馬 杰，孫向陽，索琳娜，王 磊，孫 娜，許 寧，李 佳

(1.北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，北京 100097；3.河北省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，河北 石家莊 050000；4.河北省畜牧總站，河北 石家莊 050000)

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，土壤環(huán)境質(zhì)量與農(nóng)產(chǎn)品安全以及人體健康息息相關(guān)。2014年，原環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中顯示，全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，污染類型以無機(jī)型為主，8種無機(jī)污染物(鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳)中重金屬鎘(Cd)點(diǎn)位超標(biāo)率居首，為7.0%[1]。鎘是植物非必需元素，因其生物毒性強(qiáng)、易積累、不易去除且遷移活躍，現(xiàn)已成為農(nóng)田土壤最優(yōu)先控制的污染元素之一[2-4]。在眾多修復(fù)技術(shù)中，原位化學(xué)鈍化修復(fù)被認(rèn)為是對(duì)重金屬鎘污染農(nóng)田土壤行之有效且成本較低的方法[5]。原位化學(xué)鈍化修復(fù)鎘污染土壤主要是利用外源添加改良劑(堿性物質(zhì)、含磷物質(zhì)、黏土礦物、鐵錳氧化物以及有機(jī)物料等[6-9])鈍化土壤中的鎘，降低鎘的生物活性，從而減少作物對(duì)鎘的吸收量。當(dāng)前農(nóng)田鎘污染原位鈍化修復(fù)材料研究大多集中于南方酸性水稻田，其中以石灰為代表的堿性物質(zhì)因具有獲得容易、成本低廉、施用方法簡(jiǎn)便、成效顯著等特點(diǎn)，而被農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者廣泛接受。然而，對(duì)于北方石灰性鎘污染農(nóng)業(yè)土壤而言，大幅度提高土壤pH值則勢(shì)必會(huì)影響農(nóng)作物正常生長(zhǎng)。另一方面，北京地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤鎘含量變異系數(shù)極高，40%以上樣點(diǎn)存在“輕度”和“中度”污染，設(shè)施菜地較裸露菜地存在較高鎘污染風(fēng)險(xiǎn)[10]。農(nóng)作物中蔬菜特別是葉類蔬菜對(duì)鎘的吸收積累能力較強(qiáng)，由此造成的鎘含量超標(biāo)現(xiàn)象尤為突出[11-12]。因此，針對(duì)石灰性鎘污染菜田土壤，篩選出在保持土壤pH值相對(duì)穩(wěn)定的前提下，又能有效降低土壤鎘生物有效性，最大程度減少蔬菜中鎘的積累量，獲得蔬菜“穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)”的優(yōu)良改良劑材料具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。

目前，關(guān)于沸石及膨潤(rùn)土修復(fù)重金屬污染土壤的研究較多，土壤鎘污染修復(fù)中應(yīng)用的天然膨潤(rùn)土多為鈉基膨潤(rùn)土，有研究表明，鈉基膨潤(rùn)土對(duì)石灰性鎘污染土壤的修復(fù)效果優(yōu)于鈣基膨潤(rùn)土[13]，然而天然膨潤(rùn)土中鈣基膨潤(rùn)土的分布更為廣泛，因此，生產(chǎn)上多采用鈉化技術(shù)將其改性，但這無疑會(huì)增加土壤修復(fù)成本。另有研究指出，部分北方地區(qū)的天然鈣鎂基膨潤(rùn)土的基本理化特性要優(yōu)于一般的鈣基膨潤(rùn)土，僅次于鈉基膨潤(rùn)土[14]。

綜合考慮到土壤修復(fù)成本以及良好的理化特性，本研究選取沸石及鈣鎂基膨潤(rùn)土作為供試改良劑材料，通過盆栽試驗(yàn)，以代表性葉菜類植物小白菜為研究對(duì)象，探討不同添加量的2種改良劑對(duì)土壤中鎘的鈍化及小白菜生長(zhǎng)的影響。同時(shí)，為提高盆栽試驗(yàn)對(duì)田間實(shí)際應(yīng)用的指導(dǎo)意義，采用北京某設(shè)施菜地實(shí)際存在鎘污染的土壤作為供試土壤材料，而非多數(shù)盆栽試驗(yàn)中向清潔土壤添加外源鎘制劑的方式，以期對(duì)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供更具針對(duì)性的數(shù)據(jù)支持。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試土壤：盆栽試驗(yàn)土壤采自北京市大興區(qū)某設(shè)施菜地，土壤類型為潮土，風(fēng)干后過2 mm尼龍篩。其土壤基本理化性質(zhì)為：pH值7.72，陽離子交換量(CEC)15.40 cmol/kg，有機(jī)質(zhì)含量41.83 g/kg，全氮2.70 g/kg，堿解氮194.15 mg/kg，有效磷398.84 mg/kg，速效鉀225.00 mg/kg，總鎘1.52 mg/kg，有效態(tài)鎘0.28 mg/kg。

