樊廣萍，姚澄，周東美，張振華，童非，史高玲，張維國，陳未，李江葉，劉麗珠，李云濤，高巖*

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部產(chǎn)地環(huán)境污染防控重點實驗室/天津市農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點實驗室，天津 300191；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南京 210014；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江下游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，南京 210014；4.江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013；5.南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 污染控制與資源化研究國家重點實驗室，南京 210023）

鎘（Cd）是我國農(nóng)田土壤中毒性最強的污染物之一。2014 年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，我國土壤Cd的點位超標率達7%，形勢十分嚴峻。近年來，Cd 污染土壤的修復(fù)已受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。與土壤重金屬污染的物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比，植物修復(fù)技術(shù)以其環(huán)境友好、綠色經(jīng)濟且可大面積進行原位修復(fù)等優(yōu)點而被認為是最具前景的修復(fù)方式。伴礦景天（Sedum plumbizincicola）是一種鋅/鎘（Zn/Cd）超積累植物，其對土壤中的Cd 具有較強的提取能力[1?3]。但伴礦景天根系較淺，僅能富集根系范圍內(nèi)的重金屬，且其修復(fù)效率受重金屬有效性的限制[4?5]。因此，采取有效措施，增加土壤重金屬的有效態(tài)含量是提高植物修復(fù)效率的關(guān)鍵。

農(nóng)藝、化學(xué)輔助等措施可增加超積累植物對土壤中重金屬的吸收積累，提高對重金屬污染土壤的修復(fù)效率。已有研究表明，施加有機酸和有機物料等均可提高超積累植物對土壤中重金屬的吸收[6?7]。吳孟君等[6]通過比較乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）、茶皂素和檸檬酸等不同活化劑對伴礦景天修復(fù)重金屬Cd效率的影響，發(fā)現(xiàn)3 mmol·L?1EDTA 或10 mmol·L?1檸檬酸可使伴礦景天的修復(fù)效率提高2～3倍。鄧月強等[7]的研究發(fā)現(xiàn)，施用水稻秸稈、大豆秸稈、豬糞和水溶性有機肥等有機物料可顯著促進伴礦景天生長，其中施用3%水溶性有機肥可使土壤有效態(tài)Cd 含量較不加外源物質(zhì)的對照提高50.0%，并有效提高了Cd 污染土壤的修復(fù)效率。另外，施加含硫物質(zhì)可通過降低土壤pH 值提高土壤中重金屬的活性，從而提高植物對重金屬的萃取效率[8?9]。有研究表明，施用硫粉可以使石灰性土壤和中性土壤中伴礦景天地上部Cd濃度分別增加1.7～5.5倍和1.7～2.3倍[9]。

近年來，將電動修復(fù)技術(shù)與植物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合修復(fù)重金屬污染土壤的新技術(shù)逐漸建立，該方法通過在污染土壤中施加低強度的電場，利用電場對土壤重金屬的活化和遷移，提高植物對重金屬的吸收積累，從而達到提高污染土壤修復(fù)效率的目的[10?11]。在電動?植物修復(fù)過程中，電極的布置方式和電場模式會對植物富集重金屬產(chǎn)生影響。在電動?植物聯(lián)合修復(fù)中，電動修復(fù)的關(guān)鍵作用是使土壤深處的重金屬通過電遷移和電滲流向植物根部遷移，從而增加植物對重金屬的可及性，使利用根系較短的植物進行修復(fù)成為可能。但目前研究較多的水平電場無法實現(xiàn)重金屬在土層垂直方向上的遷移[12]。為了解決深層土壤重金屬的修復(fù)問題，PUTRA 等[13]構(gòu)建了二維電場，發(fā)現(xiàn)二維電場可促進重金屬從深層土壤向植物根系遷移，醋酸輔助二維電場增加了早熟禾的生物量，并使早熟禾對土壤中鉛的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)分別提高了1.44 倍和1.83 倍。LUO 等[14]開展了二維電場與藍桉聯(lián)合修復(fù)貴嶼電子垃圾拆解地污染土壤的場地試驗，結(jié)果表明2～10 V 的直流電促進了藍桉對多種重金屬的富集，直流電較交流電促進了重金屬在土壤表層的集聚，且降低了土壤中重金屬的淋溶風(fēng)險?；诓煌参飳﹄妶龅捻憫?yīng)程度不同，且關(guān)于超積累植物與電場聯(lián)合修復(fù)的研究相對較少，本課題組前期研究了二維電場?伴礦景天聯(lián)合修復(fù)Cd污染土壤的效果，通過構(gòu)建陽極在花盆四個角落，網(wǎng)狀不銹鋼陰極水平放置在土壤表面的二維電場，發(fā)現(xiàn)高強度二維電場可以促進土壤深處Cd 向表層遷移，但是陰極位于土壤表層，嚴重抑制了伴礦景天的生長，并且降低了表層土壤Cd的有效性[15]。

