磷肥对砷污染土壤的植物修复效率的影响_田间实例研究_廖晓勇

Effect of application of P fertilizer on efficiency of As removal from Ascontaminated soil using phytoremediation: Field study
LIAO Xiaoyong, CHEN Tongbin* , XIE Hua, XIAO Xiyuan (Laboratory of Environmental Remediation, Institute of Geo-
第 24 卷第 3 期 2004 年 5 月
环境科学学报 ACTA SCIENT IAE CIRCUMSTANTIAE
文章编号: 0253-2468( 2004) 03-0455-08
中图分类号: X523
文献标识码: A
Vol. 24, No. 3 May, 2004
磷肥对砷污染土壤的植物修复效率的影响: 田 间实例研究
to maintain a balance of available As between before transplanting and after harvest. Application of P fertilizer is necessary for phytoremediation using As- hyperaccumulator; and optimized P application could significantly enhance the efficiency of As removal from contaminated soils. Keywords: phytoremediation; Pteris vittata L. ; arsenic; P fertilization; efficiency of removal
graphical Sciences and Natural Resource Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101) Abstract: Phytoremediation is a promising new technology that using hyperaccumulating plants to remove heavy metals. A field experiment was
应用砷超富集植物修复砷污染土壤必须考虑的一个关键因素就是磷. 磷作为植物必需的 大量营养元素之一, 植物的快速生长发育都是离不开磷肥的施用. 另外, 前人研究已表明, 磷、 砷的化学性质类似, 磷、砷在植物吸收转运过程中往往表现出拮抗效应, 田间施磷对蜈蚣草的 生物效应和砷吸收影响还没有报道. 磷是否会在促进作物生长的同时而抑制砷的吸收, 降低植 物修复效率? 到目前为止, 尚无人通过田间实验证明, 施用磷肥是否会因为拮抗作用而降低砷 超富集植物的吸收, 从而导致其植物修复效率的下降. 为探索和检验蜈蚣草修复砷污染土壤的 可行性, 我们课题组建立世界上第一个砷污染土壤的植物修复示范工程. 本文旨在通过田间试 验研究施用磷肥对蜈蚣草的生长和砷吸收的影响, 初步探索磷砷在土壤- 砷超富集植物体系 中的迁移和运转规律.
廖晓勇, 陈同斌* , 谢
100101)
百度文库华, 肖细元
( 中国 科学 院地理 科学 与资 源研 究所环 境修 复室, 北京
摘要: 通过田间试验研究施用磷肥对砷超富集植物蜈蚣草( Pt eris vittata L. ) 生长和砷污染土壤修复效率的影响. 结果表明, 适 量施用磷肥促进蜈蚣草的生长, 显著提高其生物量, 但过量施用 磷肥对植物产 量无贡献. 随着磷 肥施用量的 增加, 蜈蚣草 地 上部砷含量呈先增加后减少的趋势, 理论上在施磷量为 340 kg#hm- 2时, 砷含量可达最高( 1622 mg#kg- 1 ) . 磷的含量与施 磷量 呈极显著的正相关关系. 施磷量为 200 kg#hm- 2 的砷累积量最高, 是不施磷处理砷累积量的 21 4 倍及 600 kg#hm- 2 施磷量 砷累 积量的 11 2 倍. 种植 蜈 蚣草 7 个 月后, 土壤 总砷 均 有不 同程 度的 下降, 施 磷量 为 200 kg# hm- 2 的 土壤 中 砷含 量 下降 51 0 mg#kg- 1, 土壤修复效率最高( 7184% ) . 对照和 600 kg#hm- 2施磷量处理的土壤修复效率 分别为 21 31% 和 61 63% . 理论上 达到 最大土壤修复效率所需施磷量为 369 kg#hm- 2 . 施用磷肥可以维持土壤有效态砷含量在蜈蚣草种植前 后变化不大, 保证 蜈蚣 草下个生育期对砷的吸收. 这些结果说明施用磷肥是蜈蚣草等 砷超富集植物在 现场修复中的 必要手段, 优化施 磷技术可 大 大提高砷污染土壤的修复效率. 关键词: 植物修复; 蜈蚣草; 砷; 磷肥; 修复效率
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环境科学学报
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土壤中累积过量砷会导致作物减产, 污染水体和大气, 同时危害人体健康. 土壤中砷来源 有两大类: 一是自然来源, 通过岩石风化或火山爆发等途径进入环境; 二是由于人类活动引起 的, 如冶炼、采矿、烧煤、木材防腐剂和杀虫剂的施用等. 全球大约有数万个砷污染点, 最高土壤 砷含量可达 26500 mg#kg- 1 [ 1] . 孟加拉和印度两国有将近 1 亿人生活在砷污染区域, 大面积的农 田土壤因高砷水灌溉遭到污染, 粮食作物中砷超标问题严重[ 2~ 4] . 在中国因土法采矿和私营企 业炼砷造成小范围砷污染土壤问题相当突出, 在某些采矿点附近土壤砷含量可高达 28522 mg# kg- 1 [ 5] , 还可引起周围水体和植物污染[ 6] , 这对当地居民的身体健康和生活带来严重的危害. 解决砷污染问题是迫在眉睫, 但由于农田砷污染往往范围大, 面积较广[ 7] , 应用传统的土壤修 复技术治理这类型土壤或者成本太高或者技术难度大.
