近几十年来,全球人口迅速增长,对蔬菜和纤维的需求量巨大,设施农业土壤使用强度也随之增大,由于工业三废的排放以及农药和化肥的过量使用,导致大量设施农业土壤受到镉和硝酸盐严重污染,严重威胁农产品安全和人类健康。针对我国乃至世界设施农业土壤的镉和硝酸盐复合污染,发展资源节约、环境友好的治理与修复技术是一个亟待解决的问题。镉和硝酸盐各自的特性决定了修复过程的差异,真正能够应用于镉-硝酸盐复合污染土壤修复的植物和微生物材料十分有限。本文以我国原生镉超积累植物东南景天、收集于世界各地的小白菜、空心菜种质资源的材料,采用水培试验、盆栽试验和大田试验,研究了不同基因型小白菜、空心菜对镉和硝酸盐吸收和积累的差异,CO2或/和修复菌剂强化提高超积累东南景天修复镉污染的过程,富集植物和水分管理的耦合作用,超积累植物-低积累蔬菜轮作联合强化措施"边修复边生产"技术模式及效应分析,取得的主要研究成果如下:(一)采用大田筛选试验研究了复合污染土壤中62个基因型小白菜的生物量、镉和硝酸盐的吸收和积累能力差异。结果表明,不同基因型小白菜对复合污染土壤中镉和硝酸盐的吸收和积累能力差异很大,镉含量最高和最低的基因型相差63倍,硝酸盐含量最高和最低的基因型相差10倍。7个小白菜基因型(四月慢,甜脆春水白,28天速生白菜,德高埃菲尔,蚕白,丰邦四月白和四季小黄金)被筛选为镉-硝酸盐共低积累基因型小白菜,可以在中轻度镉-硝酸盐复合污染土壤上安全生产。降低氮肥供应率,提高钾肥供应率,叶面喷施水溶性锌肥可以降低生长在镉-硝酸盐复合污染土壤上的小白菜体内的镉和硝酸盐含量。利用土壤改良剂增加土壤钙、镁和锰的有效性,也是降低小白菜体内镉和硝酸盐含量的有效方式。(二)采用大田筛选试验研究了 38个基因型空心菜对复合污染土壤中镉和硝酸盐的吸收和积累能力差异。结果表明,不同基因型空心菜对复合污染土壤中镉和硝酸盐的吸收和积累能力差异很大,镉含量最高和最低的基因型相差39倍,硝酸盐含量最高和最低的基因型相差6倍。4个空心菜基因型(江西大叶空心菜、港种青梗柳叶空心菜、香港大叶白梗空心菜和纯白小叶空心菜888)被筛选为镉-硝酸盐共低积累基因型空心菜。可以在中轻度镉-硝酸盐复合污染土壤上安全生产。增加磷肥供应比例可以降低生长在镉-硝酸盐复合污染土壤上的空心菜体内的镉、铅和锌等重金属的含量。(三)采用水培和根箱试验,研究了 CO2或/和修复菌剂强化东南景天修复镉污染土壤的潜力。结果表明,CO2和修复菌剂联合强化处理显著增加了两种生态型东南景天的农艺性状、光合作用和根系分泌,促进东南景天对镉的活化、吸收和积累。不同的是,超积累东南景天将镉向地上部尤其是叶片中转移,从而刺激根系吸收更多的镉。非超积累东南景天将吸收的镉贮存在根部,转移到地上部的镉又尽可能多的被固定在了茎里,很少向叶片转移,从而将镉毒害降到最低。由此可见,两种生态型东南景天对镉胁迫的响应机制存在巨大差异。利用CO2和修复菌剂联合强化提高超积累东南景天对镉污染土壤的修复效率是可行的。(四)采用盆栽试验,研究了淹水对不同基因型空心菜镉-硝酸盐吸收和积累的影响。结果表明,淹水处理增加了各种基因型空心菜的各农艺性状,产生稀释效应,降低了空心菜体内镉和硝酸盐的含量和富集系数。淹水处理提高了土壤pH值,降低了土壤中镉的有效性,将高积累空心菜对复合污染土壤有效镉和硝酸盐的修复效率分别提高了 30.86%和27.81%,但是却降低了土壤中总镉的去除效率。高积累基因型空心菜对土壤有效镉和硝酸盐的去除率高,是一种良好的修复材料。低积累基因型空心菜具有更低的镉和硝酸盐转移系数和富集系数,体内镉和硝酸盐含量符合国家食品安全标准,可以在镉-硝酸盐复合污染土壤上安全生产。(五)采用大田试验,在镉-硝酸盐复合污染设施农业土壤上种植了内生菌强化超积累东南景天,配合以农业有机废弃物大棚发酵CO2施肥,并将发酵残渣作为有机肥施入土壤,轮作以镉-硝酸盐共低积累空心菜和小白菜,并配合以合理的水分管理措施。结果表明,在两年的修复试验中,联合强化处理超积累东南景天总镉积累量分别是常规栽培超积累东南景天的2.57和2.48倍。与常规蔬菜轮作处理相比,与超积累东南景天轮作的空心菜和小白菜具有更低的镉和硝酸盐含量,符合国家食品安全标准。经过两年的边生产边修复后,复合污染土壤中的总镉、有效镉和硝酸盐含量分别降低了 56.51%、62.70%和65.35%。证实了此轮作系统可以在不完全停止生产的同时,对中度镉-硝酸盐复合污染土壤开展植物修复,是一套行之有效的镉-硝酸盐复合污染土壤"边生产边修复"技术体系。