綜上，施加添加劑可以進一步提高土壤中重金屬的遷移性和生物有效性，在增強試劑?電動?植物聯(lián)合修復(fù)過程中，增強試劑與不同電場模式均會對植物生長和吸收重金屬產(chǎn)生影響，但其影響主導(dǎo)因素不明。為此，本研究在前期研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，針對陰極電極水平放置于土壤表層對伴礦景天生長和Cd有效性的不利影響，構(gòu)建了陰極垂直放置于土壤表層，陽極位于土壤四周的二維電場，考察了硫粉、菌菇渣溶解性有機質(zhì)（DOM）、檸檬酸等不同增強試劑以及固定直流電場和反轉(zhuǎn)電場等不同電場模式對土壤Cd遷移轉(zhuǎn)化以及伴礦景天生長和吸收Cd 的影響，以期為提高伴礦景天的修復(fù)效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試植物為伴礦景天（Sedum plumbizincicola），采自湖南省湘潭縣豐山育苗基地。供試土壤采自江蘇省張家港市某河道附近，該農(nóng)田為施加河道污染底泥形成的Cd 污染土壤，土壤類型為潮土。取表層0～20 cm 土壤，經(jīng)風(fēng)干去除雜物后，過孔徑2 mm 篩備用。土壤基本理化性質(zhì)如表1 所示。土壤總Cd 含量為130 mg·kg?1，遠超過《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）中的風(fēng)險管制值（4.0 mg·kg?1）。

表1 供試土壤理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical characteristics of the soil used

1.2 試驗設(shè)計

本研究采用人工培養(yǎng)室盆栽試驗方式，試驗時間為2019 年12 月10 日—2020 年1 月21 日。試驗 所用塑料盆規(guī)格為上直徑23 cm、下直徑18 cm、高22 cm，底部有孔，放置于托盤上。每盆裝土6.65 kg，分別加入0.43 g·kg?1尿素（N 含量46.7%）、0.26 g·kg?1磷酸二氫鉀和0.36 g·kg?1硫酸鉀作為底肥，并根據(jù)處理設(shè)計分別加入硫粉、菌菇渣DOM 和檸檬酸，其中硫粉添加量為2 g·kg?1[9]，直接將硫粉加入土壤拌勻后裝入塑料盆；菌菇渣DOM 添加量（以C 計）為200 mg·kg?1[16]，將DOM 溶液每盆稀釋1 L 后均勻加入土壤中；檸檬酸的添加量為10 mmol·kg?1[17]，將1 L 檸檬酸溶液均勻加入土壤中。

每種增強試劑分別設(shè)置施加固定直流電場和反轉(zhuǎn)電場的處理，以不施加電場為對照（CK），每個處理設(shè)置3 個重復(fù)，詳見表2。試驗裝置如圖1 所示，施加電場處理4 個石墨電極（直徑6 mm、長25 cm）分別垂直插入塑料盆的4 個角部，不銹鋼網(wǎng)狀電極（長15 cm、寬10 cm）垂直插入塑料盆中間位置，石墨電極與不銹鋼網(wǎng)狀電極之間的距離為8 cm。石墨電極與直流電源的正極相連，不銹鋼網(wǎng)狀電極與直流電源的負極相連。2019 年12 月10 日，選用大小相近、長勢一致的伴礦景天（S.plumbizincicola）幼苗進行扦插，每盆8株，種植兩行，株距4 cm，行距8 cm。施加電場處理的伴礦景天種植于石墨電極和不銹鋼網(wǎng)狀電極之間。在伴礦景天生長15 d 后，進行通電處理，試驗周期為30 d。設(shè)置直流電源電壓為10 V，每日通電8 h，反轉(zhuǎn)電場的處理每7 d 交換電場方向（分別于第8 d、第15 d和第22 d交換正負極方向）。在伴礦景天生長過程中，每日通過稱重法澆水以使土壤含水量保持在田間持水量的70%左右。通電處理中每日不定期測試土壤中電流大小。

