陸紅飛，喬冬梅，齊學(xué)斌，胡 超,3，趙志娟,4，白芳芳，趙宇龍，韓 洋

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，河南新鄉(xiāng)453002；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京100081；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)水土環(huán)境野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站，河南新鄉(xiāng)453002；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源高效安全利用重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，河南新鄉(xiāng)453002）

當(dāng)前我國(guó)的土壤重金屬Cd污染形勢(shì)非常嚴(yán)峻[1]。礦場(chǎng)周邊的農(nóng)田[2]、污灌區(qū)土壤[3]均受到不同程度的重金屬污染。Cd是一種積累性很強(qiáng)的重金屬元素，可通過食物鏈進(jìn)入人體，嚴(yán)重威脅人類健康，已被公認(rèn)為是對(duì)人類最具威脅的主要有毒重金屬之一[4-5]。研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)產(chǎn)品中Cd污染主要來源于土壤，而土壤Cd污染主要來自工業(yè)廢棄物及灌溉水[6]。

目前修復(fù)重金屬污染土壤的方法包括物理法、化學(xué)法、生物法以及聯(lián)合修復(fù)方法等。但單個(gè)方法在修復(fù)土壤重金屬污染時(shí)存在一些不足，如客土法存在成本、人力等限制，兩種或兩種以上方法結(jié)合治理重金屬污染，能夠充分發(fā)揮不同方法的優(yōu)點(diǎn)，相互之間能夠起到促進(jìn)作用。不同螯合劑的使用可不同程度地增加土壤中具有生物可利用性的水溶態(tài)重金屬，并增強(qiáng)不同植物對(duì)不同重金屬的富集[7-8]。

土壤低分子量有機(jī)酸是具有一個(gè)或數(shù)個(gè)羧基的小分子碳水化合物，主要來源于有機(jī)質(zhì)分解、微生物代謝、根系分泌等[9-10]，其中以檸檬酸、蘋果酸、草酸、乙酸最為常見，其在根系分泌的有機(jī)物中占較高比例。低分子有機(jī)酸可改變根際土壤理化性狀，促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收等，在土壤環(huán)境中具有重要的生態(tài)功能[11]。近年來，采用有機(jī)酸修復(fù)重金屬污染土壤得到越來越多的重視。醋酸、EDTA、檸檬酸、乳酸、草酸、蘋果酸等有機(jī)酸均能促進(jìn)植株地上部對(duì)重金屬的吸收，起到強(qiáng)化修復(fù)效果的作用[12-13]。植物與外源有機(jī)酸聯(lián)合可充分利用植物體內(nèi)或根際的有益微生物，增強(qiáng)植物對(duì)環(huán)境污染物和其他逆境的耐受性，從而有效增強(qiáng)共生體系對(duì)環(huán)境的修復(fù)能力，同時(shí)也能通過調(diào)節(jié)根際pH值、螯合作用等途徑影響土壤中重金屬的溶解[14-15]。利用植物根系本身的特性，施加適量的有機(jī)酸可促進(jìn)植物吸收土壤重金屬離子。

土壤重金屬形態(tài)及理化性質(zhì)和作物生長(zhǎng)發(fā)育等密切相關(guān)。土壤酶參與土壤中各種生物化學(xué)反應(yīng)[16]，在土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)方面扮演著重要角色。在土壤中添加有機(jī)酸可影響土壤酶活性和pH值，研究發(fā)現(xiàn)根際土壤有機(jī)酸量與土壤酶活性之間有明顯的相關(guān)關(guān)系[17-18]。在酸性土壤中施加有機(jī)酸時(shí)，有機(jī)酸的pH值越低，土壤pH值越低[19]，可能是因?yàn)橛袡C(jī)酸電離出部分H+，使土壤的pH值降低[20]；也可能是有機(jī)物通過分解過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸和一氧化碳影響土壤pH值的變化，從而導(dǎo)致pH值的降低[21]。研究表明，對(duì)酶活性起促進(jìn)作用的主要為可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd，起抑制作用的主要為鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd[22]。雖然將有機(jī)酸強(qiáng)度從1 mmol·L-1增加到 10 mmol·L-1，金屬溶解量顯著增加[23]，但不同有機(jī)酸、不同施加量以及不同類型土壤對(duì)Cd遷移轉(zhuǎn)化的影響存在較大差異[15，17，19，24]。

