三叶鬼针草的生物量增加。氮肥与EDDS联合作用能进一步促进三叶鬼针草生物量的增加,在Cd+EDDS+75 mg N·kg-1硝态氮处理时,三叶鬼针草生物量达到最大值。不同的联合处理能影响三叶鬼针草对土壤中Cd的吸收量,三叶鬼针草地下部分Cd积累量大于地上部分Cd积累量。在Cd+EDDS+25 mg N·kg-1硝态氮处理时,三叶鬼针草转运系数达到最大值。在Cd+EDDS+50 mg N·kg-1硝态氮处理时,三叶鬼针草地上、地下部分Cd含量以及富集系数达到最大值。表明在Cd+EDDS+50 mg N·kg-1硝态氮处理时,能有效促进三叶鬼针草的生长,增强对土壤Cd的吸收,对土壤Cd污染修复效果最好。(2)在15 mg·kg-1Cd胁迫下,三叶鬼针草叶片膜脂过氧化程度提高,细胞膜受到的损伤严重;经EDDS单独作用后,缓解了三叶鬼针草膜脂过氧化过程。氮肥与EDDS联合作用进一步缓解三叶鬼针草膜脂过氧化损伤,降低活性氧代谢。总体上看,抗氧化酶活性和抗氧化剂含量随着氮肥浓度的升高呈先升高后下降的趋势。表明适宜浓度和形态的氮肥与EDDS联合作用可以促进抗氧化剂的生成,提升抗氧化酶活性,减缓膜脂过氧化,降低活性氧代谢,从而增强三叶鬼针草对Cd毒害的抗性。(3)氮肥与EDDS联合作用修复Cd污染土壤,使土壤p H下降,土壤电导率上升,土壤全氮量显著上升,土壤过氧化氢酶和脲酶活性较原土得到显著提升。经EDDS单独作用后,土壤Cd含量下降。在Cd+EDDS+50 mg N·kg-1硝态氮处理时,土壤Cd含量最低,Cd去除率达到12.44%,处理效果最好。单施EDDS处理后,残渣态(F5)、有机物结合态(F4)、碳酸盐结合态(F2)、可交换态(F1)含量下降,铁锰氧化物结合态(F3)含量上升。在Cd+EDDS+75 mg N·kg-1硝态氮处理时,F1、F2占比最大。表明氮肥与EDDS联合作用能有效改善土壤理化性质,增强土壤酶活性,增加土壤有效态Cd含量。在Cd+EDDS+50 mg N·kg-1硝态氮处理时,对土壤Cd污染修复效果最好。综上所述,氮肥协同EDDS能促进三叶鬼针草的生长发育,吸收土壤Cd的能力得到增强,能促进抗氧化剂的生成,提升抗氧化酶活性,缓解膜脂过氧化损伤,降低活性氧代谢,三叶鬼针草对Cd毒害的抗性得到增强,能有效改善土壤理化性质,增强土壤酶活性,增加土壤有效态Cd含量。在Cd+EDDS+50 mg N·kg-1硝态氮处理时,三叶鬼针草对土壤Cd污染修复效果最好。
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