低积累金橘品种与改良剂相结合减少污染土壤

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低积累金橘品种与改良剂相结合减少污染土壤中生长的金橘Cd和Pb积累

作者：XiaofeiMeng,JunmeiGuo,GuodiZheng,JunxingYang等

合作单位：中国科学院地理科学与资源研究所

期刊：JournalofCleanerProduction

时间：.06.24

影响因子：11.

DOI：10./j.jclepro..

文章摘要

金桔（CitrusjaponicaThunb.）作为广西主要经济果品，具有较高的经济和食用价值，主要栽培在广西阳朔市。前人研究表明广西工业和工业产生了大量的重金属污染物和集中排放物。广西的喀斯特地貌广泛发育，地表径流扩大了重金属污染土壤的范围。积累在水果中的重金属通常分布在果皮中，而由于金桔有厚厚的可食用果皮，这种水果在重金属污染的土壤中种植比其他水果对健康的风险更高。

研究目的

(1)筛选出镉（Cd）和铅（Pb）积累量低的金橘品种

(2)验证不同改良剂的固定机制

(3)从降低健康风险、降低成本等方面研究改良剂对修复的影响和农业可持续性

实验设计

盆栽试验：

以阳朔金桔及其主要栽培品种英木(YM)、翠皮(CP)、翠蜜(CM)和软木(RM)为试验材料，进行了Cd、Pb积累能力不同的盆栽试验。

田间试验：

根据盆栽试验结果，筛选出Cd、Pb积累能力较低的翠皮（CP）作为大田试验的金桔品种。采用3个重复的5个处理，使用的改良剂包括稻壳生物炭（RB）、猪粪生物炭（PB）、土壤调节剂（SC）和有机肥（OF）。

主要结果1.筛选出低重金属积累金桔品种

盆栽试验中，各品种果实的Cd含量均低于0.mg·kg1，Pb含量差异不显著（图1）。而翠皮（CP）叶片的镉含量为0.mg·kg1，是不同品种中Pb含量最低的品种。与其它主流品种英木（YM）相比，Cd和Pb的含量分别降低了39.71%和32.83%。

图1.不同金桔品种Cd和Pb的积累能力

2.低重金属积累品种翠皮（CP）添加改良剂后对果实和土壤的影响

翠皮（CP）添加改良剂后，鲜果和干叶的Cd含量显著降低，果实中Pb的积累量也显著降低。添加稻壳生物炭（RB）对果实和叶片Cd、Pb的积累有明显的抑制作用，分别减少76.90%和25.59%。猪粪生物炭（PB）对叶片有显著的抑制作用，Cd、Pb含量分别降低66.01%和40.76%。

图2.改良剂对翠皮中Cd（a）和Pb（b）含量的影响

3.改良剂对翠皮（CP）生物量和果实基本品质的影响

稻壳生物炭（RB）和猪粪生物炭（PB）均能提高翠皮（CP）果实的鲜生物量，分别比对照（CK）增加11.76%和12.48%，PB处理使叶片生物量增加30.88%。添加不同的改良剂后，翠皮（CP）的可食率提高，尤其是RB处理的可食率从92%提高到96%。而且，在RB处理下可溶性固形物含量提高到19%。

图3.改良剂对翠皮生物量（a）和基本品质（b）的影响

4.改良剂对土壤有效态Cd、Pb及理化性质的影响

添加改良剂后，可利用的镉和铅分别降至0.5-0.74mg·kg1和18.32-25.33mg·kg1。RB处理、PB处理、SC处理和OF处理使有效态Cd含量分别降低42.19%、60.94%、49.22%和42.97%，有效PB含量分别降低46.91%、41.64%、57.79%和53.26%。

图4.改良剂对土壤有效态Cd（a）和PB（b）含量的影响

5.改良剂对田间土壤微生物群落的影响

RB处理下生物群落的相对丰度随着物种等级的增加而迅速下降，表现出优势区系比例高，多样性低的特点。结果表明，在RB处理下，生物群落的相对丰度随着物种等级的增加而迅速下降。与细菌群落相比，改良剂处理下真菌群落相对丰度下降较慢。其中OF处理下真菌群落的减少幅度最低，指示优势区系比例最低。

图5.不同改良剂处理的细菌（a）和真菌（b）的群落多样性指数

6.改良剂处理对降低健康风险、成本和农业可持续性的影响

通过计算健康风险降低、成本和农业可持续性来评价不同修复方式的修复效果。四种改良剂均降低了金桔品种翠皮的非致癌RI，表明改良剂可以降低污染土壤对健康的危害。其中RB处理对金桔消费者健康风险的降低率最高，且显著提高了金桔的生物量、安全性（Cd和Pb含量）和果实基本品质。

图6.不同改良剂处理对降低健康风险（a）、成本（b）、农业可持续性（c）的影响

总结

本研究通过连续盆栽和田间试验，探索广西金桔园Cd、Pb污染土壤的安全利用方法。盆栽试验中，对4个常用金桔品种Cd、Pb积累能力的研究表明，翠皮（CP）积累能力较低。田间试验表明，低Cd、Pb积累的翠皮配以4种0.5%的改良剂显著降低了土壤有效Cd、Pb含量，进一步降低了金桔果实对Cd、Pb的吸收。稻壳生物炭（RB）处理通过增加pH值和比表面积显著降低Cd、Pb的吸收。猪粪生物炭（PB）、土壤调节剂（SC）处理可以通过增加土壤pH值和降水量来修复Cd、Pb污染土壤，其中SC的作用最为明显。改良剂通过吸附作用降低了有效Cd、Pb。

从降低健康风险、成本和农业可持续性三个方面综合分析表明，在广西典型的喀斯特地区，RB更适合修复Cd、Pb污染的金桔园土壤。RB能以较低的成本有效地降低健康风险（Cd和Pb）,是提高土壤质量和金桔产量的最合适的农业可持续改良剂。低蓄积金桔品种与改良剂相结合的安全利用方法，可实现镉、铅污染果园土壤的清洁生产，并可为其他金桔、柑桔重金属污染土壤提供指导。