在治理農(nóng)田重金屬污染時(shí)，采用一些生物量較大、符合當(dāng)?shù)胤N植條件、有較強(qiáng)重金屬耐受能力、可以吸收提取重金屬的非食用性農(nóng)作物來進(jìn)行修復(fù)，比野外的一些超富集植物在應(yīng)用和修復(fù)潛力上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠湓谛迯?fù)重金屬污染的同時(shí)還可能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。以往研究多針對(duì)糧食作物、黑麥草以及一些重金屬超富集植物，而不同有機(jī)酸施加量下油菜地土壤Cd形態(tài)、酶活性的變化規(guī)律報(bào)道較少。油菜是油料作物中唯一的越冬作物，是一種用地養(yǎng)地的經(jīng)濟(jì)作物[25-27]，既有助于增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷量，又是非常好的觀賞植物，而且油菜的莖稈和菜籽可以用于制作生物燃料。李明銳等[28]研究發(fā)現(xiàn)油菜主要在根和莖葉累積Cd和Pb。近年華北部分地區(qū)也出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的Cd污染事件，綜合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，提出以種植油菜，配合施加一定量的有機(jī)酸來修復(fù)Cd污染的方法，通過研究不同有機(jī)酸對(duì)土壤理化指標(biāo)和油菜干物質(zhì)量的影響，分析土壤理化指標(biāo)與土壤Cd形態(tài)和油菜干物質(zhì)中Cd含量的關(guān)系，以期為植物配施有機(jī)酸修復(fù)土壤重金屬提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為自行配制的含Cd土壤。原土取自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所洪門試驗(yàn)站農(nóng)田表層（0～20 cm），為砂壤土，土壤顆粒組成為：粒徑小于0.002 mm的土壤顆粒占11.53%，粒徑0.002～0.05 mm之間的占75.37%，粒徑大于0.05 mm的占13.10%。土壤容重為1.39 g·cm-3，田間持水率（質(zhì)量）為24%，pH值為8.5，土壤Cd全量為0.838 mg·kg-1，TN、TP和K含量分別為1.14、0.63 g·kg-1和 0.086 g·kg-1。土樣風(fēng)干后過2 mm篩。試驗(yàn)設(shè)計(jì)土壤Cd含量為4.838 mg·kg-1，即向原土（共計(jì)279 kg）噴施CdCl2水溶液（Cd含量為1.116 g），迅速攪拌以充分混合，然后在陰涼處熟化1個(gè)月。種植作物為油菜，品種為甘雜1號(hào)，該品種油菜對(duì)低濃度Cd有一定的吸收能力[29]。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017年在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所洪門試驗(yàn)站（35°15'N，113°55'E）溫室中進(jìn)行。采用盆栽試驗(yàn)方式。試驗(yàn)設(shè)5種有機(jī)酸施加類型和6個(gè)有機(jī)酸施加水平，5種有機(jī)酸分別為乙酸、草酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸，6個(gè)施加水平分別為1、2、3、4、5、6 mmol·kg-1，以不加有機(jī)酸處理為對(duì)照（CK），共計(jì)31個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，共計(jì)93盆。試驗(yàn)以分析純尿素、分析純KH2PO4、分析純KNO3作為肥料，供試土壤施肥量為 N 150 mg·kg-1，P2O5100 mg·kg-1，K2O 300 mg·kg-1，肥料與干土混合均勻，放置平衡一周后每盆裝土3 kg。2017年5月10日播油菜種子，每盆播種10顆，出苗后留5顆。5月13日出苗，5月17日間苗，在盆缽中呈三角形分布保留3株，10月11日收割油菜。采用稱重法控制土壤含水率在田間持水率的60%～80%。分2次（6月14日和7月30日）施加有機(jī)酸，即每次隨水噴施3、6、9、12、15、18 mmol。

1.3 測(cè)試內(nèi)容和分析方法

（1）油菜干物質(zhì)量：收獲后，將油菜根和地上部（莖葉莢作為一個(gè)整體收集在一起）先用自來水沖洗，再用去離子水沖洗，烘箱中105℃下殺青30 min，然后在75℃下烘至恒質(zhì)量，分別稱質(zhì)量。