表2 試驗設(shè)計Table 2 Experimental design

1.3 樣品采集與處理

2020 年1 月21 日收獲伴礦景天全部植株并采集土壤樣品。伴礦景天收獲后分為地上部和根部，用自來水沖洗干凈后，再用去離子水反復(fù)沖洗，吸水紙吸干表面水后置于烘箱105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至質(zhì)量恒定，測定干物質(zhì)量。再用瑪瑙研缽磨碎，過60目（孔徑0.25 mm）篩后供分析測試。土壤樣品從上到下平均分為四層，第一層0～?5 cm；第二層?5～?10 cm；第三層?10～?15 cm；第四層?15～?20 cm，每層分為5個區(qū)域（圖1）。采集的土樣經(jīng)自然風(fēng)干，磨細，過孔徑0.85 mm 篩后用于測定土壤pH、電導(dǎo)率、總Cd含量和有效態(tài)Cd含量等指標。

1.4 測試指標及方法

土壤（土水比1∶2.5）及菌菇渣DOM 原液pH 采用pH 計（梅特勒托利多，F(xiàn)E28，德國）測定，電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀測定。菌菇渣DOM 有機碳含量采用總有機碳分析儀（TOC，MultiN/C3100，德國）測定。土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀?外加熱法測定；全氮含量采用凱氏定氮法測定；全鉀含量采用火焰光度法測定；全磷含量采用硫酸?高氯酸消解，鉬銻抗比色法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；有效態(tài)磷采用碳酸氫鈉提取，鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用乙酸銨提取法測定。土壤有效態(tài)Cd 采用DTPA（二乙基三胺五乙酸）浸提法測定；土壤重金屬含量測定采用王水消解（GB/T 22105.2—2008 和HJ 803—2016），伴礦景天植株中Cd含量采用HNO3?HClO4（體積比5∶1）消解。土壤消化液中總As 和總Hg 含量采用原子熒光光譜儀測定（海光，AFS8510，中國），其他重金屬（Cd、Pb、Cr、Cu、Zn）和植株消化液及土壤有效態(tài)提取液中Cd含量采用原子吸收光譜儀（海光，GGK?80，中國）測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 和Origin 2018 進行數(shù)據(jù)處理和做圖，使用SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進行方差分析，Duncan多重比較法檢驗差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同增強試劑和電場模式對電流變化的影響

圖2 為不同電場施加方式下增強試劑對電流的影響。施加固定直流電場處理中，電流初始時較高，隨著試驗的進行電流迅速降低并趨于穩(wěn)定，且各處理中電流呈現(xiàn)周期性的波動。添加不同的增強試劑對電流的影響較大，各處理中電流大小表現(xiàn)為硫粉＞DOM＞CK＞檸檬酸。其中加入硫粉的處理電流保持在60～100 mA 之間，顯著高于其他處理（電流40～70 mA）。周期性的反轉(zhuǎn)電場使各處理中電流相應(yīng)出現(xiàn)了較大的波動，各處理中電流變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。未反轉(zhuǎn)電場之前（7 d 之前），增強試劑對電流的影響與固定直流電場一致，第1 次（第8 d）和第3 次（第22 d）反轉(zhuǎn)電場能使土壤中電流增大，第2 次（第15 d）反轉(zhuǎn)電場使土壤中電流急劇下降。其中，加入硫粉的處理電流隨電場方向改變的變化幅度最大，即第8 d 和第22 d 反轉(zhuǎn)電場以后電流的升高最明顯，而第15 d反轉(zhuǎn)電場電流的降低也最明顯。

