王亞男，許 靜，郝利君，刁風(fēng)偉，張璟霞，丁勝利，史中奇，賈冰冰，郭 偉

（內(nèi)蒙古大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，蒙古高原生態(tài)學(xué)與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境污染控制與廢物資源化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特010021）

近年來，隨著人類活動(dòng)加劇和農(nóng)用化學(xué)品的大量使用，導(dǎo)致包括中國(guó)在內(nèi)的世界部分干旱半干旱地區(qū)土壤和沿海及河口灘涂土壤受到重金屬污染和鹽漬化的“雙重”影響，使得重金屬污染鹽漬化土壤成為世界性的環(huán)境問題[1]。與重金屬污染非鹽漬化土壤相比，鹽漬化土壤中的鹽分可增加重金屬的遷移性和生物有效性，從而顯著改變重金屬污染鹽漬化土壤可導(dǎo)致的環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)[2]。但是，由于重金屬污染鹽漬化土壤的復(fù)雜性及相關(guān)修復(fù)技術(shù)缺少針對(duì)性，使得修復(fù)效果十分有限。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐漸開展了利用鹽生植物修復(fù)重金屬污染鹽漬化土壤的研究[2]。在鹽漬化土壤環(huán)境下，鹽生植物與甜土植物相比具有較高的生物量和富集鹽分的能力[3]，同時(shí)也具有較強(qiáng)重金屬耐受性或積累重金屬的能力[4]。土壤鹽分可影響鹽生植物對(duì)重金屬的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)及耐受性[5]。因此，挖掘并使用鹽生植物治理重金屬污染鹽漬化土壤，具有較好的環(huán)境效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。

為了提高土壤的修復(fù)效率，通過外源添加土壤修復(fù)劑強(qiáng)化植物修復(fù)效果的研究也逐漸開展起來[6]。乙二胺四乙酸（EDTA）是一種有效的二價(jià)金屬離子螯合劑，能增加土壤重金屬的移動(dòng)性，可顯著提高重金屬污染土壤的植物修復(fù)效率[7]。生物質(zhì)炭是一種來源廣泛的土壤改良劑，一方面在鹽漬化或重金屬污染土壤環(huán)境中生物質(zhì)炭可改善土壤理化性質(zhì)和植物營(yíng)養(yǎng)狀況[8]，提高植物對(duì)逆境脅迫的抗性[9]，可加速土壤中鹽分的浸出，對(duì)于改良鹽漬化土壤具有巨大的潛力[10]；另一方面生物質(zhì)炭具有巨大的比表面積，可固持和吸附土壤中的重金屬并降低其有效態(tài)含量，從而減輕重金屬對(duì)植物的毒害作用[11]。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)利用EDTA 和生物質(zhì)炭促進(jìn)鹽地堿蓬修復(fù)重金屬污染鹽漬化土壤的研究尚較少[2]，并且二者對(duì)重金屬污染鹽漬化土壤修復(fù)的作用機(jī)理也不盡相同，其相關(guān)研究對(duì)于強(qiáng)化重金屬污染鹽漬化土壤的植物修復(fù)效率具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

