多花菜豆镉铅累积的品种差异与污染农田钝化修复研究

来源 :云南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xnf0769
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云南兰坪铅锌矿是我国最大的铅锌矿之一,矿区周边农田土壤镉(Cd)、铅(Pb)等重金属污染问题严重。多花菜豆(Phaseolus coccineus Lam.)是云南高寒山区栽培的作物之一,在兰坪铅锌矿区广泛种植,但矿区多花菜豆的镉铅累积特征、品种间差异及污染土壤的钝化修复,尚缺少研究。因此,在云南兰坪铅锌矿周边重金属污染农田,选用云南高原主栽的10个多花菜豆品种,开展大田试验,研究多花菜豆Cd、Pb累积特征与品种间的差异;并应用海泡石(S)、生物炭(B)、纤维素(C)单施及配施(F)的钝化处理,研究不同钝化材料对矿区重金属污染农田的修复效果,结果表明:(1)多花菜豆的矿质养分(N、P、K)、籽粒品质(蛋白质、还原糖、可溶性糖、淀粉和维生素C)与镉铅含量存在明显的品种差异。植株N、P、K含量分别为0.5~3.8、0.1~2.3、5.7~50.3 g·kg-1;籽粒蛋白质、还原糖、可溶性糖、淀粉和维生素C含量分别为0.8~1.1、0.9~1.8、23.5~31.5、44.1~62.7和0.03~0.07mg·g-1。根、茎、叶、籽粒的Cd含量分别为1.1~4.0、0.2~1.2、0.7~2.6、0.2~0.4 mg·kg-1,Pb含量为42.5~189.4、0.3~10.0、0.8~24.0、0.2~1.0 mg·kg-1,除品种YN10的Pb含量不超标外,10个多花菜豆品种籽粒Cd、Pb含量均超过食品污染物限量值(GB2762-2017)。(2)施加钝化材料会显著改善污染土壤的理化与生物学性质。其中,C、S处理显著提高土壤有机质含量,F、C、B处理导致土壤p H值增加6.3%~14.4%;4个钝化处理导致土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量分别增加34.7%~87.6%、101.9%~291.7%和18.4%~63.6%。S、C、F处理导致土壤酸性磷酸酶活性增加30.3%~42.5%,S、C、B处理导致蔗糖酶活性增加20.6%~72.0%,4个钝化处理导致脲酶活性增加10.8%~11.6%。(3)施加钝化材料会显著改变土壤Cd、Pb化学形态,降低土壤Cd、Pb有效性与植株Cd、Pb含量。4个钝化处理均降低了酸可提取态Cd占比和Fe-Mn氧化态Cd含量占比,B、C、F处理导致有机结合态Cd含量占比降低;均降低酸可提取态Pb含量和有机结合态Pb含量占比,使Fe-Mn氧化态Pb含量占比降低(F处理除外),但使残渣态Pb含量占比增加10%-22%。4个钝化处理导致土壤有效态Cd、Pb含量分别降低28.8%~61.3%、20.3%~48.2%,并显著减少多花菜豆植株Cd、Pb含量,导致籽粒Cd含量降低19.4%~27.5%;处理S导致籽粒Pb含量降低21.4%;4种钝化处理均使籽粒Cd、Pb含量达到食品安全国家标准(GB2762-2017)。其中,B处理钝化效果最好,导致籽粒镉铅含量分别降低21.2%和14.3%。(4)施加钝化材料会提高多花菜豆籽粒产量,改善籽粒品质。4个钝化处理导致多花菜豆籽粒产量增加10.4%~34.8%、可溶性糖含量显著增加,B、S处理导致籽粒维生素C、淀粉含量分别增加56.2%、162.9%,处理B、C分别导致籽粒蛋白质含量增加31.9%、27.1%。(5)相关性分析发现,土壤有效态Cd、Pb含量与酸性磷酸酶活性、脲酶活性和p H呈极显著负相关,籽粒Cd含量与酸可提取态、铁锰氧化态和残渣态Cd呈极显著正相关,多花菜豆产量与土壤有机质含量呈极显著正相关。总之,云南高原主栽的多花菜豆在产量、品质与Cd、Pb含量上存在明显的品种间差异,最终筛选出YN10为具有高产低Pb潜力性状的品种,YN03为具有高产低Cd潜力性状的品种,适宜在兰坪Cd、Pb中轻度污染区推广种植;施用钝化材料会改善污染农田土壤理化与生物学性质,降低土壤Cd、Pb有效性与籽粒Cd、Pb含量,达到食品安全标准,并提高多花菜豆产量与品质。其中以单施生物炭处理效果最好,推荐用于铅锌矿区污染农田的钝化修复。
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