我国南方镉(Cd)污染耕地环境质量改善和土壤肥力提升是休耕修复体系下健康土壤培育中的一个重要课题。本研究通过定位监测和模拟试验,在探索大气-土壤-植物体系中Cd的吸收、分配及迁移规律的基础上,以不同程度Cd污染农田土壤为研究对象,选择Cd超积累植物伴矿景天和不同类型Cd高积累作物为修复材料,结合多种农艺措施,探究影响植物修复效率的主控因子;结合Cd污染土壤的植物修复和土壤培肥技术,探究影响植物修复效率和土壤培肥效果的影响因素,以集成和优化Cd污染农田土壤休耕修复技术模式。主要研究结果如下:(1)典型区域大气沉降Cd浓度及沉降通量在时间和空间分布上变异较大,工矿区和近郊区大气Cd沉降平均浓度均超过我国农田灌溉水的限量标准。大气Cd年沉降通量在工矿区可达61.0 g/ha,而远郊区均低于10 g/ha,大气沉降对表层土壤Cd积累年净增量分别为:工矿区21.6-23.5μg/kg,城郊区8.81-13.0μg/kg,远郊区2.15–3.46μg/kg。模拟湿沉降试验中,营养液中无Cd胁迫且Cd年沉降通量为50 g/ha时,水稻地上部Cd含量显著升高;年沉降通量为400 g/ha时,A159水稻地上部Cd含量超过根部。综合通径分析和逐步多元线性回归分析发现,模拟沉降中的Cd对水稻叶片Cd积累具有重要作用。(2)土壤pH是影响伴矿景天修复效率的主要因素之一。土壤pH≤6.0时,试验后土壤Cd全量降低了35.8%-57.4%;pH>6.0的处理,土壤Cd含量下降了8.26%-12.3%。试验后,轻度污染土壤Cd含量较试验前下降了38.4%(低于风险筛选值),中度污染土壤Cd含量下降了44.2%,重度污染土壤Cd含量下降了15.8%(伴矿景天Cd含量高达681 mg/kg)。中轻度Cd污染酸性农田的伴矿景天修复效率较高,重度Cd污染土壤或Cd有效性较低的土壤不适合采用植物修复。(3)增施有机肥处理土壤有效态Cd含量较CK无显著差异;但第二季土壤有效态Cd含量较第一季下降明显,其中低污染土壤下降了17.6%-48.4%,高污染土壤下降了4.50%-26.3%。连续三季种植绿肥,不同处理间土壤有效态Cd含量无显著差异;在高污染土壤中第三季比第一季土壤有效态Cd含量下降了19.4%-25.3%。增施可溶性有机肥(OS)土壤肥力综合指数在低污染和高污染土壤中分别较CK升高了80.6%和186%;三种绿肥中,以种植紫云英处理土壤肥力综合指数最高,在低污染和高污染土壤中分别为0.77和0.95。综合而言,增施可溶性有机肥对土壤肥力综合指数提高效果最好,同时可以提高植物Cd含量,可作为植物强化修复备选措施之一。(4)盆栽试验结果表明,施肥和秸秆还田均可提高伴矿景天修复效率和土壤培肥效果。与CK相比,施肥和秸秆还田土壤有效态Cd含量升高了0.30-1.40倍,而土壤Cd含量下降了28.4%-61.1%,伴矿景天生物量、Cd含量和Cd积累量均明显升高。与CK相比,施用有机肥和秸秆还田土壤pH升高明显,最大升高了0.91个单位。施肥和秸秆还田均提高了SOM含量,水稻秸秆和紫云英还田处理最高,且秸秆还田处理土壤肥力综合指数(0.48-0.61)明显高于其它施肥处理(0.23-0.33)。综合分析植物修复效率和土壤培肥效应,伴矿景天+秸秆还田和伴矿景天+可溶性有机肥是较适宜的休耕修复技术模式。(5)作物类型及其组合轮作条件下,种植伴矿景天的两个处理(SPOS和SPHA)土壤Cd含量较试验前分别降低了10.8%和15.7%,有效态Cd含量下降了37.1%和34.3%。所有供试植物不同部位Cd的富集系数均大于1.00,其中油葵叶片Cd含量高达7.41 mg/kg。种植油菜处理土壤有效态Cd含量最高,其生长期与伴矿景天接近。因此,伴矿景天-油菜间套作、伴矿景天-Cd高积累品种水稻轮作、伴矿景天-油葵轮作等种植模式在休耕修复中具有较大应用潜力。(6)田间试验条件下,不同施肥处理土壤有效态Cd含量差异不显著,但盛花期明显低于幼苗期和分枝期。施肥处理土壤Cd含量较CK下降了1.39%-13.9%,且伴矿景天Cd含量较CK均有一定程度升高。伴矿景天不同生长期土壤pH为4.11-4.74,与CK相比,施用化肥处理土壤pH均显著下降,而其它施肥处理土壤pH均略有升高。不同处理土壤肥力综合指数表现为OM>NPK>PM>CK>SM,说明可溶性有机肥在田间试验条件下土壤培肥效果最好。因此,田间条件下,伴矿景天+可溶性有机肥可作为推荐的修复培肥技术模式。