本研究采用盆栽試驗(yàn)法，模擬重金屬鎘（Cd）污染NaCl 型鹽漬化土壤，研究施加EDTA 和生物質(zhì)炭?jī)煞N修復(fù)劑對(duì)重金屬污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬生長(zhǎng)、離子平衡、鹽分離子和重金屬鎘吸收、積累的影響，探討修復(fù)劑的施加對(duì)鹽地堿蓬修復(fù)Cd污染NaCl 型鹽漬化土壤的影響，旨在為重金屬污染鹽漬化土壤的修復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試植物為鹽地堿蓬（Suaeda salsa），種子采于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟蘇尼特右旗。播種前，挑選大小均一飽滿的種子，用10%H2O2消毒10 min。供試修復(fù)劑EDTA（分析純，天津市永大化學(xué)試劑開發(fā)中心）購(gòu)于鑫業(yè)鴻程試劑耗材公司；生物質(zhì)炭購(gòu)于江蘇省溧陽(yáng)市德勝活性炭廠，由水稻秸稈燒制。生物質(zhì)炭的技術(shù)指標(biāo)：外觀為粉末狀，粒度為150～200 目，pH 為10.57，比表面積大于400 m2·g–1，鐵鹽小于0.1%，堆積比重低于450 mg·L–1，水分低于10%，總碳538.2 g·kg–1，氮13.8 g·kg–1，磷3.0 g·kg–1，鉀23.4 g·kg–1，制作溫度高于500℃，燒制時(shí)間約為4 h。供試土壤采自呼和浩特市苗圃區(qū)（40°48′N，111°43′E），采樣深度為0～20 cm，自然風(fēng)干過2 mm土壤篩，理化性質(zhì)見表 1，重金屬 Cd 濃度為0.084 mg·kg–1，水溶性鹽含量為0.25 g·kg–1。通過向采集的無(wú)污染非鹽漬化土壤（Cd0S0：0 mg·kg–1Cd，0 g·kg–1NaCl）中 施 加 氯 化 鈉（NaCl）和 氯 化 鎘（CdCl2）溶液模擬NaCl 型鹽漬化土壤（Cd0S4：0 mg·kg–1Cd，4 g·kg–1NaCl）、重金屬Cd 污染土壤（Cd3S0：3 mg·kg–1Cd，0 g·kg–1NaCl）和重金屬Cd污染NaCl 型鹽漬化土壤（Cd3S4：3 mg·kg–1Cd，4 g·kg–1NaCl）。將土壤混合均勻后裝在圓形花盆中，在室溫保持80%田間持水量老化四周后使用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)在內(nèi)蒙古大學(xué)玻璃溫室內(nèi)完成。試驗(yàn)設(shè)置4 種不同類型的土壤基質(zhì)，分別為無(wú)污染非鹽漬化土壤（Cd0S0）、NaCl 型鹽漬化土壤（Cd0S4）、重金屬Cd 污染土壤（Cd3S0）和重金屬Cd 污染NaCl型鹽漬化土壤（Cd3S4）；每種土壤基質(zhì)設(shè)置對(duì)照和施加兩種修復(fù)劑處理，分別為不添加修復(fù)劑對(duì)照處理（CK）、添加EDTA（4 mmol·kg–1）、生物質(zhì)炭（BC，15 g·kg–1）處理。每個(gè)處理設(shè)置4 個(gè)重復(fù)，共計(jì)48盆，隨機(jī)排列。培養(yǎng)容器為圓形塑料花盆（上口徑16.5 cm×下口徑10.5 cm×高度13 cm），內(nèi)襯滅菌塑料自封袋，每盆裝老化四周后的土壤2 kg，種植前將生物質(zhì)炭與土壤均勻混合。每盆播種消毒后的鹽地堿蓬種子100 顆，生長(zhǎng)10 d 后間苗，保留4 株長(zhǎng)勢(shì)相近的植株。在植物收獲前一周以溶液的形式分2 次添加EDTA 至設(shè)置濃度[12]。試驗(yàn)期間自然采光，采用稱重法澆水以維持植物生長(zhǎng)期土壤基質(zhì)含水量為田間最大持水量的100%。出苗之日起，生長(zhǎng)75 d 后收獲鹽地堿蓬植物樣品。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table1 Physico-chemical properties of the soil

1.3 樣品制備與分析

自莖基部將鹽地堿蓬地上部剪下，用蒸餾水反復(fù)多次沖洗莖葉和根系，70℃烘干后稱重。粉碎植物樣品，稱取0.5 g 加入5 mL 超凈高純HNO3（BV-Ⅲ）在120℃開放式消煮96 h。利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ ICP-OES， Optima 7000DV，PerkinElmer，美國(guó)）測(cè)定消煮液中磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）和鈉（Na）濃度，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，DRCE，PerkinElmer，美國(guó)）測(cè)定消煮液中重金屬Cd 濃度。采用納氏試劑比色法測(cè)定土壤有效氮含量，混合溶液提取-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定有效磷和速效鉀含量[13]?？商崛B(tài)鎘的測(cè)定：在離心管中稱取2.5 g 風(fēng)干土，加入25 mL 乙酸銨-EDTA 萃取液（0.5 mol·L–1CH3COONH4，0.5 mol·L–1CH3COOH，0.02 mol·L–1Na2EDTA，pH 4.65），室溫振蕩1 h后離心，上清液過0.45 μm 濾膜，ICP-MS 測(cè)定可提取態(tài)Cd 濃度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2013 計(jì)算所有數(shù)據(jù)的平均值及標(biāo)準(zhǔn)誤差，使用SPSS 24.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，使用Origin 2017 函數(shù)繪圖軟件制圖。鄧肯新復(fù)極差檢驗(yàn)法（Duncan’s test）檢驗(yàn)各處理平均值之間的差異顯著性（P＜0.05），采用多因素方差分析鹽分、重金屬和修復(fù)劑的作用及三者交互作用對(duì)相關(guān)測(cè)定指標(biāo)的影響。應(yīng)用皮爾森相關(guān)分析（Pearson correlation analysis），研究植物地上部和根部Cd 濃度與土壤環(huán)境因子（土壤電導(dǎo)率EC、pH、有效氮、有效磷、速效鉀、可提取態(tài)Cd 濃度）的關(guān)系。