供試改良劑：沸石取自河北省赤城縣，pH值8.25，含全鉀18.50 g/kg，陽離子交換量156.00 cmol/kg，總鎘未檢出。鈣鎂基膨潤(rùn)土購(gòu)自大連潤(rùn)鳴材料技術(shù)有限公司，pH值10.10，鈣(Ca)含量40.50 g/kg，鎂(Mg)含量36.10 g/kg，總鎘未檢出。

供試植物：小白菜種為京綠7號(hào)，購(gòu)于京研益農(nóng)(北京)種業(yè)科技有限公司。

1.2 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置10個(gè)處理，其中沸石設(shè)置3個(gè)添加劑量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：0.5%(F1)，1.0%(F2)，2.0%(F3)；鈣鎂基膨潤(rùn)土設(shè)置6個(gè)添加劑量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，分別為0.2%(T1)，0.3%(T2)，0.4%(T3)，0.5%(T4)，0.6%(T5)，0.8%(T6)；以不添加任何改良劑的處理作為對(duì)照(CK)，各處理設(shè)置3次重復(fù)。其中鈣鎂基膨潤(rùn)土為目標(biāo)試驗(yàn)材料，為精準(zhǔn)篩選較優(yōu)添加劑量，設(shè)置了更多濃度梯度，而沸石濃度梯度由文獻(xiàn)查閱綜合預(yù)處理試驗(yàn)確定。

每盆裝土2.0 kg，各處理按上述設(shè)計(jì)方案添加并混合均勻后裝入內(nèi)徑17.7 cm、深12.0 cm的塑料花盆(A230型)中穩(wěn)定培養(yǎng)7 d，培養(yǎng)期間每日定時(shí)澆水，保持土壤含水量為田間持水量的40%左右。培養(yǎng)完成后播種小白菜種子，每盆20粒，7 d后待小白菜長(zhǎng)至2片真葉時(shí)統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率并間苗，每盆定苗7株，其中1株進(jìn)行葉綠素指標(biāo)的測(cè)定，剩余6株用于植株其他指標(biāo)測(cè)定，生長(zhǎng)期間定時(shí)澆水養(yǎng)護(hù)，使土壤含水量保持在田間持水量的70%左右，所有處理不施任何肥料，45 d后小白菜成熟收獲。

1.3 樣品采集

小白菜成熟后收獲，在不同處理的3個(gè)重復(fù)中各選擇1株長(zhǎng)勢(shì)相同的小白菜，采集自第1片展開葉向下數(shù)的第4片功能葉，用自來水沖洗干凈，再用濾紙擦去水分，剪碎備用，用于小白菜葉綠素的提取和含量測(cè)定。剩余的6株采集地上部分，經(jīng)自來水充分沖洗，再用蒸餾水沖洗3次，最后用濾紙擦干。將鮮樣放入鼓風(fēng)干燥箱，經(jīng)105 ℃殺青0.5 h，70 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量并將其計(jì)為小白菜地上部干物質(zhì)積累量，然后粉碎用于小白菜地上部鎘含量的測(cè)定。

采集植物樣品的同時(shí)采集土壤樣品。剔除土壤中植物的地下部分，采集根系附近土壤200 g，經(jīng)自然風(fēng)干后過2 mm尼龍篩后測(cè)定土壤pH值、有效鎘含量。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 土壤指標(biāo)測(cè)定 土壤有效鎘采用DTPA(二乙三胺五乙酸)提取、石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定[15](ZEEnit650P AAS，德國(guó)耶拿)；土壤pH值采用MP-511型pH計(jì)測(cè)定，水土比為2.5∶1.0。

