一種新的植物修復土壤鎘污染技術于近日發布,該技術通過添加乙酸、草酸、檸檬酸等低分子量有機酸的方式,促進地上植物對重金屬鎘的吸收,并可同時提升富集植物油葵的生物量。該研究由中國農業科學院農田灌溉研究所農業水資源戰略團隊研究發現。相關研究成果在線發表于《工業作物與產品(Industrial Crop & Products)》。

  

  鎘污染,南北治理的差異

   

  在土壤重金屬污染中,鎘污染備受關注,這和它本身對人的危害性更強有關,因此,鎘污染治理,也一直是農業科研領域中的熱點和難題。

  

  中國農業科學院農田灌溉研究所農業水資源戰略團隊首席喬冬梅介紹,土壤鎘污染來源渠道較多,主要包括礦產開發、污水灌溉、大氣沉降等,其中,污水灌溉是農田鎘污染的主要來源之一。

  

  

  油葵治理鎘污染土壤的試驗田。中國農科院供圖

  

  在污染治理中,種植富集植物,讓植物吸收土壤中的重金屬,是綠色且效果較好的方式之一。而提升植物的富集效果,無疑會加快治理的速度,讓土壤更早回歸正常。

  

  在研究中,團隊科研人員曾經考察和試驗了多種富集植物,喬冬梅介紹,比如油菜、黑麥草等,都有富集鎘離子的能力,有些富集效果還很不錯,但這些植物,大多在南方種植,移栽北方后,存在適應性問題。更重要的是,即便它們具有很好的富集能力,但本身植株生物量較小,這制約了它們的治理效果,“在植物富集鎘的過程中,整個植株都在參與,植株的大小,直接影響其生物量的多少,也影響著富集鎘的總量?!眴潭氛f。

  

  

  2020年7月7日,喬冬梅(左一)在修復重金屬污染土壤試驗地,指導學生觀測作物指標。中國農科院供圖

  

  有機酸,增強油葵富集能力

   

  改善植物治理污染能力的途徑,第一是增強植物的富集能力,使同一株植物,能夠容納更多的鎘。第二是選擇更高大、生物量更多的植物。

  

  有沒有兼具兩者的辦法?喬冬梅告訴記者,團隊選擇了更高大、更適宜北方環境的油用葵花,并通過添加有機酸的方式,增強油葵的鎘富集能力。

  

  

  2020年7月7日,團隊成員在油葵修復重金屬污染土壤試驗地里,調研油葵長勢。中國農科院供圖

  

  在研究中,科研人員選擇了多個品種的油葵,制定了多套方案,選擇了乙酸、草酸、蘋果酸、檸檬酸等多種有機酸,并制定了不同濃度、不同投放時間的試驗方案,這些有機酸通過水肥一體的通道,添加到農田中。

  

  “鎘等重金屬是難以分解的物質,而偏酸性的有機酸,會改變重金屬的形態,使它更容易被植物吸收,從而減少土壤中的鎘含量。這是一種外源性的治理方式,而且,低分子量有機酸對植物及土壤微環境的負面效應相對較小?!眴潭氛f。

  

  

  2019年11月20日,在實驗室中研究重金屬存在形態測試方法。中國農科院供圖

  

  研究發現,土壤中添加有機酸,確實可以促進油葵根系對鎘的吸收,提升油葵的鎘富集量,其提升效果,和油葵的品種有關。同時,研究人員還發現,添加有機酸,還可以提升油葵的生物量?!耙簿褪钦f,會讓油葵長得更好,更高大粗壯,這也增加了它容納鎘的總量?!眴潭氛f。

  

  長成后,要怎樣無害化處理?

   

  吸收了土壤中的鎘之后,會對植物產生怎樣的影響,葵花籽還能吃嗎?葵花秸稈又該如何處理?喬冬梅說,這也是團隊乃至領域內的科研人員正在努力攻克的目標。

  

  在此次試驗中,研究人員發現,添加了有機酸之后,并沒有增加油葵種子也就是葵花籽中的鎘含量,但這并不意味著,葵花籽適合直接食用,或者進入食品環節。

  

  “事實上,對油葵種子的處理,已經有比較好的辦法,可以用它來提煉工業燃油,”喬冬梅說,“但葵花秸稈中,同樣含有鎘,目前主要的方法,包括焚燒、提煉鎘元素等,只是這些方法還不成熟?!?/p>

  

  將含有鎘的油葵秸稈進行焚燒,只是減少了生物質的總量,鎘仍然存在于焚燒后的灰燼中,而提煉鎘元素的方法,則因為成本較高、效益較低,而難以規?;瘧?。

  

  除了富集植物的后續處理外,喬冬梅介紹,團隊還在進行糧食作物的種植試驗,“我們選擇了多個可以富集鎘離子的糧食作物,一直在進行選育,目的是選擇那些種子中不會富集鎘的植株,如果成功,那么未來有可能實現治理鎘污染的同時,又能保證糧食生產的效果和目的?!?/p>