2 結(jié) 果

2.1 修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤有效養(yǎng)分和可提取態(tài)鎘濃度的影響

施加兩種修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤有效氮、磷、鉀和可提取態(tài)鎘濃度的影響，如表2 所示。與CK 相比，施加生物質(zhì)炭使得Cd0S0、Cd0S4、Cd3S0和Cd3S4 處理土壤有效磷濃度顯著增加了67.1%～188.9%；施加生物質(zhì)炭處理時(shí)，Cd3S4 與Cd0S0、Cd0S4、Cd3S0 處理相比顯著增加了土壤有效磷濃度（P＜0.05）。與CK 相比，施加生物質(zhì)炭使得Cd0S0、Cd0S4、Cd3S0 和Cd3S4 處理土壤速效鉀濃度分別顯著增加了33.7%～98.2%（P＜0.05）；施加生物質(zhì)炭處理時(shí)，Cd3S4 與Cd0S0、Cd0S4、Cd3S0 處理相比顯著增加了土壤速效鉀濃度（P＜0.05）。與CK 相比，施加EDTA 使得Cd3S0 處理可提取態(tài)Cd 濃度顯著增加了20.8%；在對(duì)照CK 組，Cd3S4 與Cd3S0相比，NaCl 處理使得可提取態(tài)Cd 濃度顯著增加了41.7%（P＜0.05）。

2.2 修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬生長(zhǎng)的影響

施加兩種修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬生長(zhǎng)的影響，如表3 所示。無(wú)論是否施加修復(fù)劑，Cd0S4 與Cd0S0 相比，NaCl 處理均使得鹽地堿蓬地上部干物質(zhì)量和總干物質(zhì)量分別顯著增加了115.5%～341.7%和 66.6%～327.7%（P＜0.05）；Cd3S4 與Cd0S4 相比，鎘脅迫均使得鹽地堿蓬地上干物質(zhì)量和總干物質(zhì)量分別顯著降低了 62.8%～84.4%和66.6%～86.0%（P＜0.05）。與CK 相比，僅施加生物質(zhì)炭使得Cd3S0 處理鹽地堿蓬根部干物質(zhì)量和總干物質(zhì)量分別顯著增加了 1133%和328.6%（P＜0.05）。

2.3 修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬離子平衡的影響

施加兩種修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬植株離子平衡的影響，如表4 所示。無(wú)論是否施加修復(fù)劑，與Cd0S0 或Cd3S0 相比，Cd0S4 處理鹽地堿蓬地上部 K+/Na+、Ca2+/Na+、P/Na+和根部K+/Na+、Ca2+/Na+均顯著降低（P＜0.05）；不施加修復(fù)劑CK 和施加EDTA 處理組，與Cd0S0 或Cd3S0相比，Cd3S4 處理鹽地堿蓬地上部K+/Na+、Ca2+/Na+、P/Na+和根部K+/Na+、Ca2+/Na+均顯著降低（P＜0.05）；施加生物質(zhì)炭時(shí)，Cd3S4 與Cd0S0 或Cd3S0 處理相比，鹽地堿蓬地上部和根部K+/Na+、Ca2+/Na+、P/Na+均顯著降低（P＜0.05）。與CK 相比，施加EDTA 顯著增加Cd0S0 處理鹽地堿蓬根部Ca2+/Na+，施加生物質(zhì)炭顯著增加Cd0S0 處理鹽地堿蓬地上部和根部K+/Na+、P/Na+；施加EDTA 使得Cd3S0 處理鹽地堿蓬地上部K+/Na+、Ca2+/Na+顯著下降（P＜0.05），施加生物質(zhì)炭使得 Cd3S0 處理鹽地堿蓬地上部Ca2+/Na+顯著降低（P＜0.05），地上部P/Na+及根部K+/Na+、P/Na+均顯著增加（P＜0.05）。