收稿日期: 2003-06-20; 修订日期: 2003-10-15 基金项目: 国家高技术研究发展计划( 课题号: 2001AA 645010) ; 国家自然科学基金重点项目( 批 准号: 4023022) ; 面上 项目
( 批准号: 40071075) ; 国家重大基础研究前期专项( 项目编号: 2002CCA03800) 作者简介: 廖晓勇( 1977) ) , 男, 博士生; * 通讯联系人: chentb@ igsnrr. ac. cn
conducted to study the effect of P fertilizer on growth of and As accumulation in Pteris vittata L. , an As-hyperaccumulator. Yields of P . vittata were enhanced with increasing P addition, however there was no further increase when rate of P addition was more than 200 kg#hm- 2 . Application of P fertilizer could enhance As concentration, and As concentration in the aboveground of P . v ittata was depressed because of excessive P addition. Theoretically, As concentration of plant reaches a maximum of 1622 mg#kg- 1 when rate of P addit ion is 340 kg#hm- 2 . There was a significantly positive relationship between rates of P addition and P concentrations in the aboveground. Plant treated with 200 kg ( P) #hm- 2 , accumulated 3174 kg( As) #hm- 2 in its aboveground part, which was 214 t imes more than the control and 112 t imes more than that in plant treated with 600 kg ( P)#hm- 21 After 7 months of the experiment, soil As concentrations were significantly reduced in all treatments at harvest compared to those before transplanting. When rate of P addition was 200 kg#hm- 2 , efficiency of As removal was the highest ( 71 84% ) , while efficiencies of As removal at control and 600 kg#hm- 2 treatments were 2131% and 61 63% , respectively. The highest eff-i ciency of As removal in theory could be achieved at 369 kg#hm- 2 P addition. Moreover, the results also showed that P application was helpful
1 材料与方法
111 试验区概况 试验区位于湖南省郴州市, 东经 113b02c北纬 25b48c, 海拔 185 m, 属亚热带季风湿润气候,
年平均气温( 1996 ) 2002) 1910 e , 月平均最高气温为 3217 e ( 7 月) , 月平均最低气温为 511 e ( 12 月) . 年平均累积降雨量 1696 mm( 1996 ) 2002) . 1999 年以前试验田为稻稻耕作制. 因附近 砷制品厂废水废渣排放等原因导致土壤砷污染, 于 2000 年弃耕荒芜. 供试土壤为普通简育水 耕人为土( Typ-Hap-Stagnic Anthrosols) . 2002 年 4 月翻耕后, 开始移栽蜈蚣草. 种植蜈蚣草间距 为 40 cm @ 40 cm. 供试 土壤的 基本理 化性 质为: 全氮 0198 g #kg- 1, 全磷 0151 g #kg- 1, 全钾 9165 g#kg- 1 , pH, 810( 水提取) , 有机质 1814 g#kg- 1 .
植物修复技术是一种以/ 植物0为核心的绿色修复技术. 国内外对植物修复技术非常关注, 并已成功应用在修复 Pb、Zn、Cd 等重金属污染土壤[ 8~ 11] . 施肥是农业生产中最常见的增产措 施之一, 但迄今为止, 对如何通过施肥措施来提高植物修复效率却罕见报道. 虽然施肥可促进 植物生长, 提高植物生物量, 但与此同时, 由于/ 相对稀释0效应的影响, 植物体内重金属含量也 许会下降, 从而导致地上部累积的重金属未必一定增加, 因此施肥是否能提高植物修复效率仍 是一个有待研究的问题.
蜈蚣草( Pteris vittata L. ) 是陈同斌等[12] 和 Ma[ 13] 等独立发现的第一种砷超富集植物. 它有 非常强的耐砷和富集砷能力, 吸收的砷可很快地转移到地上部, 羽片含砷量是普通植物的数万 倍, 可超过普通植物的含磷量. 由于其生长速度快, 生物量大, 地理分布广, 适应性强, 因此被认 为在修复砷污染土壤方面具有广泛的应用前景. 但我国乃至全世界都没有植物修复砷污染土 壤的成功范例.