1.4.2 植株指標(biāo)測(cè)定 小白菜發(fā)芽率采用計(jì)數(shù)法；利用電子天平測(cè)定小白菜地上部干物質(zhì)積累量；葉綠素含量采用丙酮浸取-分光光度法測(cè)定[16]；小白菜鎘含量采用《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)—食品中鎘的測(cè)定》(GB 5009.15—2014)中規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定[17](石墨爐原子吸收光譜儀ZEEnit650P AAS，德國(guó)耶拿)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用Microsoft Excel 2016進(jìn)行處理與作圖，運(yùn)用SPSS 25.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，采用Duncan新復(fù)極差法對(duì)處理間進(jìn)行多重比較，檢驗(yàn)各處理平均值在0.05水平的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同添加量改良劑對(duì)土壤pH值和有效態(tài)鎘的影響

由表1可知，添加沸石對(duì)土壤pH值無顯著性影響(P>0.05)，土壤pH值僅升高0.07～0.14，隨著沸石劑量增加，土壤pH值出現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)；而添加鈣鎂基膨潤(rùn)土可顯著提高土壤pH值(P<0.05)，且隨著劑量增加，土壤pH值逐步升高，與對(duì)照相比，添加0.2%～0.8%鈣鎂基膨潤(rùn)土可使土壤pH值升高0.70～1.07。

添加不同改良劑后土壤有效鎘含量均有不同程度降低，2種改良劑的不同添加劑量對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量的影響如圖1所示，隨著沸石劑量增加，土壤有效鎘含量逐步降低，但添加不同劑量沸石對(duì)土壤有效鎘含量均無顯著影響(P>0.05)；鈣鎂基膨潤(rùn)土處理表現(xiàn)出相同趨勢(shì)，即隨著劑量增加土壤有效鎘含量逐步降低，但添加較高劑量(≥0.4%，T3～T6)鈣鎂基膨潤(rùn)土可顯著降低土壤有效鎘含量(P<0.05)。

表1 不同添加量改良劑對(duì)土壤pH值的影響Tab.1 Effects of different amount of modifiers on pH value of soil

同一組不同字母表示各處理間在5%水平差異顯著(P<0.05)。圖2—4同。Different letters in the same group indicated significant differences among treatments at 0.05 level.The same as Fig.2—4.

2.2 不同添加量改良劑對(duì)小白菜發(fā)芽率、干物質(zhì)積累量及葉綠素含量的影響

添加0.5%的沸石后小白菜發(fā)芽率會(huì)有所降低，添加劑量≥0.5%的沸石處理能提高小白菜發(fā)芽率，但沸石處理對(duì)小白菜發(fā)芽率均未產(chǎn)生顯著影響(P>0.05，圖2)。較低劑量的鈣鎂基膨潤(rùn)土(≤ 0.3%，T1、T2)能顯著提升小白菜發(fā)芽率(P<0.05)，T2處理達(dá)到最高，此時(shí)小白菜發(fā)芽率為81.7%，較對(duì)照處理提升15百分點(diǎn)；當(dāng)鈣鎂基膨潤(rùn)土的添加劑量大于0.3%，隨著劑量增加，小白菜發(fā)芽率不斷降低，添加較高劑量(≥0.4%，T3～T6)鈣鎂基膨潤(rùn)土可顯著抑制小白菜發(fā)芽率(P<0.05)，導(dǎo)致小白菜發(fā)芽率較對(duì)照處理下降16.7～56.7百分點(diǎn)。此外，添加0.8%(T6)鈣鎂基膨潤(rùn)土的處理，小白菜種子萌發(fā)率僅為10%，失去試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)意義，因此在后續(xù)分析中剔除該處理。

圖2 不同添加量改良劑對(duì)小白菜種子發(fā)芽率的影響Fig.2 Effects of different amount of modifiers on germination rate of pakchoi

不同處理對(duì)小白菜地上部干物質(zhì)積累量及葉綠素含量的影響見圖3，不同添加量沸石使小白菜地上部干物質(zhì)積累量有一定程度的提升，但均未達(dá)顯著水平(P>0.05)；而添加鈣鎂基膨潤(rùn)土?xí)煌潭鹊靥岣咝“撞说厣喜扛晌镔|(zhì)積累量(5.56%～29.22%)，添加劑量小于0.6%時(shí)(T1～T4)，小白菜地上部干物質(zhì)積累量顯著高于對(duì)照處理(P<0.05)，T2處理下小白菜地上部干物質(zhì)積累量達(dá)到峰值(4.26 g)，此后隨著劑量的增加鈣鎂基膨潤(rùn)土對(duì)小白菜地上部干物質(zhì)積累量的增益效果逐步降低。