2.2 不同增強試劑和電場模式處理后土壤不同區(qū)域pH和電導(dǎo)率的變化

圖3（a）為試驗結(jié)束后土壤pH的分布。在不施加電場的條件下，與CK相比，硫粉的加入有效降低了土壤pH，使土壤pH 降低0.5～1.0 個單位。施加DOM 使土壤pH 略有降低，土壤pH 下降0.1～0.5 個單位。而加入檸檬酸反而使土壤pH 略有升高，升高了?0.1～0.4個單位。施加硫粉的處理各土層pH 變化較小，其他處理土壤pH 縱向分布表現(xiàn)為第1 層＜第2 層＜第3層＜第4 層。施加固定直流電場和反轉(zhuǎn)電場時，添加各種增強試劑對土壤pH變化的影響整體上與未加電場一致。施加固定直流電場使各處理中靠近兩端的陽極土壤pH 降低，位于中間的陰極土壤pH 升高，土壤pH呈現(xiàn)從陽極向陰極逐漸升高的趨勢。由于陰極垂直放置于土壤表層（第1、2 層），土壤第1、2 層的變化要強于第3、4層。反轉(zhuǎn)電場使各處理中第3、4層土壤pH 與無電場條件下相比有所升高，且高于第1、2層土壤pH，各處理中第1、2 層土壤pH 分布與固定直流電場處理相反，呈現(xiàn)從陰極（兩端）到陽極（中間）降低的趨勢，且變化幅度相對較小。與未加電場處理相比，施加硫粉的處理中，施加固定直流電場和反轉(zhuǎn)電場均降低了植物根系（第1 層第2 和4 區(qū)域）土壤pH。而施加DOM 和檸檬酸的處理中，直流電場和反轉(zhuǎn)電場均使植物根系土壤pH有所增加。

試驗結(jié)束后土壤電導(dǎo)率的分布如圖3（b）所示。土壤電導(dǎo)率的分布與土壤pH 基本一致，呈現(xiàn)土壤pH越低，土壤電導(dǎo)率越高的趨勢。無論是否施加電場，施加硫粉均顯著提高了各層土壤的電導(dǎo)率。各處理中，種植伴礦景天的第1 層土壤電導(dǎo)率均高于其他土層。在電場作用下，第1 層土壤的電導(dǎo)率變化幅度最大，表現(xiàn)為陽極電導(dǎo)率升高，陰極電導(dǎo)率降低。

奎克化學(xué)公司是向各行各業(yè)提供加工用化學(xué)品、化學(xué)專用品、相關(guān)服務(wù)和技術(shù)專業(yè)人士的全球領(lǐng)先供應(yīng)商，這些行業(yè)包括鋼鐵、汽車、采礦、航空、管道、涂料和建筑材料等。其產(chǎn)品、技術(shù)解決方案和化學(xué)品管理服務(wù)可改善客戶的工藝流程，提高其產(chǎn)品的質(zhì)量，并降低產(chǎn)品成本。

2.3 不同增強試劑和電場模式處理后土壤Cd 總量及有效態(tài)含量的變化

圖4（a）為試驗結(jié)束后土壤總Cd含量的分布。無電場條件下，添加各種增強試劑的處理中，土壤各部分Cd 含量分布相對均勻。固定直流電場作用下，CK、施加硫粉和DOM 的處理中，表層土壤（第1、2層）Cd 從陽極向陰極遷移，土壤Cd 含量從陽極（兩端）到陰極（中間）逐漸升高，使植物生長區(qū)域（第2和第4區(qū)域）Cd的總量有所升高。第3、4層土壤中Cd向表層遷移的趨勢不明顯。加入檸檬酸的處理中，土壤中Cd的遷移規(guī)律與其他處理不一致，特別是第1 層土壤，土壤Cd 有從陰極（中間）向陽極（兩端）遷移的趨勢。反轉(zhuǎn)電場使土壤各層Cd含量的分布趨于均勻，經(jīng)過3次反轉(zhuǎn)電場后，Cd 的遷移趨勢與施加固定直流電場的處理相反。另外，反轉(zhuǎn)電場使表層土壤Cd含量有所降低，第3、4 層Cd 含量有所升高，表明反轉(zhuǎn)電場使土壤Cd發(fā)生了向下遷移?？傮w來看，施加電場促進了土壤總Cd的遷移，同時提高了植物生長區(qū)域總Cd含量，反轉(zhuǎn)電場使各處理中Cd由表層向底層遷移。

