《强还原处理对不同农田土壤生物复合污染的消减效果》

  • 来源专题:耕地与绿色发展
  • 编译者: 张毅
  • 发布时间:2025-01-07
  • 近年来,因土传病原菌和抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes, ARGs)富集导致的土壤生物复合污染已严重威胁农产品安全和人类健康。为探究强还原处理(Reductive soil disinfestation, RSD)对土壤生物复合污染的协同修复效果,以具有青枯菌(Ralstonia solanacearum)、ARGs和可移动遗传元件(Mobile genetic elements, MGEs)复合污染的集约化农田土壤(黑土、红壤和潮土)为研究对象,分别设置以1%的乙醇(ET)、苜蓿粉(AL,碳氮比:21.2)和糖蜜(MO,碳氮比:12.6)为有机物料的RSD处理,同时设置最大持水量(FCK)和不处理对照(CK),采用荧光定量PCR技术分析处理前后土壤青枯菌与主要ARGs和MGEs的变化,并通过相对丰度的消减率来衡量RSD处理对土壤生物复合污染的消减效果。结果表明, RSD处理能有效消减多种ARGs和MGEs,其中AL和MO处理能显著降低黑土中aadA7、aadA21、tet36、sul1、IS6100基因的相对丰度,消减率为28.4%~49.9%;而ET处理后,潮土中aadA7、msrE、tetG、tetM、tet36、intl1、IS6100和IS26基因的相对丰度显著下降,消减率达到56.2%~81.6%。同时,RSD处理能有效降低土壤中青枯菌的相对丰度,其中红壤和潮土中的下降幅度分别为88.0%~92.3%和76.1%~94.2%。相关性分析显示,土壤中青枯菌的相对丰度与ARGs、MGEs的相对丰度存在一定的偶联关系,其中潮土中青枯菌的相对丰度与大部分ARGs(aadA7、msrE、tetG、tetM和tet36)和MGEs(intl1、IS6100和IS26)基因的相对丰度呈显著正相关,表明RSD处理对潮土中的生物复合污染具有较好地协同消减作用。此外,不同土壤类型中青枯菌、ARGs和MGEs的相对丰度与土壤理化性质的相关性存在较大差异,表明RSD处理对土壤生物复合污染的修复效果差异与土壤理化性质高度相关。综上所述,RSD处理能够协同消减土壤青枯菌与ARGs和MGEs叠加形成的生物复合污染,但其协同消减作用受土壤类型和有机物料类型所影响。
  • 原文来源:http://pedologica.issas.ac.cn/trxben/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=2&file_no=202405290000002&journal_id=trxb
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    • 当前食品安全成为社会关注的热点问题。“十三五”规划中提出确保谷物基本自给,口粮绝对安全。完善食品安全法规制度,提高食品安全标准,强化源头治理。 河南农业大学资源与环境学院赵鹏院长撰文《加强农田土壤污染防治 保障农产品源头安全》。文章提及当前,土壤重金属污染最受社会关注。据环境保护部、国土资源部公布的数据,全国耕地土壤点位超标率为19.4%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%,主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。据不完全调查,全国受污染的耕地面积约有1.5亿亩,每年因重金属污染的粮食达1200万吨,直接经济损失超过200亿元。河南省的“十三五”规划中,特别强调要加大土壤污染治理和修复力度。 土壤中的污染物主要包括有机污染物和无机污染物。有机污染物中有化学农药、酚、苯、多氯联苯、多环芳烃、石油类及其他有机污染物。无机污染物中有重金属元素、氟化物、砷、硒、硼及其他污染物。另外,还有放射性元素和病原微生物、抗生素和激素对土壤的污染。   目前,河南省的土壤环境质量如何呢?据权威部门的介绍,全省土壤环境质量状况整体安全稳定,但局部地区土壤污染状况不容乐观,部分地区镉、钒、铅等无机污染物点位超标率较高。从污染分布情况看,重金属污染分布西部高于东部,北部高于南部,工矿业高于农业,大城市高于小城市,有机污染主要分布在东部和南部的农业生产区。全省18个省辖市除濮阳外,其他各市调查点均有污染物超标现象。其中,焦作、洛阳、三门峡、鹤壁、济源等5市土壤环境质量相对较差,土壤环境保护形势相对较为严峻。 