（2）油菜植株Cd含量：將烘干的植株樣品磨碎過60目篩，采用HNO3-HClO4（體積比為5∶1）消化法測(cè)定植株Cd含量。

（3）土壤Cd及不同形態(tài)Cd含量：土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干，研磨，過200目尼龍篩，采用AA-6300FG型原子吸收光譜儀測(cè)定土壤Cd含量，其中可交換態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機(jī)態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)Cd采用Tessier同步提取法測(cè)定。

（4）轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和富集系數(shù)：轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為植物地上部重金屬含量與根部重金屬含量的比值，本文中富集系數(shù)為植物地上部（根）重金屬含量與土壤重金屬含量的比值。

（5）土壤pH值：土水比1∶5浸提后，采用雷磁pH計(jì)測(cè)定。

（6）土壤酶活性：土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，其活性以1 g土壤消耗0.1 mol·L-1KMnO4的體積（mL）表示；土壤淀粉酶采用二硝基水楊酸比色法測(cè)定，以5 h后1 g土壤中葡萄糖的質(zhì)量（mg）表示；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，其活性以24 h后1 g土壤釋放的葡萄糖質(zhì)量（mg）表示[30]。

采用Excel 2010和SPSS19.0統(tǒng)計(jì)并分析數(shù)據(jù)，采用Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析，顯著性水平為0.05，采用皮爾遜雙側(cè)檢驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)酸對(duì)土壤pH值和土壤酶活性的影響

不同有機(jī)酸處理下的土壤pH值和酶活性見表1。由表1可知，有機(jī)酸處理的pH值比CK增大了0～0.22 個(gè)單位，其中 2 mmol·kg-1乙酸和草酸、1 mmol·kg-1檸檬酸和蘋果酸以及5 mmol·kg-1酒石酸處理下的pH值相對(duì)低于其他有機(jī)酸施加量處理。與CK相比，施加1、3、4、5、6 mmol·kg-1乙酸可以顯著增大土壤pH值（P＜0.05），其中6 mmol·kg-1處理增大了0.22個(gè)單位；添加不同摩爾濃度草酸對(duì)土壤pH值無顯著影響（P＞0.05）；施加4、5、6 mmol·kg-1檸檬酸處理的pH值顯著大于CK和1、2、3 mmol·kg-1檸檬酸處理（P＜0.05），其中5 mmol·kg-1檸檬酸處理增加幅度最大；施加3 mmol·kg-1蘋果酸的處理顯著增大了土壤pH值（P＜0.05），其他蘋果酸處理與CK無顯著差異（P＞0.05）；施加3、6 mmol·kg-1酒石酸處理pH值較CK顯著增大了0.19、0.20個(gè)單位（P＜0.05），其他酒石酸處理pH值與CK無顯著差異（P＞0.05）。

施加6 mmol·kg-1乙酸有利于提高土壤過氧化氫酶活性，較CK提高了0.51%，其他處理均與CK無顯著差異。施加2 mmol·kg-1乙酸處理有利于提高土壤淀粉酶活性，較CK增加了38.46%，但差異不顯著（P＞0.05）；6 mmol·kg-1蘋果酸處理淀粉酶活性降低了15.38%，但與CK差異不顯著（P＞0.05）；3 mmol·kg-1草酸、6 mmol·kg-1檸檬酸、2 mmol·kg-1蘋果酸、4 mmol·kg-1酒石酸處理土壤淀粉酶活性較CK增幅均超過38%，但差異均不顯著（P＞0.05）。與CK相比，6 mmol·kg-1檸檬酸處理蔗糖酶活性顯著提高了0.32 mg·g-1（P＜0.05），2 mmol·kg-1酒石酸處理蔗糖酶活性顯著降低了0.19 mg·g-1（P＜0.05），其余處理與CK無顯著差異（P＞0.05）；1 mmol·kg-1草酸處理的蔗糖酶活性顯著高于3 mmol·kg-1草酸處理（P＜0.05）。

