一種新的植物修復土壤鎘污染技術(shù)于近日發(fā)布，該技術(shù)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(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所農(nóng)業(yè)水資源戰(zhàn)略團隊研究發(fā)現(xiàn)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《工業(yè)作物與產(chǎn)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(guān)注，這和它本身對人的危害性更強有關(guān)，因此，鎘污染治理，也一直是農(nóng)業(yè)科研領域中的熱點和難題。
中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所農(nóng)業(yè)水資源戰(zhàn)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(chǎn)開發(fā)、污水灌溉、大氣沉降等，其中，污水灌溉是農(nóng)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(nóng)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(jīng)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(nóng)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(huán)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(diào)研油葵長勢。中國農(nóng)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(nóng)田中。
“鎘等重金屬是難以分解的物質(zhì)，而偏酸性的有機酸，會改變重金屬的形態(tài)，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(huán)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(tài)測試方法。中國農(nóng)科院供圖
研究發(fā)現(xiàn)，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(guān)。同時，研究人員還發(fā)現(xiàn)，添加有機酸，還可以提升油葵的生物量。“也就是說，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(chǎn)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(nèi)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(fā)現(xiàn)，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(huán)節(jié)。
“事實上，對油葵種子的處理，已經(jīng)有比較好的辦法，可以用它來提煉工業(yè)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。”
將含有鎘的油葵秸稈進行焚燒，只是減少了生物質(zhì)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(guī)?；瘧谩?/p>
除了富集植物的后續(xù)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(xiàn)治理鎘污染的同時，又能保證糧食生產(chǎn)的效果和目的?！?/p>