表2 兩種修復(fù)劑處理下鎘污染鹽漬化土壤有效氮、磷、鉀和可提取態(tài)鎘含量Table2 Effects of the two remediation agents on available N，P and K and extractable Cd in Cd-polluted salinized soil

2.4 修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬吸收積累鈉的影響

施加兩種修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬吸收積累鈉的影響，如圖1 所示。無(wú)論是否施加修復(fù)劑，Cd3S0 與Cd0S0 相比，鹽地堿蓬地上部和根部Na+濃度、含量均無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。施加EDTA 和生物質(zhì)炭時(shí)，Cd3S4 與Cd0S4 相比，Cd脅迫使鹽地堿蓬地上部 Na+濃度分別顯著增加了32.5%和83.3%（P＜0.05）；不施加修復(fù)劑CK 和施加生物質(zhì)炭處理組，Cd3S4 與Cd0S4 相比，Cd 脅迫使鹽地堿蓬根部Na+濃度分別顯著增加了39.6%和94.5%（P＜0.05）；無(wú)論是否施加修復(fù)劑，Cd3S4 與Cd0S4 相比，Cd 脅迫使鹽地堿蓬地上部和根部Na+含量分別顯著降低了21.3%～83.0%和64.6%～90.9%（P＜0.05）。與CK 相比，施加EDTA 和生物質(zhì)炭使Cd3S4 處理鹽地堿蓬地上部Na+濃度分別顯著增加

了38.6%和56.0%，地上部Na+含量分別顯著增加了199.6%和289.3%（P＜0.05）；施加EDTA 和生物質(zhì)炭使得Cd0S4 處理鹽地堿蓬根部Na+含量分別顯著降低了29.6%和29.4%（P＜0.05）。

表3 兩種修復(fù)劑處理下鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬的生物量Table3 Effects of the two remediation agents on biomass of the Suaeda salsa grown in Cd-polluted salinized soil

表4 兩種修復(fù)劑處理下鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬的離子平衡Table4 Effects of the two remediation agents on ion balance of the Suaeda salsa grown in Cd-polluted salinized soil

續(xù)表

圖1 兩種修復(fù)劑處理下鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬的鈉離子濃度（a）、b））和含量（c）、d））Fig. 1 Effects of the two remediation agents on concentration（a），b））and content（c），d））of sodium ions of the Suaeda salsa grown in Cd-polluted salinized soil

2.5 修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬吸收積累鎘的影響

施加兩種修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬吸收積累重金屬鎘的影響，如圖2 所示。無(wú)論是否施加修復(fù)劑，Cd0S4 與Cd0S0 相比，NaCl 處理對(duì)鹽地堿蓬地上部和根部Cd 濃度和含量均無(wú)顯著影響（P＞0.05）；Cd3S4 與Cd3S0 相比，NaCl 處理使鹽地堿蓬地上部 Cd 濃度和含量分別顯著增加了135.8%～223.6%和132.4%～471.5%（P＜0.05）。施加生物質(zhì)炭時(shí)，Cd3S4 與Cd3S0 相比，NaCl 處理使鹽地堿蓬根部Cd 濃度顯著增加了282.2%（P＜0.05），而根部Cd 含量顯著降低了56.8%（P＜0.05）。與CK相比，施加生物質(zhì)炭使Cd3S0 處理鹽地堿蓬根部Cd濃度顯著降低了54.2%（P＜0.05），根部Cd 含量顯著增加了2100%（P＜0.05）；與CK 相比，施加生物質(zhì)炭使Cd3S4 處理鹽地堿蓬根部Cd 濃度顯著增加了31.1%（P＜0.05），EDTA 和生物質(zhì)炭使Cd3S4 處理鹽地堿蓬地上部Cd 含量分別顯著增加了133.4%和173.4%（P＜0.05）。皮爾森相關(guān)分析表明，鹽地堿蓬地上部Cd 濃度與土壤電導(dǎo)率EC、速效鉀和可提取態(tài)Cd 濃度呈顯著正相關(guān)；鹽地堿蓬根部Cd 濃度與速效鉀和可提取態(tài)Cd 濃度呈顯著正相關(guān)（表5，P＜0.05）。