2.2 不同有機(jī)酸對(duì)油菜地上部（莖葉莢）和根干物質(zhì)量的影響

不同有機(jī)酸處理對(duì)油菜地上部干物質(zhì)量和根干物質(zhì)量的影響如圖1所示。從圖1A可以看出，與CK相比，施加 1、4、6 mmol·kg-1乙酸處理油菜地上部干物質(zhì)量分別提高了27.47%、12.71%、15.36%，差異顯著（P＜0.05）；2、4、5、6 mmol·kg-1草酸處理油菜地上部干物質(zhì)量高于CK，1、3 mmol·kg-1草酸處理油菜地上部干物質(zhì)量低于CK，但各處理間差異均不顯著（P＞0.05）；1、2、3、5、6 mmol·kg-1檸檬酸處理地上部干物質(zhì)量較 CK分別增加了 9.73%、3.92%、15.11%、13.43%、16.25%，但差異均不顯著（P＞0.05）；1、5、6 mmol·kg-1蘋果酸處理地上部干物質(zhì)量高于CK，而2、3、4 mmol·kg-1則低于CK，但各處理間差異均不顯著（P＞0.05）；與檸檬酸處理相似，1、2、3、5、6 mmol·kg-1酒石酸處理地上部干物質(zhì)量也高于CK，而4 mmol·kg-1處理低于CK，除6 mmol·kg-1處理顯著高于4 mmol·kg-1處理外（P＜0.05），其余處理間差異不顯著（P＞0.05）。

表1 不同有機(jī)酸處理下土壤pH值和酶活性Table 1 pH and enzyme activity of soil under different organic acids treatments

從圖1B可以看出，與CK相比，1～6 mmol·kg-1乙酸處理均提高了油菜根干物質(zhì)量，其中，1、6 mmol·kg-1乙酸處理較CK增加了1倍以上；2、4、5、6 mmol·kg-1草酸處理油菜根干物質(zhì)量較CK提高了66.86%、12.74%、38.47%、8.25%，而1、3 mmol·kg-1草酸處理則低于CK，但各處理與CK間差異均不顯著（P＞0.05）；1～6 mmol·kg-1檸檬酸處理油菜根干物質(zhì)量較CK增加了3.31%～30.60%，但差異不顯著（P＞0.05）；4、6 mmol·kg-1蘋果酸處理油菜根干物質(zhì)量較CK增加了77.13%、88.30%，1、2、3、5 mmol·kg-1處理根干物質(zhì)量也高于CK，但差異不顯著（P＞0.05）；1、2、4、5、6 mmol·kg-1酒石酸處理油菜根干物質(zhì)量分別較CK增加了18.84%、77.39%、21.57%、7.15%、20.53%，而3 mmol·kg-1酒石酸處理則降低了31.77%，但各處理間差異不顯著（P＞0.05）。

2.3 不同有機(jī)酸對(duì)油菜地上部和根系Cd累積量以及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和富集系數(shù)的影響

不同有機(jī)酸處理對(duì)油菜地上部分和根系Cd累積量的影響如圖2所示。從圖2A可以看出，隨著乙酸施加量的增加，油菜地上部和根系Cd累積量呈降低趨勢(shì)，其中1 mmol·kg-1乙酸處理地上部Cd累積量較CK增加了51.52%，差異顯著（P＜0.05），其余處理與CK差異不顯著（P＞0.05），且1 mmol·kg-1乙酸處理顯著高于5、6 mmol·kg-1乙酸處理（P＜0.05）；施加乙酸處理根系Cd累積量均高于CK，其中1 mmol·kg-1處理顯著增加了3.21倍（P＜0.05），其余處理與CK差異不顯著（P＞0.05）；1 mmol·kg-1乙酸處理地上部+根系Cd累積量顯著高于 CK 和 5、6 mmol·kg-1乙酸處理（P＜0.05）。

圖1 不同有機(jī)酸處理下油菜干物質(zhì)量Figure 1 Dry matter weight of rapeseed under different organic acidstreatments

從圖2B可以看出，地上部和根系Cd累積量隨草酸施加量的增加呈先升高后降低再升高再降低的趨勢(shì)；不同草酸施加量處理地上部Cd累積量與CK無顯著差異（P＞0.05）；2 mmol·kg-1草酸處理根系Cd累積量較CK增加了1.58倍，差異顯著（P＜0.05），其余草酸處理根系Cd累積量雖高于CK，但與CK差異不顯著（P＞0.05）；2 mmol·kg-1草酸處理地上部+根系Cd累積量較CK增加了75.00%，差異顯著（P＜0.05）。

