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本研究应用了具有重金属耐性、生物量较大且能够改良土壤的长喙田菁和多花黑麦草进行轮作,同时将筛选获得的玉米PSV(污染预防品种)在实际受污染农田进行了种植,模拟构成“长喙田菁—多花黑麦草—玉米PSV”轮作系统。通过观测其在复合污染农田种的生长情况、对重金属的吸收规律及不同植物种植前后土壤理化性质、土壤养分状况、土壤生物性状和重金属含量的变化情况,估算该轮作系统在轮作周期内从土壤中所移除的重金属量,以探讨该轮作系统去除土壤重金属的效率以及土壤改良的效果,评价其用于农田重金属复合污染修复和农产品污染预防的可行性。
试验结果表明,在该污染农田土壤中,三种植物均未表现出明显的受毒害症状,这与当地土壤的理化性状造成其生物有效性较低有关。植株体内Pb、Zn、Cu、Cd的含量顺序均为Zn>Cu>Pb>Cd,地上部吸收系数均为Cu和Cd远大于Pb、Zn;在三种植物中,呈现出生物量越小其重金属含量越高的趋势。各重金属间表现出一些交互影响,其生物有效性与土壤pH值、电导率、养分状况等有一定相关性。本研究所使用的玉米Cd-PSV在此污染条件下,籽实中的重金属含量除Pb有超标的危险外,其他三种金属含量均未超标,说明单一种元素的PSV在复合污染条件下并不一定适用。
经过一个轮作(长喙田菁—黑麦草)周期后,土壤重金属总量及有效态变化在种植前后无显著性差异,土壤pH上升3.4%,电导率则下降了58.3%,有利于降低后作玉米的植株重金属含量;尽管在轮作前后土壤有机质含量无显著变化,但土壤养分含量在仅低量施用P、K肥的情况下未见下降,土壤微生物数量则极显著增加(轮作前的近3倍),因此,该轮作体系能够低成本地支持各种植物的正常生长,并有效地维持了土壤地力。