圖2 兩種修復(fù)劑處理下鎘污染鹽漬化土壤中鹽地堿蓬的鎘濃度（a）、b））和含量（c）、d））Fig. 2 Effects of the two remediation agents on cadmium concentration（a），b））and content（c），d））in the Suaeda salsa grown in Cd-polluted salinized soil

表5 鹽地堿蓬地上部和根部鎘濃度與土壤環(huán)境因子的相關(guān)性Table5 Pearson correlation coefficient between Cd concentrations in shoot and root of the Suaeda salsa and soil environmental factors

3 討 論

3.1 修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤中鹽生植物生長(zhǎng)的影響及原因

生物量是植物生長(zhǎng)最直觀的生理指標(biāo)，通常作為植物對(duì)逆境脅迫反應(yīng)的重要參數(shù)[14]。本研究顯示，在無(wú)Cd 脅迫時(shí)NaCl 處理顯著促進(jìn)了鹽地堿蓬的生長(zhǎng)，而在Cd 脅迫下NaCl 處理對(duì)鹽地堿蓬的生長(zhǎng)無(wú)顯著影響（表3），表明土壤中一定量的鹽分有益于鹽生植物的生長(zhǎng)，而Cd 脅迫抑制了鹽分對(duì)于鹽生植物生長(zhǎng)的有益作用。研究顯示，鹽地堿蓬可在NaCl 濃度為10～400 mmol·L–1的環(huán)境下生長(zhǎng)，且在200 mmol·L–1時(shí)生長(zhǎng)最佳[15]。在對(duì)照和1.0 mg·kg–1Cd處理下，5 g·kg–1NaCl 處理的堿蓬生物量顯著高于1 g·kg–1NaCl 處理；而在2.5 mg·kg–1和5.0 mg·kg–1Cd處理下，隨著土壤中鹽分的增加（1 g·kg–1～10 g·kg–1），堿蓬生長(zhǎng)均受到顯著抑制[16]。此外，無(wú)NaCl 處理時(shí)Cd 脅迫未顯著影響鹽地堿蓬的生長(zhǎng)，而NaCl 處理時(shí)Cd 脅迫卻顯著抑制了鹽地堿蓬的生長(zhǎng)，表明鹽漬化土壤環(huán)境增加了重金屬Cd 對(duì)鹽地堿蓬生長(zhǎng)的毒害作用，可能原因是NaCl 活化了土壤中的Cd，使有效態(tài)Cd 濃度增加，促進(jìn)了鹽地堿蓬對(duì)Cd 的吸收；這與本研究中施加NaCl 顯著增加了Cd 處理土壤中可提取態(tài)Cd 濃度和鹽地堿蓬地上部Cd 濃度的研究結(jié)果（表2，圖2）相一致。已有研究表明，NaCl 能顯著促進(jìn)Cd 從土壤中解吸活化，從而使鹽堿化土壤中Cd 對(duì)于植物的毒害作用增強(qiáng)[17]。陳雷[16]的研究發(fā)現(xiàn)，在5 g·kg–1和10 g·kg–1NaCl 處理下，Cd 濃度的增加（0～5 mg·kg–1）抑制了堿蓬的生長(zhǎng)；而在1 g·kg–1NaCl 處理時(shí)，Cd 濃度的增加卻顯著促進(jìn)了堿蓬的生長(zhǎng)。上述研究結(jié)果表明，鹽分和重金屬?gòu)?fù)合脅迫對(duì)鹽生植物生長(zhǎng)的影響與土壤環(huán)境中鹽分和重金屬濃度直接相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，在重金屬Cd污染土壤中施加1 g·kg–1菌渣生物質(zhì)炭可提高小白菜的產(chǎn)量，可能的機(jī)理是生物質(zhì)炭可提供植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)元素，并將Cd 吸附固定在土壤中[18]。本研究顯示，在Cd3S0 處理時(shí)施加生物質(zhì)炭顯著促進(jìn)了鹽地堿蓬的生長(zhǎng)（表3），表明在單Cd 脅迫下生物質(zhì)炭有助于促進(jìn)鹽生植物的生長(zhǎng)，緩解重金屬對(duì)于鹽生植物的毒害作用，可能與生物質(zhì)炭顯著改善了鹽地堿蓬磷營(yíng)養(yǎng)狀況，顯著增加地上部、根部P/Na+和根部K+/Na+，顯著降低根部Cd 濃度等作用相關(guān)；而在Cd 污染鹽漬化土壤中，生物質(zhì)炭處理未顯示出對(duì)鹽地堿蓬生長(zhǎng)的有益作用。