土壤有效態(tài)Cd含量的分布如圖4（b）所示。土壤有效態(tài)Cd含量初始為110 mg·kg?1。未施加電場條件下，與CK 相比，施加DOM 使各層土壤有效態(tài)Cd 含量有所升高。施加硫粉和檸檬酸的處理中表層土壤有效態(tài)Cd 含量低于DOM 和CK。但施加硫粉使各土層有效態(tài)Cd 含量均維持在較高的水平，且各層之間差異較小，說明施加硫粉使土壤有效態(tài)Cd 含量整體上有所升高。其余處理中，各層有效態(tài)Cd 含量均表現(xiàn)為第1 層＞第2 層＞第3 層≈第4 層。施加固定直流電場條件下，與未加電場相比，CK、DOM 和檸檬酸處理中陽極土壤有效態(tài)Cd 含量升高，陰極土壤有效態(tài)Cd含量降低，表層土壤有效態(tài)Cd 從陽極向陰極逐漸降低，其中第1、2 層的變化較明顯。反轉(zhuǎn)電場處理中，3次反轉(zhuǎn)電場緩解了土壤有效態(tài)Cd 的變化，使土壤有效態(tài)Cd的分布與未加電場處理一致。而對于植物根系生長區(qū)域（第1 層第2 和4 區(qū)域），施加固定直流電場使CK 和檸檬酸處理中有效態(tài)Cd含量有所增加，使DOM處理中有效態(tài)Cd含量有所降低。

2.4 不同增強試劑和電場模式對伴礦景天生長和吸收Cd的影響

圖5 為各處理伴礦景天地上部和根部的生物量。未加電場的處理中，施加DOM和檸檬酸顯著提高了伴礦景天生物量（P＜0.05），其中施加DOM使伴礦景天地上部和根部干質(zhì)量分別比CK 增加了63%和53%，施加檸檬酸分別增加了44%和31%；施加硫粉顯著降低了伴礦景天地上部生物量（P＜0.05），較CK 降低62%，但對伴礦景天根部生物量影響不顯著。固定直流電場顯著抑制了伴礦景天生長，與未加電場處理相比，除了施加硫粉外，其余處理均顯著降低了伴礦景天地上部和根部的生物量。說明固定直流電場和硫粉共同作用下，硫粉對伴礦景天地上部生長的抑制作用占主導(dǎo)地位，而固定直流電場與DOM 和檸檬酸共同作用時，電場對伴礦景天生長的抑制起主要作用。相比直流電場，反轉(zhuǎn)電場處理增加了CK、DOM處理中伴礦景天地上部的生物量和硫粉、DOM、檸檬酸處理地下部的生物量，但其生物量仍低于未加電場的處理。整體上，各處理中生物量表現(xiàn)為無電場＞反轉(zhuǎn)電場＞固定直流電場，施加電場顯著抑制了伴礦景天的生長，反轉(zhuǎn)電場處理伴礦景天生物量高于固定直流電場處理，但低于未加電場處理。

圖6 為各處理伴礦景天地上部和根部Cd 濃度。未加電場的處理中，與CK相比，施加不同增強試劑對伴礦景天地上部和根部Cd 含量影響較小，只有施加硫粉顯著提高了伴礦景天根系對Cd 的吸收，其根部Cd 濃度是CK 處理的1.57 倍。固定直流電場與硫粉共同作用提高了伴礦景天地上部和根部Cd 含量，分別是固定電場作用下CK 處理的1.29 倍（P＜0.05）和1.77 倍（P＜0.05），是無電場作用下對照處理的1.18 倍（P＞0.05）和2.82 倍（P＜0.05）。與無電場CK 相比，固定直流電場和DOM 及檸檬酸共同作用顯著降低了伴礦景天地上部Cd 濃度，但對地下部Cd 濃度無顯著影響。說明電場與DOM 和檸檬酸共同作用時，電場對伴礦景天吸收Cd 的影響起主導(dǎo)作用；電場與硫粉共同作用時，硫粉對伴礦景天吸收Cd 起主導(dǎo)作用。與固定直流電場相比，反轉(zhuǎn)電場與增強試劑共同作用進一步降低了各處理中伴礦景天地上部和根系對Cd的吸收。整體上，除了施加硫粉的處理，其余處理中固定直流電場和反轉(zhuǎn)電場均抑制了伴礦景天地上部對Cd 的吸收，伴礦景天地上部Cd 濃度表現(xiàn)為無電場＞固定直流電場＞反轉(zhuǎn)電場。固定直流電場與未加電場處理相比促進了伴礦景天根系對Cd 的吸收，根系Cd濃度表現(xiàn)為固定直流電場＞無電場＞反轉(zhuǎn)電場。

