间作方式下土壤重金属污染修复植物的水肥利用机制研究-以赣南原中央苏区为例

Phytoremediation of soil heavy metal pollution with high safety, adaptability and the advantages of the recyclable, but the specificity of different plant heavy metal enrichment, makes monoculture repair efficiency of plants is low, a number of phytoremediation will become the important way,such as intercropping.The phytoremediation of currently used irrigation and fertilizer supply ways can lead to problems such as heavy metal pollution diffusion and irrigation and fertilizer efficiency is low. At present, irrigation and fertilization supply system for the regulation of phytoremediation effect is limited,irrigation and fertilization become important factor of phytoremediation effect of soil composite heavy metal pollution. Based on the plant heavy metal enrichment characteristics and physiological mechanism,this subject in intercropping ways to explore mechanism of soil heavy metal pollution repair plant of water and fertilization use:(1)for control of heavy metal migration and improve the effectiveness of water and fertilization innovation the integration of water and fertilization root zone irrigation methods;(2) and introduce root zone alternate irrigation system to cut the restriction absorption of root nutrient and heavy metals, and promote plant root penetration and enhance the capacity of intercropping composite absorption of heavy metals;(3) set differentiation treatment concentration of water and fertilizer solution alternating supply system in plant birth middle and later period, coordinate the physiological metabolism and transport characteristics of heavy metals to promote intercropping plant heavy metal accumulation.Thus illustrating the integration of water and fertilization root zone irrigation regulating effect on intercropping phytoremediation features, for a number of phytoremediation of soil heavy metal pollution of water and fertilizer regulation provides the basis.

土壤重金属污染植物修复具有安全性、适应性和可回收等优势，但植物重金属富集的专一性，使得土壤复合重金属污染的单作修复效率偏低，而多植物配置成为重要修复途径。目前水肥供应方式易导致重金属扩散和水肥有效性下降，而现有水肥供应制度对多植物修复的调节作用有限，灌溉与施肥成为影响土壤复合重金属污染植物修复的重要因素。基于植物重金属富集特性与生理代谢机理，本项目以间作方式探索土壤重金属污染修复植物的水肥利用机制：①创新设计水肥一体分根区灌溉方式，控制重金属污染扩散和提高水肥有效性；②在生育前期实行分根区交替灌溉，促进间作植物根系渗透且消减根系养分与重金属吸收的制约影响，进而提高复合重金属吸收效率；③在生育中后期设置分根区的水肥溶液浓度差异化处理，协调间作植物的生理代谢与转运特性，促进植物地上部重金属累积。从而阐明水肥一体分根区灌溉对植物间作修复特性的调节作用，为土壤重金属污染修复植物的水肥调控提供依据。

针对土壤重金属植物修复具有安全环保等优势，但目前土壤重金属污染植物修复效率偏低的问题仍比较突出，通过水肥调控富集植物生理特性成为重要途径，但植物水肥调控措施中存在土壤重金属扩散和养分深层渗漏的问题，且水肥调控下富集植物生理机理及促进机制尚需进一步研究。因此本研究通过以下几个方面提升富集植物性能：（1）交替隔沟灌溉相比常规沟灌的土壤氮素和镉的迁移量显著降低，另外生物炭与肥料混施可通过微孔储存提高土壤养分含量且通过吸附降低重金属扩散。在交替隔沟灌溉与炭肥混施互作下土壤养分含量得到有效提升且控制了重金属扩散，因此可作为重金属污染土壤环境调节的重要方式。（2）炭肥混施下土壤养分缓释特征及富集植物重金属累积趋势，以印度芥菜的镉富集为例，炭肥混施（生物炭与氮肥质量比：3%、6%）相比未施炭处理则土壤养分含量提高17.38%~40.93%，生物量增长119.65%~263.36%，镉含量、富集系数提升97.79%-201.96%。炭肥混施通过消减根部重金属胁迫以及提供土壤养分有效性为富集植物能力提升奠定基础；（3）水肥一体分区灌溉对富集植物生理及重金属高效累积的影响，在灌水频率与追肥频率组合处理下，全生育期灌水频率（灌水定额0.15m）增加由3次增加到5次则芥菜叶片的超氧化歧化酶活性、脯氨酸而增长，丙二醛呈下降趋势。生物量、镉质量比、镉富集系数、镉累积总量提高13.44%~168.75%；在追肥频率（肥液浓度：0.26kg/m3，灌水量：0.09m）下4次比1次的分别增长22.55%~213.51%。通过水肥一体分区灌溉下富集植物根部水分养分的双重亏缺锻炼，实现富集植物重金属累积的水肥双重高效调控；（4）利用水肥一体分区灌溉诱导富集植物间作下重金属高效累积，以芥菜与苋菜间作为例，研究表明在中、高处理下地上部生物量、地上部与根部的重金属含量和富集系数随肥液浓度增加而提高，在中、高肥液浓度处理下生物量、根部重金属含量和富集系数随灌水量增加而提升。通过水肥一体分区灌溉可提升富集植物间作的修复能力，为重金属复合污染土壤高效修复提供技术支持。