粮食主产区农田土壤重金属污染与植物修复研究

周艺颖

[摘要]我国重金属污染排放量一直居高不下，为确保食品安全，必须从食物链底端问题入手，解决农作物中重金属超标的问题。本文通过研究粮食主产区农田土壤重金属污染与植物修复问题，确定重金属污染土壤的养分含量以及肥力状况。利用提取与酸化植物根部，酸化土壤环境提取重金属;以植物根部作为载体转运重金属离子;使用化学沉降物进行物理转移以及转移植物木质部完成地上部转移四种方式对粮食主产区农田植物进行修复，致力于保护粮食主产区农田土壤环境以及农业的可持续发展。

[关键词]粮食主产区;农田土壤;重金属污染;植物修复

中图分类号：X825 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202003

重金属原意是指密度大于4.5g/cm3的金属，是一种较难通过自然环境降解的物质，常见的重金属包括金、银、铜、铁、汞、铅、镉等[1]。粮食主产区农田土壤如果遭受重金属污染，将对人体产生非常大的伤害。土壤中含有的高浓度重金属物质，会随着农作物的生长进入植株内，作为人们主食的小麦、水稻、玉米中一旦含有重金属，将会通过饮食带入人体内部，对人体造成严重影响[2]。植物修复是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的理论为基础，利用植物及其共存微生物体系清除环境中污染物的一门环境治理技术[3]。本文针对现行粮食主产区农田土壤重金属污染与植物修复展开研究，致力于将粮食主产区农田土壤重金属污染对植物的影响降至最小。

1 粮食主产区农田土壤重金属污染的评定

粮食主产区农田土壤或多或少都会有不同程度的农田土壤重金属污染问题，而土壤的养分含量和肥力状况是对粮食主产区农田土壤进行重金属污染测定的重要指标。

1.1 重金属污染土壤养分含量测定

本文以植物生长所必需的营养元素铁、锌、钾为例，对重金属污染土壤养分含量进行测定。首先在粮食主产区设定3个采样点，通过碱解扩散法测定土壤中铁、锌、钾养分含量。土壤养分平均含量如表1所示。

在表1的基础上，对粮食主产区设定的3个采样点进行重金属污染，然后重新测定重金属污染土壤养分含量。重金属污染土壤养分平均含量如表2所示。

由表2可知，遭受重金属污染的粮食主产区农田土壤与正常土壤最主要的区别在于土壤有机质和pH值的变化[4]。重金属污染土壤中的pH值及有机质会明显降低，但重金属污染土壤中的铁、锌、钾与pH值及有机质间没有显著的相关性。由此可见，调节土壤中的pH值及有机质并不会对重金属污染土壤养分含量产生明显的影响。

1.2 重金属污染土壤肥力状况评价

对于重金属污染土壤肥力状况的评价采用模糊综合评价法，根据重金属污染土壤养分丰缺程度，判断3个采样点土壤质量状况[5-6]。设重金属污染土壤肥力评价因子集合为有机质、pH值、碱解、速效以及丰缺程度。将重金属污染土壤肥力评价因子归一化处理，重金属污染土壤肥力评价因子的权重如表3所示。

由表3可知，粮食主产区农田土壤重金属污染会造成土壤肥力的流失，基本上都存在不同程度的营养不良状况。尤其区域2在遭受重金属污染后丰缺程度极贫乏，可以通过施加肥料的方式补充土壤肥力。

2 粮食主产区农田植物修复的方法

2.1 提取与酸化植物根部

对粮食主产区进行农田植物修复，必须重视忍耐型或超累积植物的能动性。由于忍耐型或超累积植物具有根系发达的特点，能够主动向重金属污染区伸展，通过植物根部根毛直接接触重金属污染土壤颗粒，有效渗透进而提取重金属。忍耐型或超累积植物根系可以耐受高浓度重金属毒害，利用分泌物酸化重金属污染土壤环境提取重金属，从而促进粮食主产区农田植物修复。

2.2 转运离子载体

钾离子是植物生命活动中必需的大量元素之一，参与植物的多种代谢活动。因此，利用忍耐型或超累积植物根部作为载体转运重金属离子，即使是短程转运也需要很多内在的忍耐型或超累积植物载体。大多数重金属离子可以通过离子载体进入忍耐型或超累积植物根部细胞，这些转运铁、锌、钾等营养成分的离子载体也可同时转运镍、锰、镉、汞、钨、钼等重金属离子。钾离子可直接通过ATP酶、间接通过负电位或偶联作用等供能方式使其跨过根部细胞的细胞质膜进入细胞内，随后被分配转运到其他组织器官或是储存于液泡，这些过程中有同向转运也有逆向转运，离子载体对重金属的转运具有选择能力，可同时转运其中一种或几种重金属，完成粮食主产区农田植物修复[7-8]。

2.3 化学沉降、物理沉降

使用化学沉降物进行物理转移，主要包括有机酸与硫醇等螯合剂，通过化学沉降物，促使铁、锌、钾等营养成分在植物体内大量储存。通过营养成分的大量储存迫使粮食主产区农田植物中的重金属进行物理沉降，在土壤酸化发展过程中，提高土壤的盐基饱和度，能显著地提高土壤对酸的缓冲能力，从而减轻土壤酸化程度、降低土壤矿物的分解速度，通过化学和物理相结合的手段减低植物体内重金属含量，达到粮食主产区农田植物修复的目的。

2.4 转移植物木质部

木质部管道分子是进行水分运输的主要通道，而不同种类的植物具有不同的管道结构。多数裸子植物和蕨类植物木质部没有导管，它们通过木质部管胞进行水分运输，而多数被子植物通过导管进行输水。忍耐型或超累积植物体内的重金属成分主要集中在木质部，但地上部转移要求必须将木质部重金属含量转移到忍耐型或超累积植物叶片中，完成远程转运，实现粮食主产区农田植物修复的目的。

3 结 论

食品安全是最为关注的话题，理应给予足够的重视。本文通过对粮食主产区农田土壤重金属污染与植物修復的研究，提出四种粮食主产区农田植物修复方法，希望可以提高相关领域学者对粮食主产区农田土壤重金属污染与植物修复问题的关注度，为改善粮食主产区农田土壤环境质量以及粮食主产区农田可持续发展贡献力量。

参考文献

[1] 周显勇，刘鸿雁，刘艳萍，等.植物修复重金属和抗生素复合污染土壤微生物数量和酶活性的变化[J].农业环境科学学报，2019，38（6）：1248-1255.

[2] 卢晋晶，郜春花，武雪萍，等.植物-微生物联合修复技术在Cd污染土壤中的研究进展[J].山西农业科学，2019，47 （6）：1115-1120.

[3] 陈晴空.铬污染土壤化学—植物联合修复技术研究[D].重庆： 重庆大学，2008.

[4] 古添源，余黄，曾伟民，等.功能内生菌强化超积累植物修复重金属污染土壤的研究进展[J].生命科学，2018，30 （11）： 1228-1235.

[5] 金裕华，邹涛，康薇，等.木本植物修复对重金属污染土壤微生物多样性及土壤肥力的影响[J].湖北理工学院学报，2018， 34（6）：15-19.

[6] 仝瑞建，刘雪琴，王颖.农田土壤重金属污染及防治研究进展[J].广东农业科学，2010，37（9）：208-210+223.

[7] 陈学永，张爱华.土壤重金属污染及防治方法研究综述[J].污染防治技术，2013，26（3）：41-44.

[8] 张松.土壤重金属污染的危害以及防治措施[J].世界有色金属， 2018（18）：285-286.