圖7 為各處理伴礦景天地上部和地下部對Cd 的積累量。未加電場的處理中，施加DOM和檸檬酸顯著促進了伴礦景天地上部對Cd 的積累，其地上部Cd 積累量分別是CK 處理的1.43 倍和1.60 倍，而地下部對Cd 的積累量與CK 相比無顯著差異。施加硫粉顯著提高了伴礦景天地下部對Cd 的積累，其對Cd 的積累量是CK 處理的1.80 倍，但地上部生物量的減少導(dǎo)致地上部對Cd的積累顯著降低。電場與硫粉共同作用下，電場對伴礦景天積累Cd 無顯著影響。其余處理中，固定直流電場和反轉(zhuǎn)電場處理均顯著降低了伴礦景天地上部對Cd 的積累，但兩者之間無顯著差異?？傮w來看，未加電場條件下，施加DOM 和檸檬酸可顯著提高伴礦景天Cd 積累量；施加固定直流電場和反轉(zhuǎn)電場均顯著抑制了伴礦景天地上部對Cd 的積累量；有無電場條件下，施加硫粉均顯著提高了伴礦景天根部對Cd的積累，顯著抑制了地上部對Cd的積累。

3 討論

3.1 不同增強試劑和電場模式對電流變化的影響

電動過程中電流的大小可以表征電動?植物修復(fù)過程中土壤離子濃度的變化[18]。在本研究中，電流隨時間逐漸減弱可能與土壤離子種類的減少和電動過程中其他增加土壤電阻的過程（如土壤含水率、孔隙度、溫度的變化以及電極上的電化學(xué)反應(yīng)）有關(guān)[19]。本研究發(fā)現(xiàn)灌水過程會使體系電流增大，隨后逐漸降低。灌水前后電流出現(xiàn)的周期性波動與電極上水的電解有關(guān)，灌水過程中土壤含水率升高可使電極上水的電解作用增強，從而使電流增大[20]。本研究發(fā)現(xiàn)施加硫粉使電流增大，這主要與土壤pH 的降低有關(guān)。大量研究表明，施加硫粉能降低土壤pH，從而促進土壤中離子的溶出[8?9，21]。

3.2 不同增強試劑和電場模式對土壤性質(zhì)和Cd 遷移轉(zhuǎn)化的影響

土壤pH 是影響土壤重金屬活性及分布的重要環(huán)境因子，其在決定重金屬形態(tài)、有效性和活化及遷移方面起著重要作用[22]。在本研究中，不同增強試劑和電場模式對土壤pH 和Cd 的有效性產(chǎn)生了不同的影響。

無論是否施加電場，施加硫粉均有效降低了土壤pH，這與大部分研究結(jié)果一致。硫氧化過程會釋放質(zhì)子，促進土壤pH 的降低[23]。魏帥[24]的研究表明，硫肥處理顯著降低東南景天根際土壤pH。AZEEZ 等[21]的研究也表明，元素硫通過降低土壤的pH 提高了堿性污染土壤中重金屬的活性，從而提高了非洲野生向日葵對Cd等重金屬的萃取效率。施加硫粉未增加表層土壤Cd 的有效性，這與前人的研究結(jié)果也基本一致。魏帥[24]的研究也表明，施硫使土壤有效態(tài)Cd 含量升高，致使東南景天對Cd的吸收量增加，進而導(dǎo)致根際土壤總Cd 和有效態(tài)Cd 含量降低。本研究發(fā)現(xiàn)施加DOM 使土壤pH 有所降低，同時增加了各層土壤有效態(tài)Cd 含量。DOM 主要通過與重金屬形成有機絡(luò)合物，提高土壤中重金屬的溶解性及生物有效性，從而有效活化土壤中的重金屬[16]。本研究發(fā)現(xiàn)施加檸檬酸使土壤pH 略有升高，這與多數(shù)研究結(jié)果不一致。大多數(shù)研究表明施加檸檬酸會使土壤pH 降低，進而增加土壤重金屬的有效性，而本研究發(fā)現(xiàn)施加檸檬酸使土壤pH 略有上升，且降低了表層土壤有效態(tài)Cd 含量，這可能與土壤較高的緩沖性能有關(guān)（供試土壤pH 7.54，呈弱堿性）[6，25]。同時，施加檸檬酸使伴礦景天對Cd 的吸收量增加，這也會導(dǎo)致表層土壤有效態(tài)Cd的降低。另外，本研究中表層土壤pH 低于深層土壤，主要是因為伴礦景天根系會分泌有機酸等酸性物質(zhì)，進而通過降低根際土壤的pH 活化土壤中的重金屬[26]。這一結(jié)果也可由表層土壤Cd 有效性升高來驗證。