從圖2C可以看出，檸檬酸處理地上部、根系Cd累積量呈先降低后升高的趨勢(shì)；與CK相比，檸檬酸處理地上部Cd累積量無顯著差異（P＞0.05），根系Cd累積量較CK增加了42.11%～231.58%，其中1 mmol·kg-1檸檬酸處理與CK差異顯著（P＜0.05），其地上部+根系Cd累積量也顯著高于CK（P＜0.05）。

從圖2D可以看出，蘋果酸處理地上部Cd累積量與CK無顯著差異（P＞0.05），根系Cd累積量隨蘋果酸施加量增加呈增加趨勢(shì)，但與CK差異不顯著（P＞0.05），地上部+根系Cd累積量與CK也無顯著差異（P＞0.05）。

從圖2E可以看出，地上部Cd累積量隨酒石酸施加量的增加呈降低趨勢(shì)；與CK相比，1 mmol·kg-1酒石酸處理地上部Cd累積量增加了33.33%，1、2 mmol·kg-1酒石酸處理根系Cd累積量增加了1.68、1.95倍，但差異不顯著，其余處理與CK差異也不顯著（P＞0.05），地上部+根系Cd累積量均高于CK，但差異也均不顯著（P＞0.05）。

圖2 不同有機(jī)酸處理地上部和根系Cd累積量Figure 2 Cd accumulation in shoot and root under different organic acids treatments

不同有機(jī)酸處理富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)如圖3所示。從圖3A可以看出，加酸處理轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均低于CK，其中檸檬酸處理與CK差異顯著（P＜0.05）；隨濃度升高，乙酸處理轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)先升高后降低，草酸處理表現(xiàn)為先降低后升高，檸檬酸呈線性變化，蘋果酸處理起伏變化，酒石酸處理先升高后降低。

從圖3B可以看出，3 mmol·kg-1乙酸處理地上部富集系數(shù)較CK增加了33.89%，差異顯著（P＜0.05）；1 mmol·kg-1檸檬酸處理地上部富集系數(shù)較 4、5、6 mmol·kg-1處理增加了24.32%、39.19%、40.54%，差異顯著（P＜0.05）；3、4、5 mmol·kg-1蘋果酸處理地上部富集系數(shù)較6 mmol·kg-1處理增加了64.52%、83.97%、103.23%，6 mmol·kg-1蘋果酸處理較 CK 降低了47.46%，差異顯著（P＜0.05）；1、3 mmol·kg-1酒石酸處理地上部富集系數(shù)顯著高于6 mmol·kg-1處理（P＜0.05）。隨濃度升高，乙酸處理地上部富集系數(shù)呈起伏變化，草酸處理呈拋物線變化，檸檬酸處理則呈不斷降低趨勢(shì)，蘋果酸處理先降低后升高再降低，酒石酸處理呈波動(dòng)降低趨勢(shì)。

從圖3C可以看出，除1 mmol·kg-1草酸和2 mmol·kg-1蘋果酸處理外，其余處理根富集系數(shù)均高于CK。與CK相比，3 mmol·kg-1乙酸處理根富集系數(shù)增加了95.36%，1 mmol·kg-1檸檬酸處理增加了97.94%，差異顯著（P＜0.05）；在1～6 mmol·kg-1區(qū)間，草酸處理根富集系數(shù)呈先升高后降低趨勢(shì)，檸檬酸處理呈逐漸降低趨勢(shì)，其余處理規(guī)律不明顯。

2.4 土壤pH值、土壤酶活性與土壤Cd形態(tài)和干物質(zhì)中Cd含量的關(guān)系

由表2可知，施加乙酸時(shí)，乙酸施加量與土壤碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd和土壤Cd總量顯著負(fù)相關(guān)，r分別為-0.484、-0.534和-0.475，同時(shí)與地上部Cd極顯著負(fù)相關(guān)；土壤pH值與鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd和試驗(yàn)結(jié)束時(shí)土壤Cd總量顯著負(fù)相關(guān)，r分別為-0.447和-0.469。施加草酸時(shí)，草酸施加量與可交換態(tài)Cd極顯著正相關(guān)（r=0.617），土壤pH值與土壤和植株中的Cd均呈弱負(fù)相關(guān)關(guān)系。施加檸檬酸時(shí)，檸檬酸施量與碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd顯著正相關(guān)，r分別為0.494、0.445，土壤pH值與碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd和土壤Cd總量顯著正相關(guān)，r分別為0.474、0.448。施加蘋果酸時(shí)，蘋果酸施加量與可交換態(tài)Cd顯著正相關(guān)（r=0.487），pH值與可交換態(tài)Cd顯著正相關(guān)（r=0.454）。施加酒石酸時(shí)，酒石酸施加量與地上部Cd極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.571），而土壤pH值與土壤Cd含量及其形態(tài)的相關(guān)性不顯著。

