间作蜈蚣草修复砷污染桃园土壤研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李玉峰 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 陈同斌 ; 杨俊兴 |
| 关键词 | 果园土壤 间作 砷 蜈蚣草 桃 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 北京市平谷区是我国优质大桃（Amygdalus persica）生产基地之一。前期调查发现，平谷区某历史矿区周边桃园土壤存在砷（As）超标情况，且部分点位果品超标。目前，针对As污染果园土壤治理的主要技术之一，是利用As超富集植物-果树间作，可实现“边修复，边生产”的目的。本研究采用As超富集植物蜈蚣草为修复材料，前期在研究区桃园田间进行小试，其可与桃树正常间作，不影响对桃树的正常管护。因此本研究拟以蜈蚣草-桃树间作模式为主线，通过盆栽试验、田间监测试验以及大田强化试验，并结合FTIR和XRD、XANES（X射线吸收近边结构）、DNA提取、16S rRNA扩增和测序等技术，探索桃树As低累积的根本原因和蜈蚣草-低累积桃树间作体系下的迁移转化机制。主要得出以下结论： （1）通过盆栽试验研究了北京平谷种植面积前10主流优质的桃树品种（水蜜桃：京玉、绿化9号、大久保；蟠桃：瑞蟠13号、瑞蟠24号、北京8号、瑞蟠3号、早露蟠桃；油桃：瑞光28号和瑞光39号）在实际桃园As污染土壤中的生长变化、桃树各组织中As的浓度以及低累积桃树品种的筛选和推荐。结果表明，根的As浓度最高（20.9 mg·kg−），其次是叶（9.31 mg·kg−），茎最低（2.93 mg·kg−）。水蜜桃具有比蟠桃和油桃更低的叶富集系数（BCFL）、TFR-S和TFS-L。综合比较后发现绿化9号（BCFL、TFR-S和TFS-L：0.015、0.11和1.95）和瑞蟠13号（BCFL、TFR-S和TFS-L：0.023、0.13和3.09）分别是水蜜桃和蟠桃中的As累积能力较低的品种。 （2）与单作（PM、LM、RM）相比，间作显著促进了植物的生长，其中桃树的增幅为8.77%（XZLP）-84.9%（FXRP），蜈蚣草的增幅为9.46%（XZRP）-69.4%（FXLP）。间作显著降低桃树中的As含量，降幅为31.1%（XZRP）-69.1%（FXLP）；间作显著增加了蜈蚣草中的As含量，增幅为8.29%（XZRP）-134%（FXLP）。土壤理化性质和微生物群落结构的改变可能是导致植物生物量和As含量变化的主要原因。与单作（LM、RM、LM）相比，间作显著增加了植株根际土壤中的幸普森、Richness和reads多样性指数，其中桃树相关指标的增幅为12.8%（FXRP）-86.1%（FXLP）；蜈蚣草对应的范围为22.9%（XZRP）-95.9%（FXLP）。桃树和蜈蚣草根际As敏感的Gemmatimonas属相对丰度分别显著增加了48.4%（XZLP）-84.5%（FXLP），25.2%（XZRP）-65.2%（FXLP），同时As的去除率也提高了197.9%（FXLP），这可能是由桃树和蜈蚣草竞争吸附造成，两者根际有效As分别升高了65.8%（FXLP）和降低了39.9%（FXLP）。 （3）田间试验表明，蜈蚣草与绿化9号间作显著促进了蜈蚣草的生长，增幅为18.9%（6月）-75.7%（9月），尤其在6-7月和8-9月，蜈蚣草的增长率（182%和194%）明显高于单作（137%和150%）。相关性分析表明，间作通过促进蜈蚣草的净光合速率的间接促进蜈蚣草的生长（斯皮尔曼系数= 0.92, P < 0.01，蕨叶生物量; 斯皮尔曼系数= 0.93, P < 0.01，根生物量）。平谷地区降水主要集中在6月-9月，蜈蚣草对果园土壤中As的吸收主要发生在雨季，绿化9号-蜈蚣草间作主要通过提高蜈蚣草根际有效As浓度和增强光合作用提高蜈蚣草的As吸收量，其中与蜈蚣草单作相比，6-9月蜈蚣草净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）分别增加了32.6%-98.1%、52.4%-80.3%、14.04%-17.2%和48.7%-65.4%；与蜈蚣草单作相比，6-9月蜈蚣草蕨叶和根部As浓度分别增加了5.45%-36. 5%和3.73%-45. 8%。 （4）以平谷某历史遗留金矿区周边实际As污染桃园开展田间强化试验，研究表明，施用3种添加剂处理的桃果实中As含量（0.034-0.039 mg·kg−）低于国家标准（As：0.05 mg·kg−），并对果实品质没有显著影响，其中桃产量、果实的可食率、可溶性固形物含量、可滴定酸和可溶性糖的变化范围分别为57.9-62.0 t·hm−2、91.0-96.3%、8.2%-12%、0.30%-0.42%和6.97%-9.16%。XRD和FTIR结果表明，三种添加剂活化蜈蚣草根际土壤As的机理不同。含磷添加剂（CMP和ADP）主要通过PO43−与附着在土壤铁铝氧化物表面的As离子竞争，导致As离子的解离和活化，而有机添加剂（SR）可能通过增强DOC来活化土壤中的有效As（A-As）。 （5）综合性效益评估结果表明，与桃树单作（LM）和不加添加剂的蜈蚣草-桃树间作（LP）相比，不同添加剂处理下桃树间作蜈蚣草的修复效率显著提高了100.9%（CMP1）和293.5%（ADP2）。成本分析表明，与桃树单作相比，添加剂处理下的蜈蚣草与桃树间作会显著提升安全利用的成本（LP至ADP2：15.9至78.9 Yuan·m−），但还是远低于直接进行植物修复的花费（258 Yuan·m−）。蜈蚣草与桃树间作并没有增加As的口服暴露风险（范围为0.005×10−-0.0038×10−3 mg·kg−1·day−1），并且远低于国际标准的限定值（As：0.003 ×10−1 mg·kg−1·day−1）。与桃树单作相比，肥料处理下间作系统的pH、有机质、速效钾、有效磷和碱解氮分别提升了3.17%（CMP1）-8.9%（ADP2）、19.84%（ADP1）-58.68%（SR2）、3.17%（CMP1）-29.41%（ADP2）、95.57%（CMP1）-259.09%（ADP2）和15.59%（ADP1）-32.23%（SR2）；同时，与桃树单作相比，肥料处理下间作系统的桃可食率、可溶性固形物、可滴定酸和可溶性糖分别提升了1.73%（CMP2）-4.20%（SR1）、8.82%（CMP1）-13.73%（SR2）、4.62%（CMP1）-7.86%（SR2）和2.75%（CMP2）-9.57%（ADP2）。综上所述，SR和含磷添加剂通过改善土壤肥力特性和桃品质指标来对果园的农业可持续性产生显著的影响。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 132 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199745]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李玉峰. 间作蜈蚣草修复砷污染桃园土壤研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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