植物離子平衡被破壞是植物受到外界脅迫時(shí)生長(zhǎng)受到抑制的主要原因之一。本研究顯示，無(wú)論有無(wú)Cd 脅迫，NaCl 處理均使鹽地堿蓬地上部和根部K+/Na+、Ca2+/Na+、P/Na+顯著降低（表4），表明鹽分是影響植株體內(nèi)離子平衡的關(guān)鍵因素，這也與已有的研究結(jié)果相一致[19]。其主要原因可能是隨著土壤中鹽濃度的增加，植物對(duì)于Na+的吸收顯著增加，從而使植株K+/Na+、Ca2+/Na+、P/Na+顯著降低。施加生物質(zhì)炭顯著增加了Cd0S0 處理鹽地堿蓬地上部及根部K+/Na+和P/Na+，顯著增加了Cd3S0 處理鹽地堿蓬地上部P/Na+及根部K+/Na+和P/Na+（表4），主要可能是因?yàn)樯镔|(zhì)炭本身含有豐富的P、K 元素[20]，從而促進(jìn)了鹽地堿蓬對(duì)P 和K 的吸收，本研究結(jié)果也顯示生物質(zhì)炭顯著增加了土壤中有效磷和速效鉀濃度（表2）。

3.2 修復(fù)劑對(duì)鎘污染鹽漬化土壤植物修復(fù)效率的影響及原因

在重金屬污染鹽漬化土壤中，重金屬與鹽分離子之間存在著復(fù)雜的交互作用[5]。鹽漬土中所含有的鹽分離子非常復(fù)雜，其中NaCl 被認(rèn)為是鹽漬土中最為主要的一種鹽[21]。Na+既是鹽漬土中最主要的離子，同時(shí)也是使鹽地堿蓬肉質(zhì)化的因素[22]。本研究顯示，Cd3S4 與Cd0S4 相比，Cd 處理顯著增加鹽地堿蓬地上部和根部Na+濃度（圖1）。譚靈杰[14]的研究發(fā)現(xiàn)，在鹽和鎘復(fù)合脅迫下（5 mg·kg–1Cd+2 g·kg–1NaCl），鎘使得美洲黑楊雄株葉片Na+濃度顯著增加，其認(rèn)為Na+與Cd 之間存在協(xié)同吸收效應(yīng)。此外，在Cd3S4 處理時(shí)施加EDTA 和生物質(zhì)炭使得鹽地堿蓬地上部Na+濃度和含量均顯著增加（圖1），表明兩種修復(fù)劑均可增加鹽地堿蓬對(duì)鹽分的吸收積累，從而促進(jìn)重金屬污染鹽漬化土壤的植物修復(fù)?？赡苁且?yàn)镋DTA 可以活化土壤中的金屬陽(yáng)離子，而生物質(zhì)炭能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，從而促進(jìn)了鹽地堿蓬對(duì)Na+的吸收積累。目前，關(guān)于重金屬或修復(fù)劑對(duì)鹽生植物吸收積累鹽分離子影響的研究尚不多，其相關(guān)作用機(jī)理尚需進(jìn)一步研究。