圖3 不同有機(jī)酸處理轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和富集系數(shù)Figure 3 Transfer and accumulation coefficient under different organic acids treatments

施加乙酸時(shí)，土壤過氧化氫酶活性與土壤和植株中的Cd均呈弱負(fù)相關(guān)關(guān)系；淀粉酶活性與殘?jiān)鼞B(tài)Cd顯著正相關(guān)（r=0.458），蔗糖酶活性與有機(jī)態(tài)Cd顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.460）。施加草酸時(shí)，過氧化氫酶活性與鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.436）；除殘?jiān)鼞B(tài)外，蔗糖酶活性與其余形態(tài)的Cd和植株中Cd呈弱負(fù)相關(guān)。施加檸檬酸時(shí)，過氧化氫酶、淀粉酶和蔗糖酶活性與土壤和植株中的Cd相關(guān)關(guān)系均不明顯。施加蘋果酸時(shí)，過氧化氫酶活性與碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd顯著正相關(guān)（r=0.437）；淀粉酶活性與鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd和地上部Cd極顯著正相關(guān)，與殘?jiān)鼞B(tài)Cd極顯著負(fù)相關(guān)，r分別為0.596、0.608、-0.549；蔗糖酶與土壤和植株中的Cd相關(guān)關(guān)系不明顯。施加酒石酸時(shí)，過氧化氫酶、淀粉酶和蔗糖酶活性與其他指標(biāo)之間的相關(guān)性均較弱。

從表3可以看出，乙酸、草酸、檸檬酸、蘋果酸施加量與地上部和根干物質(zhì)量均正相關(guān)，其中蘋果酸施量與根干物質(zhì)量極顯著正相關(guān)（r=0.655）；酒石酸施量與地上部干物質(zhì)量正相關(guān)，與根干物質(zhì)量關(guān)系較弱。

3 討論

土壤pH值和酶活性易受到外界環(huán)境的影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分產(chǎn)生作用。一般而言，植物對(duì)Cd的吸收量隨pH值的降低而增加[31]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)的最終pH可以是酸性的，也可以是堿性的，這取決于同一給電子體的電子受體的選擇，如乙酸鹽為碳源的大腸桿菌好氧生長(zhǎng)過程中消耗H+，而用乙酸鹽作為供體和Fe（Ⅲ）作為胞外電子受體時(shí)地桿菌生長(zhǎng)分泌H+[32]。本研究表明，除草酸外，不同摩爾濃度的乙酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸對(duì)土壤pH值產(chǎn)生了不同程度的影響，但試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，所有處理土壤pH值均高于原土，不同于前人研究結(jié)果[19，33]。一方面可能是因?yàn)樵囼?yàn)用土本身為堿性土，一定量的有機(jī)酸施入后不足以大幅降低土壤pH值，且前人研究多為短期且未種植作物，而本研究經(jīng)過一個(gè)生育期的灌溉，可能導(dǎo)致土壤pH值升高，故仍需要監(jiān)測(cè)生育期土壤pH值加以驗(yàn)證。吳曦等[34]也證實(shí)鹽堿土種植油菜土壤pH值隨時(shí)間緩慢增加，這可能與土壤本身的緩沖能力有關(guān)[35]；另一方面可能是因?yàn)槭┘拥乃嶙鳛樘荚匆部杀徽J(rèn)為是供給微生物的食物[36]，酸的種類和量不同均會(huì)影響微生物對(duì)H+的消耗或生成，這一點(diǎn)需要對(duì)土壤微生物進(jìn)行檢測(cè)加以驗(yàn)證。不同有機(jī)酸對(duì)土壤過氧化氫酶活性的影響較弱，僅6 mmol·kg-1乙酸處理顯著增加了土壤過氧化氫酶活性。各有機(jī)酸處理淀粉酶活性與CK無顯著差異。6 mmol·kg-1檸檬酸和2 mmol·kg-1酒石酸處理蔗糖酶活性與CK差異顯著，其余處理差異不顯著。這與趙鵬志等[37]研究結(jié)果存在較大差異，主要是因?yàn)楸狙芯康耐翗尤∽允斋@期，土壤理化性質(zhì)在施加有機(jī)酸之后經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的演變，而趙鵬志等研究則是短期的培養(yǎng)性試驗(yàn)，且未種植作物。