施加直流電場會改變土壤pH、Cd 總量和有效態(tài)的分布。為了實現(xiàn)土壤深處Cd 向植物根系遷移，本研究設(shè)置了陽極在土壤深處，陰極在植物根系生長層的二維電場。施加反轉(zhuǎn)電場是為了緩解直流電場條件下陽極和陰極土壤pH劇烈變化對植物生長產(chǎn)生的不利影響。由于土壤中Cd 初始含量較高，并未發(fā)現(xiàn)深層Cd 明顯向表層遷移，這可能與試驗中所用電極面積較小致使土壤中Cd的遷移速率較慢有關(guān)。本課題組之前的研究表明，15 V 的電壓梯度能促進土壤深處Cd 向表層遷移[15]。反轉(zhuǎn)電場顯著促進了Cd 由表層向底層的遷移，與本研究的預(yù)期相反。這主要是因為反轉(zhuǎn)電場處理的土壤中，Cd 被周期性地活化和固定，從而容易隨重力水向下淋溶。另外，最后一次電場處理中，Cd2+電遷移的方向和重力水的方向一致，都是從表層向底層，從而導(dǎo)致Cd向土壤底層的遷移較明顯。因此，反轉(zhuǎn)電場的頻次需要進一步調(diào)整。本研究還發(fā)現(xiàn)，土壤中總Cd 從陽極遷移到陰極的過程中會導(dǎo)致植物根區(qū)土壤總Cd 有所上升，但并未提高伴礦景天對Cd 的吸收，主要是因為供試土壤具有較高的緩沖性能。電場作用下，土壤中H+被大量消耗，導(dǎo)致H+遷移速率較慢；與此同時，陰極產(chǎn)生的大量OH?向陽極遷移造成陽極和陰極中間位置土壤pH升高。因此，除了施加硫粉的處理外，其他增強試劑處理條件下，施加電場反而使植物根區(qū)土壤pH 有所升高，加之總Cd 含量有所上升，最終使有效態(tài)Cd 含量相對下降。另外，研究發(fā)現(xiàn)加入檸檬酸的處理中，土壤中Cd 的遷移方向與其他處理不一致，主要是因為檸檬酸與Cd 絡(luò)合形成陰離子，導(dǎo)致Cd 在電場中的遷移方向為從陰極向陽極遷移。

3.3 不同增強試劑和電場模式對伴礦景天生長和吸收Cd的影響

通過強化措施提高伴礦景天生物量或植物體內(nèi)Cd 濃度均有利于伴礦景天修復(fù)效率的提高。本研究中，在無電場條件下，施用DOM 和檸檬酸均顯著提高了伴礦景天地上部和地下部的生物量，這與大多數(shù)研究結(jié)果一致[6?7]。伴礦景天生物量的提高顯著增加了其對Cd 的積累量，但是施加DOM 和檸檬酸并未提高伴礦景天地上部和地下部Cd的濃度。這可能是生物量的提高對植物體內(nèi)Cd 濃度產(chǎn)生了稀釋效應(yīng)；也可能與DOM 和檸檬酸的加入量及加入次數(shù)有關(guān)。本研究中DOM 和檸檬酸分別在試驗開始前一次性加入，因此其對土壤重金屬的活化作用有限。另外，本研究發(fā)現(xiàn)施加硫粉促進了伴礦景天對Cd 的吸收，且對根部Cd吸收的促進作用達到顯著水平。但是由于施加硫粉顯著降低了伴礦景天地上部的生物量，導(dǎo)致伴礦景天地上部對Cd的積累量顯著降低。本研究中硫粉對伴礦景天生長的抑制作用可能與硫粉的施加量（2 g·kg?1）過高有關(guān)。魏帥[24]的研究表明，在稻季施加100 mg·kg?1的硫單質(zhì)能顯著促進東南景天的生長及東南景天地上部對Cd 的吸收。除了施加量以外，施加硫粉對伴礦景天生長的影響也與土壤類型密切相關(guān)。WU 等[9]的研究表明，在兩種不同類型土壤中，硫粉施用量≥2 g·kg?1（石灰性紫色新成土，pH 8.0）和≥1 g·kg?1（黃泥土，pH 6.0）時，均顯著降低了伴礦景天地上部干質(zhì)量，但是施加0.5～4 g·kg?1的硫粉均顯著提高了伴礦景天地上部Cd含量。

