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由于砷污染问题的普遍性和严重性,世界各国对砷污染及其健康问题已给予广泛关注。土壤砷污染是环境保护领域中普遍关注的问题。植物修复技术是一种主要用于清除土壤重金属污染的绿色生态技术,其关键步骤是寻找或筛选出能够富集一种或多种重金属的超富集植物。重金属污染土壤的植物修复技术经济成本较低,操作简单,而且和生态环境相协调,越来越受到国内外学者重视。
蜈蚣草(Pteris vittata L.)是我国发现的第一种砷超富集植物,并成功用于砷污染土壤的现场修复。蜈蚣草生长速度快、生物量大、地理分布广、适应性强,应用其修复砷污染土壤是现有修复方法中的一种成本低廉、快速的绿色修复技术,具有良好的应用前景。
蜈蚣草在富集砷的过程中,其正常生长也需要吸收土壤中的氮、磷、钾等植物必需的营养元素。土壤中氮、磷、钾的变化是否会直接影响到蜈蚣草的正常生长或其它环境效应并继而影响其对砷的修复效率这一问题还有待研究。本研究以砷污染土壤的植物修复基地(湖南郴州)为依托,连续5年对基地土壤和蜈蚣草取样和分析,揭示蜈蚣草富集砷过程中对基地不同砷污染区土壤养分的吸收与影响。
连续5年的蜈蚣草种植,土壤中全氮含量明显降低,至2007年底,高、中、低三个区的全氮含量分别降低了27.6%、24.2%和25%。三个区土壤中全磷含量没有明显降低,三个区土壤中全磷含量均处于600 mg/kg左右,高砷区土壤全磷含量总体高于中、低砷区。三个区土壤中全钾含量没有明显的变化规律,其含量处于4576 mg/kg~7792 mg/kg之间,全钾供应不充足。土壤中砷分布空间变异性大,高砷区和中砷区表层土壤总砷含量与种植前相比分别降低了20.9%和16.1%,低砷区没有明显变化。
2002~2007年,不同小区蜈蚣草从土壤中吸收带走的氮、磷、钾总量表现为:中砷区>低砷区>高砷区。蜈蚣草对不同营养元素的总吸收量表现为:氮>钾>磷。高、中、低三个区的蜈蚣草每年从土壤中吸收的总氮量为43.1~178.0 kg/hm2,总磷量为8.8~26.0kg/hm2,总钾量为39.3~137.7 kg/hm2,都低于其它植物(水稻、小麦)对氮、磷、钾的吸收量。从土壤中氮、磷、钾的含量和动态变化以及蜈蚣草从土壤中吸收带走的总量看,蜈蚣草对土壤中的营养元素产生的影响小,主要影响因素可能是其它植物(杂草)对营养元素的吸收利用或其它养分流失途径。