表2 土壤pH值、土壤酶活性與土壤Cd形態(tài)和干物質(zhì)中Cd含量的相關(guān)分析結(jié)果Table 2 Correlation analysis result of soil pH value，soil enzyme activity with Cd formand Cd content in dry matter

表3 有機(jī)酸施加量與地上部和根干物質(zhì)量的相關(guān)性結(jié)果Table 3 Correlation analysis result of organic acid application amount with dry matter weight of shoot and root

向土壤中施加添加劑可以促進(jìn)植物吸收更多的Cd，如施加聚多曲霉菌有利于提高芥菜單株Cd吸收量[38]。本研究發(fā)現(xiàn)，1、4、6 mmol·kg-1乙酸處理油菜地上部干物質(zhì)量與CK差異顯著，其余處理則不顯著。除 3 mmol·kg-1草酸、2 mmol·kg-1蘋果酸、3 mmol·kg-1酒石酸處理外，其余處理根干物質(zhì)量均高于CK，其中1 mmol·kg-1和 6 mmol·kg-1乙酸、2 mmol·kg-1和 5 mmol·kg-1草酸、4 mmol·kg-1和 6 mmol·kg-1蘋果酸、2 mmol·kg-1酒石酸根干物質(zhì)量增幅較大。說明添加有機(jī)酸有利于提高作物生物量，這與已有研究結(jié)果[39]相似。而有研究表明在土壤中投加EDTA導(dǎo)致植物生物量降低[40-41]，與本研究結(jié)果不同，可能是因?yàn)闄幟仕?、蘋果酸、草酸、乙酸等是根分泌物中的主要有機(jī)物，適當(dāng)增加這些有機(jī)酸能夠進(jìn)一步促進(jìn)植株吸收水分和養(yǎng)分，增加干物質(zhì)積累。除酒石酸處理的根干物質(zhì)量外，不同有機(jī)酸施加量均與油菜的干物質(zhì)量呈一定程度的正相關(guān)，也證明了添加有機(jī)酸有利于提高作物的干物質(zhì)量。這與針對(duì)烤煙[42]、玉米[43]的研究結(jié)果相似，祝方等[44]研究也表明草酸可以增加黃芥生物量。施加5種有機(jī)酸均可以增加根系吸收的Cd量，可能是因?yàn)槭┘佑袡C(jī)酸短期內(nèi)土壤pH值有所降低，促進(jìn)了植物吸收Cd[45-46]，且提高有機(jī)酸濃度有利于提高土壤重金屬去除率[47]。本研究發(fā)現(xiàn)，增加有機(jī)酸施加量不利于富集系數(shù)的增加，1 mmol·kg-1乙酸處理轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)較高，這說明種植油菜時(shí)不宜增加有機(jī)酸施加量。同時(shí)，乙酸、草酸、檸檬酸施加量較低時(shí)，油菜地上部Cd累積量和總Cd累積量較高，可能是因?yàn)榈褪┘恿康挠袡C(jī)酸提高了重金屬Cd的生物有效性[48]，增加了根系吸收的Cd量，這與在小白菜[49]、水稻[50]上的研究結(jié)果相似。