如何预防土壤污染呢?一是要建立健全相关的法律、法规。严格执行国家的有关标准,加强保护土壤环境质量的宣传,增强全民生态环境意识与参与意识,从源头抓起,控制污染源,发展清洁生产工艺,减少和消除工业“三废”排放。紧紧围绕“稳粮增收调结构,提质增效转方式”的工作主线,大力推进化肥减量提效、农药减量控害,落实《到2020年化肥使用量零增长行动方案》和《到2020年农药使用量零增长行动方案》,积极探索产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的现代农业发展之路。二是建立土壤污染检测和预警系统。定期对土壤环境质量进行检测,做到及时发现问题,及时采取有效措施进行防治。三是加强科学研究,攻克土壤污染防治的技术难题,并着手开展土壤修复示范。   综合国内外研究进展,我们应该重点在以下四个方面开展研究: (一)耕地土壤污染风险评估和预警平台建设。评估我省耕地土壤重金属污染风险的等级和程度,评价主要农产品的健康安全风险,构建耕地土壤污染与农产品安全预警平台,为耕地土壤污染防治及其预警提供决策和技术依据; (二)化肥、农药、地膜等农用化学品减量安全施用技术规程。以土壤环境保护和农产品安全为目标,以农用化学品减量增效为核心,制定主要农作物农用化学品安全科学施用技术规程。 (三)畜禽废弃物农田安全利用技术。以畜禽废弃物资源化利用与农业面源污染控制为目标,以构建种养平衡、农牧结合的生态循环农业为理念,开展畜禽废弃物农田施用对土壤环境和作物安全的影响研究,构建畜禽废弃物农田安全利用技术体系。 (四)耕地土壤污染修复及安全利用技术体系。以耕地土壤环境保护和农产品质量安全为目标,以耕地土壤污染分区定级为依据,以农艺措施调控为核心,对土壤改良剂研发、农作物抗(耐)污染品种筛选、超富集植物筛选和引种、种植模式优化等耕地土壤污染修复及安全利用技术进行组装集成,建立试验点、核心实验区和示范推广区,开展大面积推广和应用。   目前,农田土壤污染修复的技术主要有:   工程措施。土壤污染的工程修复主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。客土法和换土法在日本已经取得比较成功的经验。修复治理的工程费为30万美元/hm2,耗资巨大。在耕地资源紧缺的地方,推广有很大局限性。 土壤淋洗。土壤淋洗技术是通过淋洗液把土壤固相中的重金属转移到液相中,从而达到去除重金属的目的。在工业场地土壤污染的治理中有应用实例,但在农田土壤污染修复中很难应用。 电热修复。电热修复原理是向汞污染土壤通入热蒸汽或用低频加热的方法,促使其从土壤中挥发并回收再处理。方法工艺简单,对于土壤中具有挥发性的污染物,如汞和有机污染物,热处理法可将其有效地从土壤中清除。但该方法能耗大,操作费用高,且易使土壤有机质、土壤水和土壤肥力遭到破坏,实践推广应用也受到很大限制。微生物修复。微生物修复技术具有修复效果好,成本低、操作简单等优点,因而日益受到人们的重视。同时微生物修复的专一性强,其活性与温度、水分、氧气、pH值等土壤环境条件紧密相关,但该技术也仅仅通过改变土壤中重金属形态来降低重金属的有效性,往往需要与植物修复等其他方法配合施用效果较好,开发应用仍不成熟。 植物修复。到目前为止,植物修复是唯一能够减少土壤中重金属含量的一种成本低廉、对环境友好的方法,其优势是人们有目共睹的。植物修复可以从两方面进行:一是筛选和培育对重金属具有超常规吸收和富集能力的植物,种植在污染的土壤上,通过植物把土壤中的污染物吸收起来,再将收获植物中的重金属元素加以回收利用,达到消除污染的目的。二是选育农作物抗性品种,阻断土壤污染物进入食物链,实现对污染土地的安全使用,规避土壤污染物风险,也是长远而有效地治理和利用被污染土壤资源的一条重要途径。化学修复。化学修复是利用一些改良剂,与污染土壤中的重金属发生化学反应,如改变土壤的pH值、阳离子代换量等理化性质,经氧化还原、沉淀、吸附、络合、螯合、抑制和拮抗等作用来钝化土壤中的重金属,降低土壤中的重金属活性,达到污染治理和修复的目的。化学修复作为一种原位修复技术,简单有效、成本低廉,见效快,能够用于大面积的污染农田,且易于实施,特别是对于重金属轻度污染的土壤,修复效果明显,并得到广泛应用。 赵鹏院长指出经过比较上述六种修复技术,适用河南省农田土壤修复的技术为植物修复、化学修复。随着国家对生态环境的日益重视,河南省针对土壤污染的控制与修复会取得更多的成效和进步。
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