與對(duì)照處理相比，添加沸石對(duì)小白菜葉綠素含量無顯著影響(P>0.05)，除添加劑量為0.5%的處理外，其他處理均會(huì)降低小白菜葉綠素的含量；添加鈣鎂基膨潤(rùn)土可不同程度地提高小白菜葉片中葉綠素含量(5.42%～11.72%)，其中添加劑量為0.2%～0.5%時(shí)(T1～T4)，葉綠素含量顯著高于對(duì)照處理(P<0.05)，T2處理下小白菜葉綠素含量最高，達(dá)3.78 mg/g。

圖3 不同添加量改良劑對(duì)小白菜地上部干物質(zhì)積累量及葉綠素含量的影響Fig.3 Effects of different amount of modifiers on aboveground dry matter accumulation and chlorophyll content of pakchoi

2.3 不同添加量改良劑對(duì)小白菜地上部鎘含量的影響

2種改良劑對(duì)小白菜地上部鎘含量的影響見圖4，隨著沸石劑量增加，小白菜地上部鎘含量逐步降低，但各沸石處理對(duì)小白菜地上部鎘含量均未產(chǎn)生顯著影響(P>0.05)；添加鈣鎂基膨潤(rùn)土的處理可顯著降低小白菜地上部鎘含量(63.83%～93.62%，P<0.05)，除添加劑量為0.6%(T5)的處理外，其余劑量鈣鎂基膨潤(rùn)土處理之間無顯著性差異(P>0.05)，其中0.3%(T2)鈣鎂基膨潤(rùn)土處理小白菜地上部鎘含量相對(duì)最低，為0.03 mg/kg。

圖4 不同添加量改良劑對(duì)小白菜地上部鎘含量的影響Fig.4 Effects of different amount of modifiers on aboveground Cd content of pakchoi

3 討論與結(jié)論

3.1 2種改良劑對(duì)土壤pH值與有效鎘含量的影響

黏土礦物作為土壤的組成成分，將其施入土壤后通常不會(huì)對(duì)土壤性質(zhì)造成不良影響[18]；因此，許多學(xué)者研究了黏土礦物對(duì)土壤中重金屬元素的有效性以及作物吸收積累的影響，并對(duì)此類物質(zhì)應(yīng)用于重金屬污染土壤修復(fù)進(jìn)行了探討[19-20]。土壤pH值對(duì)土壤中重金屬的形態(tài)分布、轉(zhuǎn)化、遷移有著重要影響[21]，生物有效鎘一般以水溶態(tài)或離子交換態(tài)的形式存在，當(dāng)土壤pH值上升，會(huì)促使水溶態(tài)及離子交換態(tài)的Cd2+生成Cd(OH)2或CdCO3沉淀，從而降低土壤中鎘的生物有效性，減少作物對(duì)Cd2+的吸收積累[22]。沸石及鈣鎂基膨潤(rùn)土均為堿性物質(zhì)，將這類材料添加到土壤后能夠使土壤的pH值升高。本試驗(yàn)向土壤施加不同劑量的沸石、鈣鎂基膨潤(rùn)土后，土壤pH值大都呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。各沸石處理對(duì)土壤pH值未造成顯著影響，且隨著沸石劑量的增加土壤pH值出現(xiàn)了先降后升的趨勢(shì)，這與王宏鵬[23]的試驗(yàn)結(jié)果相似，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因可能是由于沸石中的氧化鋁成分以及沸石的特殊結(jié)構(gòu)使其對(duì)土壤pH值具有一定的緩沖作用。鈣鎂基膨潤(rùn)土處理則顯著提升了土壤pH值，這種提升隨著劑量的增加而增大，此外鈣鎂基膨潤(rùn)土處理對(duì)土壤pH值的影響也顯著高于沸石處理，這可能與2種材料的pH值有關(guān)，試驗(yàn)用沸石pH值為8.25，而鈣鎂基膨潤(rùn)土為10.10，由于鈣鎂基膨潤(rùn)土pH值高于沸石，因此對(duì)于土壤pH值的提升更為顯著。本試驗(yàn)中，鈣鎂基膨潤(rùn)土?xí)@著提升土壤pH值導(dǎo)致土壤堿化障礙加劇，是否會(huì)對(duì)其他土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生不良影響尚不明確，故能否大面積應(yīng)用于北方石灰性鎘污染土壤仍需進(jìn)一步探究。