在評(píng)估當(dāng)前受污染土壤的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐時(shí)，考慮土壤中Cd的有效性和土壤pH值非常重要[51]。乙酸處理土壤pH值與鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd和土壤總Cd顯著負(fù)相關(guān)，這與李江遐等[52]研究結(jié)果較為一致；而淀粉酶活性與殘?jiān)鼞B(tài)Cd顯著正相關(guān)，蔗糖酶活性與有機(jī)態(tài)Cd顯著負(fù)相關(guān)，同時(shí)不同施加量乙酸均增大了土壤pH值，但對(duì)淀粉酶活性和蔗糖酶活性的影響較弱。草酸處理過氧化氫酶與鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd顯著負(fù)相關(guān)，但不同施加量草酸對(duì)過氧化氫酶活性無顯著影響。檸檬酸處理土壤pH值與碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd和土壤總Cd顯著正相關(guān)，而較高摩爾濃度的檸檬酸增加了土壤pH值，說明不宜增加檸檬酸施加量，馬歡歡等[24]也證實(shí)低施加量檸檬酸有利于提高油葵對(duì)Cd的富集效果。蘋果酸處理土壤pH值與可交換態(tài)Cd顯著正相關(guān)，淀粉酶活性與鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd和地上部Cd極顯著正相關(guān)，與殘?jiān)鼞B(tài)Cd極顯著負(fù)相關(guān)，說明淀粉酶能夠更多地參與重金屬Cd在土壤中的物理化學(xué)變化。酒石酸處理土壤pH值、過氧化氫酶、淀粉酶、蔗糖酶活性與土壤的Cd關(guān)系不明顯。從有機(jī)酸施加量角度來看，乙酸與碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd和土壤Cd總量顯著負(fù)相關(guān)，草酸、蘋果酸與可交換態(tài)Cd顯著正相關(guān)，檸檬酸與碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd顯著正相關(guān)，酒石酸與地上部Cd極顯著負(fù)相關(guān)，這與文獻(xiàn)[22]研究結(jié)果不同，可能是因?yàn)槲墨I(xiàn)[22]的研究并未種植作物，且試驗(yàn)時(shí)間僅為3 d。綜上可知，乙酸對(duì)土壤中Cd的遷移及其形態(tài)變化影響更大。

土壤重金屬污染防治以及相關(guān)機(jī)理研究越來越深入[53-54]，本文僅分析了pH值、過氧化氫酶活性、淀粉酶活性、蔗糖酶活性4個(gè)土壤理化指標(biāo)與土壤Cd形態(tài)之間的關(guān)系。前人研究表明不同有機(jī)酸對(duì)脲酶活性的影響更為明顯[55]，且脲酶活性可以反映土壤重金屬污染狀況，尤其與Cd顯著相關(guān)[56]。另外，鹽分對(duì)土壤Cd形態(tài)的變化有較大影響[57-58]，有研究表明含鹽量越高可交換態(tài)和還原態(tài)Cd的比例越高[59]。而且本研究只測(cè)試了收獲時(shí)的土壤理化性質(zhì)，缺乏試驗(yàn)過程中土壤理化性質(zhì)的演變分析以及土壤根系對(duì)重金屬的滯留方面[60]的研究，有機(jī)酸施入土壤后，因種植時(shí)期為5～10個(gè)月，花期授粉不足，至收獲時(shí)油菜籽粒產(chǎn)量較低，不足以用于測(cè)試籽粒中的Cd含量，這是本研究的不足；另外，養(yǎng)分與土壤重金屬的關(guān)系也需要進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

（1）在堿性土種植油菜，施加乙酸、草酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸均會(huì)增大收獲時(shí)土壤pH值；但5種有機(jī)酸對(duì)油菜收獲時(shí)土壤過氧化氫酶、淀粉酶、蔗糖酶的影響較弱。

（2）5種有機(jī)酸較低施加量（乙酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸 1 mmol·kg-1，草酸為 2 mmol·kg-1）和施加量為5、6 mmol·kg-1均有利于提高油菜地上部和根干物質(zhì)量。施加1 mmol·kg-1乙酸可以顯著提高地上部和根系吸Cd量，增加蘋果酸施用量可提高根系Cd累積量。施加5、6 mmol·kg-1乙酸可以降低油菜地上部Cd含量。施加有機(jī)酸會(huì)降低轉(zhuǎn)移系數(shù)，而1 mmol·kg-1乙酸、檸檬酸、酒石酸處理均能增加根和地上部富集系數(shù)。

（3）不同有機(jī)酸施加量對(duì)土壤Cd形態(tài)的影響不同。乙酸施加量與碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd顯著負(fù)相關(guān)，而檸檬酸則均顯著正相關(guān)，草酸和蘋果酸施加量與可交換態(tài)Cd顯著正相關(guān)。施加乙酸時(shí)，土壤pH值與鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd和土壤總Cd顯著負(fù)相關(guān)。

（4）綜合土壤Cd含量、干物質(zhì)量、植株吸收Cd量來看，在本試驗(yàn)條件下，施加乙酸的土壤Cd修復(fù)效果優(yōu)于其他4種有機(jī)酸，以1 mmol·kg-1為最佳施加量。