電動過程對植物生長和對重金屬的吸收均會產(chǎn)生影響，進而影響植物對重金屬的積累。本研究發(fā)現(xiàn)，施加固定直流電場顯著抑制了伴礦景天生長，這可能與伴礦景天和電極之間距離較近或與電場強度較高有關(guān)。前人的研究成果也表明，電動過程中陽極和陰極附近產(chǎn)生的pH的劇烈變化會對植物生長產(chǎn)生負面影響。本研究中，交換電場相對固定直流電場增加了植物生物量，是因為交換電場方向會緩解直流電場對植物生長產(chǎn)生的不利影響[27]。本研究中，與未加電場的處理相比，固定直流電場對伴礦景天根系吸收Cd 具有一定的促進作用，這與本課題組之前的研究結(jié)果一致[15]。倉龍等的研究也表明直流電場促進了黑麥草根的生長和對銅的吸收[27]。但也有研究得出不同的結(jié)論，徐海舟[28]通過優(yōu)化電場條件發(fā)現(xiàn)在水平電場條件下，電壓梯度為1 V·cm?1，通電時間6 h·d?1時，直流電場對東南景天生長具有促進作用，交換電場方向?qū)|南景天生物量影響較小，而交換電場方向處理下東南景天Cd 吸收量最高，不交換電場方向東南景天Cd 吸收量有所降低。另外，本研究中無論是否施加電場，施加硫粉對伴礦景天生長的抑制作用僅局限于地上部。XIAO 等[12]的研究結(jié)果表明，在添加豬糞、腐植酸或EDTA 的處理中，水平交換直流電場（每日改變電場方向）顯著降低了東南景天地下部的生物量，但對地上部的生物量無顯著影響。由此可見，二維電場中，伴礦景天對電場的響應(yīng)不同于一維電場，不同的試驗結(jié)果也與土壤性質(zhì)、添加劑、植物種類密切相關(guān)[29]。

總體而言，在未施加電場條件下，施加DOM 和檸檬酸可顯著促進伴礦景天生長，在利用伴礦景天修復(fù)Cd 污染土壤時，可考慮施用DOM 和檸檬酸進行輔助強化修復(fù)，進而提高伴礦景天對Cd 的提取效率。施加硫粉可有效降低土壤pH，且固定直流電場與硫粉共同作用可顯著增加伴礦景天根系Cd 濃度，其對地上部的吸收也有促進作用，但是其較高的施用量顯著抑制了伴礦景天生長，從而降低了伴礦景天對Cd 的積累量。因此，在利用伴礦景天修復(fù)堿性污染土壤時，電場+硫粉處理可作為一種有效的強化措施，但是硫粉的施用量需要針對不同土壤類型進行優(yōu)化。另外，施加固定直流電場和反轉(zhuǎn)電場均抑制了伴礦景天生長，且與施加不同增強試劑（DOM 和檸檬酸）相比，電場對伴礦景天生長和對Cd 吸收的影響起主導(dǎo)作用。因此，在今后的研究中，電極與植物之間的距離、電場強度以及通電時間還需要進一步優(yōu)化。

4 結(jié)論

（1）無電場條件下，施加硫粉能有效降低土壤pH，但顯著降低了伴礦景天地上部生物量。施加菌菇渣DOM 和檸檬酸顯著促進了伴礦景天生長，但對伴礦景天地上部和地下部Cd含量無顯著影響。

（2）施加固定直流電場促進了土壤總Cd的遷移，同時提高了植物生長區(qū)域總Cd含量。而反轉(zhuǎn)電場使各處理中Cd由表層向底層遷移。

（3）施加固定直流電場和反轉(zhuǎn)電場均抑制了植物生長，固定直流電場相對反轉(zhuǎn)電場可增加植物對Cd的吸收，反轉(zhuǎn)電場相對固定直流電場能增加植物生物量。

（4）有無電場條件下，施加硫粉均顯著促進了伴礦景天根部對Cd的積累。固定直流電場與硫粉共同作用時，伴礦景天地上部和地下部的Cd 濃度高于其他處理，但硫粉的施加濃度需要進一步優(yōu)化，以緩解對伴礦景天生長的抑制作用。

（5）電場與不同增強試劑共同作用對伴礦景天生長和吸收Cd 的影響不同。電場與硫粉共同作用時，硫粉對伴礦景天生長和Cd 吸收的影響起主要作用，電場與DOM 和檸檬酸共同作用時，電場對伴礦景天生長和Cd吸收的影響占主導(dǎo)地位。