半干旱污灌区温室种植方式对蔬菜重金属吸收的影响及其调控机制

The soil quality and crop quality in farmlands are critical to the public health. As the first-listed city among the 30 nationally funded cities for soil heavy metal remediation, Baiyin city in Gansu Province has a long history of wastewater irrigation and supplies severely polluted vegetable crops that are likely to affect human health. Recently, we have found that greenhouse cultivation mitigated metal-ingestion-associated health risks from vegetables in this area; however, the dominating influencing factors and their mechanism were not clear. The project aims to: 1) explore the effects of soil physical and chemical properties, atmospheric heavy metal deposition, vegetable growth cycle, and temperature on heavy metal accumulation in vegetables; 2) clarify regulation of heavy metal migration, transformation, absorption and accumulation in the atmosphere-vegetable-soil system, 3) obtain practical, reasonable and effective farming and management methods to guide the law of vegetable production. The outcome of this project will enhance the mechanistic understanding of the effects of different environmental factors on the heavy metal uptake of vegetables in representative semi-arid wastewater-irrigated areas and guide farmland practice and management to improve vegetable quality and reduce human health risks.

农田土壤的环境质量和农作物的食用安全是国民健康的保障。甘肃省白银市是全国30个地市重点重金属污染区域之一，长期的污水灌溉使得蔬菜作物重金属累积含量超标，严重影响人体健康。申请者在已有的研究中发现温室种植具有减轻蔬菜中重金属摄入风险的作用，但对主要的影响因子及其调控机制尚未清楚。本项目将通过一系列的严格控制实验以期实现以下目标：1）探究土壤理化性质、大气重金属沉降、蔬菜生长周期、温度对蔬菜重金属吸收的影响；2）阐明重金属在大气-蔬菜-土壤系统的迁移、转化、吸收和累积规律；3）得出切实可行、合理有效的耕作和管理方式，指导蔬菜生产。本项目的研究结果将增进对半干旱典型污灌区内不同环境因素对蔬菜重金属吸收的影响的理论认识，创新农田耕作和管理方式，提高蔬菜品质，降低人体健康风险。

农田土壤的环境质量和农作物的食用安全是国民健康的保障。甘肃省白银市长期的污灌史使得蔬菜作物重金属累积含量超标，严重影响人体健康。明确典型污灌区土壤及蔬菜重金属的污染现状及污染机制对农田土壤重金属污染防治起着重要作用。前期研究发现温室种植可以减轻蔬菜中重金属摄入风险，但对主要影响因子以及调控机制尚未清楚。本项目通过一系列严格的控制实验，得出：（1）温室与大田种植方式下土壤理化性质和蔬菜生长时间对土壤-蔬菜系统中重金属累积量及形态的潜在影响。研究表明重金属在残留物中所占比例均在50%以上，但重金属在生物可利用物中所占比例及其毒性所带来的环境风险不容忽视；且以胡萝卜为例，揭示了通过短期种植方式的改变可以减少受污染农田蔬菜中重金属风险的可能性。（2）灌溉方式对蔬菜中重金属吸收的影响。以农田土壤-蔬菜体系为研究对象，揭示了优化的灌溉方式和蔬菜品种的选择，可能是减少蔬菜重金属污染的一种很好的组合方法，有望实现可持续农业发展，确保受污染地区的粮食安全。（3）水体溶解性有机质及其与水体中溶解态重金属的关系的相关研究，综合利用吸收光谱法、荧光光谱法、固体稳定碳同位素及傅里叶变换离子回旋共振质谱等技术手段，探索了城市化人为影响对沉积物WEOM的最大影响；并发现高分子量和微生物衍生DOM与溶解态金属有着强烈的相互作用。此项研究为根系化学和重金属的相关研究提供了基础。（4）作物选择可降低污灌农田土壤中重金属健康风险。研究发现食用蔬菜的健康风险与蔬菜可食部分的重金属浓度、土壤中的重金属浓度、土壤和根系浸出物的pH值以及根系分泌DOM的数量和质量有关，这取决于蔬菜和重金属的种类；并强调了作物选择是确保污灌农田食品安全的可行策略。本项目的研究成果增进了对半干旱典型污灌区内不同环境因素（土壤理化性质、蔬菜生长期、温度、灌溉方式和作物选择）对蔬菜重金属吸收的影响的理论认识，创新了农田管理方式，降低人体健康风险。