磷肥对再生水灌溉土壤重金属迁移转化的影响及调控机制

The impact of heavy metals on the food safety and soil ecological safety under the effect of treated municipal wastewater becomes one of hot topics of the safe use of reclaimed wastewater in agriculture. Phosphate fertilizer has a significant impact on transfers and transformations of Cu and Cd irrigated with reclaimed wastewater, but the mechanism has yet to be completely defined and there is a need for further study on the regulatory mechanism. Our previous research had suggested that different phosphate fertilizers affect the Cu and Cd concentrations in ryegrass significantly under the effect of treated municipal wastewater, but the exact mechanisms are still unclear. Micro field plot experiment and soil column will be used to study the effect of different phosphate fertilizer on transfers and transformations of Cu and Cd, physiological activities and quality of eggplant. The change of rhizosphere Eh, pH, content of soil organic matters, microbial community, root morphology and the heavy metals vertical transport characteristics will be studied, in order to expound the regulatory mechanism of phosphate fertilizer effect on transfers and transformations of heavy metals irrigated with reclaimed wastewater. This study will provide a solid new theoretical foundation for the safe use of reclaimed wastewater in agriculture and the eco-environmental protection.

再生水灌溉重金属对食品和土壤生态安全的影响已成为研究热点。施用不同磷肥会影响再生水灌溉重金属Cu、Cd在土壤中的迁移转化，但其机理尚未明确。不同磷肥对再生水灌溉土壤重金属迁移转化的影响及调控机制有待于进一步深入研究。申请者前期研究已发现施用不同磷肥再生水灌溉黑麦草对重金属Cu、Cd吸收有显著差异，但其机制尚不清楚。本研究将利用大田微区试验与土柱试验相结合的研究方法，以茄子为研究对象，重点研究不同磷肥对再生水灌溉重金属Cu、Cd迁移转化、植物生理响应过程和茄子品质的影响，通过对根际土壤Eh、pH、有机质含量、微生物群落、根系形态等指标的变异特征以及磷肥对再生水灌溉重金属在土壤剖面垂直运移特性影响的探索，阐明再生水灌溉重金属迁移转化对不同磷肥的响应机理及差异性，进而从理论上阐明施用磷肥对再生水灌溉土壤重金属迁移转化的调控机制。该研究将为农业再生水安全利用及生态环境保护提供新的理论基础。

再生水灌溉重金属对食品和土壤生态安全的影响已成为研究热点。施用不同磷肥会影响再生水灌溉重金属Cu、Cd在土壤中的迁移转化，但其机理尚未明确。利用盆栽和田间小区试验相结合的研究方法，围绕磷肥对再生水灌溉土壤重金属迁移转化的影响及调控机制进行了初步研究。研究结果表明：再生水灌溉下小白菜生物量及Cd含量、土壤有效态Cd含量、土壤pH和微生物数量在不同类型土壤之间差异显著。再生水灌溉显著降低土壤pH、增加土壤有机质含量会对土壤重金属的活性有一定的影响。磷肥适量施用能减少再生水灌溉下小白菜对重金属Cd的吸收，有利于保障食品安全。和磷酸二铵、过磷酸钙相比，钙镁磷肥对促进茄子生长、提高产量和品质的效果较为明显，不同磷肥处理间产量大小顺序为钙镁磷肥>磷酸二铵>过磷酸钙。再生水灌溉对3种施肥方式下茄果卫生保健品质影响均不明显。施用钙镁磷肥能提高茄子产量和品质，再生水灌溉能增加茄子产量，茄果中矿物元素的质量浓度也有增加趋势或显著增加，但可溶性蛋白、VC、可溶性糖质量浓度有所降低，而硝酸盐、黄酮、芦丁质量浓度变化不明显。再生水灌溉下，施用钙镁磷肥和过磷酸钙均能显著降低茄子根、茎叶、果实Cu、Zn、Cd的含量，其中又以钙镁磷肥处理下茄子重金属含量降低幅度最大，且该处理下土壤有效态重金属含量降低显著。另外，研究还发现再生水灌溉可在一定程度上提高土壤酶（脲酶和过氧化氢酶）活性及土壤氮素含量。在低氮水平下，再生水灌溉对土壤真菌起促进作用；在高氮水平下，再生水灌溉促进土壤氨化细菌增长，抑制土壤真菌生长。在低氮水平下，再生水灌溉和清水灌溉土壤氨化细菌无明显差异。相同施氮水平下，再生水处理土壤呼吸、土壤温度、土壤含水量均高于清水处理，因此，再生水灌溉更有利于土壤水分的保持和生物活性的提高。从理论上阐明了施用磷肥对再生水灌溉土壤重金属迁移转化的调控机制，该研究将为农业再生水安全利用及生态环境保护提供新的理论基础。