鎘是植物生長(zhǎng)的非必需元素，具有極高的生物毒性，可破壞葉綠體膜的完整性，減少營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，增加細(xì)胞膜的透性，影響植物呼吸作用、光合作用和碳氮代謝等生理生化反應(yīng)，從而抑制植物的生長(zhǎng)[23]。本研究顯示，Cd3S4 與Cd3S0 相比，鹽地堿蓬地上部Cd 濃度和含量均顯著增加（圖2），表明NaCl 促進(jìn)了鹽地堿蓬對(duì)Cd 的吸收和積累，與鹽地堿蓬地上部Cd 濃度和土壤電導(dǎo)率EC 呈顯著正相關(guān)的結(jié)果（表5）相符合。相關(guān)研究認(rèn)為不同的陽(yáng)離子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+）均可使土壤中重金屬 Cd 有效態(tài)濃度增加[24]，可能解釋了其原因。Gabrijel 等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，NaCl 可促進(jìn)重金屬Cd在甜瓜葉片中的積累，并且在種植甜瓜25 d 后，隨著鹽濃度的增加葉片中Cd 濃度顯著增加。但也有研究顯示，氯化鈉降低了鹽生植物海濱錦葵對(duì)于重金屬Cd 的吸收[26]；含硫酸鈉和碳酸鈉的土壤抑制了油菜對(duì)于Cd 的吸收，而低濃度氯化鈉促進(jìn)其對(duì)Cd 的吸收，高濃度氯化鈉無(wú)顯著影響[27]。導(dǎo)致研究結(jié)果不同的原因可能是鹽分對(duì)植物吸收積累重金屬元素的影響與鹽種類和濃度相關(guān)，且植物種類和生長(zhǎng)情況對(duì)重金屬的吸收積累也有一定的影響。此外，施加EDTA 和生物質(zhì)炭顯著增加了Cd3S4 處理鹽地堿蓬地上部Cd 含量（圖2），表明兩種修復(fù)劑均可顯著增加鹽地堿蓬對(duì)Cd 的積累，從而促進(jìn)重金屬污染鹽漬化土壤的植物修復(fù)。相關(guān)研究顯示，施加EDTA 可顯著增加水稻體內(nèi)（莖部、葉片以及籽粒）Cd 含量[28]，使旱生鹽土植物豬毛菜幼苗中重金屬Cd 濃度升高為對(duì)照的兩倍[29]。研究已證明EDTA 可顯著的活化土壤中的重金屬離子，使其在土壤中的移動(dòng)性增加，有助于被植物所吸收[30]。然而，本研究結(jié)果顯示在鹽漬化土壤環(huán)境下，施用EDTA 顯著降低了重金屬污染鹽漬化土壤中可提取態(tài)Cd 濃度（表2），EDTA 可能是通過促進(jìn)鹽地堿蓬的生長(zhǎng)而增加對(duì)Cd 的積累。此外，盤麗珍等[31]的研究發(fā)現(xiàn)，施加生物質(zhì)炭后空心菜地上部Cd 含量顯著增加；而Houben 等[32]的研究顯示，生物質(zhì)炭可使油菜體內(nèi)Pb、Cd 和Zn 的含量顯著降低，是重金屬污染土壤修復(fù)良好的鈍化劑；生物質(zhì)炭也可顯著降低青菜體內(nèi)重金屬Zn、Cd、Pb、Cu 的含量[33]。研究結(jié)果存在差異的可能原因?yàn)?，首先生物質(zhì)炭用量不同會(huì)造成對(duì)重金屬吸附效果的差異，其次因?yàn)樯镔|(zhì)炭具有增肥和改善土壤結(jié)構(gòu)的作用，可促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，導(dǎo)致植物對(duì)重金屬積累量的增加[34]。而本研究結(jié)果顯示，在重金屬污染鹽漬化土壤環(huán)境下，施加生物質(zhì)炭顯著降低了土壤中可提取態(tài)Cd濃度（表2），卻改善了鹽地堿蓬的生長(zhǎng)（表3）。

4 結(jié) 論

Cd 脅迫顯著抑制了土壤鹽分對(duì)于鹽地堿蓬生長(zhǎng)的有益作用，鹽漬化土壤環(huán)境顯著增加了重金屬Cd 對(duì)鹽地堿蓬生長(zhǎng)的毒害作用。Cd 脅迫可顯著增加鹽漬化土壤中鹽地堿蓬地上部和根部Na+濃度，顯著降低鹽地堿蓬地上部和根部Na+含量。土壤鹽分可顯著增加Cd 脅迫下鹽地堿蓬地上部Cd 濃度和含量；鹽地堿蓬地上部和根部Cd 濃度與土壤速效鉀和可提取態(tài)Cd 濃度呈顯著正相關(guān)。在Cd 污染NaCl 型鹽漬化土壤中施加EDTA 和生物質(zhì)炭顯著增加了鹽地堿蓬地上部Na+和Cd 含量，提高了重金屬污染鹽漬化土壤的植物修復(fù)效率。