植酸强化和施用磷肥对超积累植物富集As和Cd的影响

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砷(As)和镉(Cd)因为在自然界中分布广泛且毒性很强而备受关注,土壤As和Cd污染不仅影响农作物生长,还对人体健康和生态安全造成严重威胁。植物修复技术成本低、操作简便以及无二次污染等优点被广泛应用于土壤重金属污染修复,目前关于重金属污染修复研究多集中在单一的重金属元素,土壤复合污染修复的相关研究相对较少。蜈蚣草(Pteris vittata L.)和印度芥菜(Brassia jμncea L.)分别为As和Cd的超积累植物,因其对重金属高效的吸收能力被广泛应用在土壤重金属污染修复。本文探究了植酸强化后施用磷(P)肥对蜈蚣草富集As和Cd的影响以及大田条件下施用磷(P)肥对印度芥菜富集As和Cd的影响,为土壤多种金属污染修复研究提供理论依据。主要结果如下:(1)水培条件下低浓度植酸(0.5 mmol/L)有效促进蜈蚣草根系酸性磷酸酶(APase)活性和根系P含量。0.5 mmol/L植酸浓度下蜈蚣草茎叶干重、根系APase活性和根系P含量比其余处理分别增加了24.1%-67.5%、47.8%-71.8%、16.2%-29.2%。(2)植酸(0.5 mmol/L)强化后施用P肥促进蜈蚣草的生长,蜈蚣草As和Cd富集量、土壤TCLP提取态As含量、蜈蚣草地下部As和Cd向地上部的转移都明显增强。相同施磷条件下,植酸强化后施用P肥的蜈蚣草干重比单施P肥提升了11.2%-81.0%,在0.5 mmol/L植酸强化后施用P肥(200 mg/kg P2O5)时As和Cd富集量分别为615.4μg/株和5.1μg/株,在0.5 mmol/L植酸强化后施用P肥(300 mg/kg P2O5)时土壤TCLP提取态As相比CK提升了30.8%,有效的提高了土壤As的生物有效性,但抑制Cd的有效性。植酸强化后施用P肥时蜈蚣草As和Cd转移系数分别从4.8和0.3增加到5.8和0.7,有效促进蜈蚣草地下部As和Cd向地上部的转移。此外植酸强化施用P肥对蜈蚣草As富集能力比单施P肥更强,在相同的施磷水平下,植酸强化后的蜈蚣草As富集能力比单施P肥的蜈蚣草提升了34.3%-43.2%。(3)P肥的施用有效促进印度芥菜的生长,提高土壤As的活性,显著增强印度芥菜As和Cd的富集能力。施磷条件下印度芥菜干重相比CK增加了153.7%-192.8%,干重得到显著提升。在施磷量为50 kg/ha P2O5和100 kg/ha P2O5时As和Cd富集量分别为180.6μg/株和48.4μg/株,比CK处理提升了244.0%和266.7%。在施磷量为25 kg/ha P2O5和50 kg/ha P2O5时土壤TCLP提取态As相比CK处理提升了7.6%和8.4%,提高了土壤As的生物有效性,但P肥的施用降低了Cd的有效性。综上所述,植酸强化和P肥施用是一种提高蜈蚣草和印度芥菜As和Cd富集能力的有效方法。
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