試驗(yàn)中沸石處理均未對(duì)土壤有效鎘含量造成顯著影響，而鈣鎂基膨潤(rùn)土的添加劑量≥ 0.4%能顯著降低土壤有效鎘含量，< 0.4%能降低土壤有效鎘含量但影響不顯著(P> 0.05)。結(jié)合不同處理下土壤pH值與有效鎘含量來看，在一定范圍內(nèi)隨著土壤pH值的升高，土壤有效鎘含量逐步降低，說明通過提升土壤pH值的方式來降低土壤中鎘的生物有效性切實(shí)可行。

3.2 2種改良劑對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響

3.2.1 2種改良劑對(duì)小白菜生理特征的影響 總體來看，沸石對(duì)小白菜的生長(zhǎng)以及有效鎘含量的降低存在一定的影響，但均未達(dá)到顯著水平(P>0.05)，而鈣鎂基膨潤(rùn)土對(duì)其則展現(xiàn)出更為顯著的作用。肖光華等[24]研究認(rèn)為，在一定限度內(nèi)土壤pH值的升高可以提高膨潤(rùn)土對(duì)土壤養(yǎng)分的固持作用，使養(yǎng)分的釋放更均衡、持久，從而促進(jìn)植物更好生長(zhǎng)，但土壤pH值過高會(huì)對(duì)植物萌發(fā)生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響。本試驗(yàn)中，當(dāng)鈣鎂基膨潤(rùn)土的添加劑量超過0.3%(T3～T6)，會(huì)顯著抑制小白菜的發(fā)芽率，這可能是由于較高劑量的鈣鎂基膨潤(rùn)土(T3～T6)會(huì)大幅提升土壤pH值，導(dǎo)致土壤pH值升高至8.67以上，從而抑制小白菜發(fā)芽。小白菜屬于葉菜類植物，葉綠素是其重要參數(shù)指標(biāo)，正常生長(zhǎng)情況下葉綠素含量是表征小白菜進(jìn)行光合作用的重要參數(shù)，能夠反映出小白菜的長(zhǎng)勢(shì)情況[25]，試驗(yàn)中除較高添加劑量T5處理外，其余添加劑量的鈣鎂基膨潤(rùn)土處理均能夠顯著提高小白菜葉綠素含量(P<0.05)，小白菜干物質(zhì)積累量也展現(xiàn)出相近的趨勢(shì)。鈣鎂基膨潤(rùn)土含有較高含量的鈣和鎂，鈣和鎂均為植物必需營(yíng)養(yǎng)元素，其中鈣元素能夠增強(qiáng)植物對(duì)環(huán)境脅迫的抵抗能力，當(dāng)植物原生質(zhì)膜上的Ca2+被重金屬離子取代時(shí)，就會(huì)發(fā)生細(xì)胞質(zhì)外滲，從而導(dǎo)致植物選擇性吸收能力下降，增加介質(zhì)的Ca2+濃度能夠提高作物細(xì)胞離子吸收的選擇性并減少溶質(zhì)外滲，因此，施鈣能夠在一定程度上減輕重金屬對(duì)作物造成的毒害作用；鎂元素的主要功能是作為葉綠素a和葉綠素b卟啉環(huán)的中心原子，在葉綠素合成和光合作用中起重要作用，只有鎂原子與葉綠素分子結(jié)合后，作物才能夠有效地吸收光量子進(jìn)行光合碳同化反應(yīng)，此外鈣、鎂元素對(duì)植株中的某些酶有活化作用，如Ca-ATP、Mg-ATP、RUBP等，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸以及植株生長(zhǎng)具有積極作用[26]；因此，鈣鎂基膨潤(rùn)土能夠通過提供鈣鎂元素來提高小白菜在鎘污染與堿性環(huán)境脅迫下的抵抗適應(yīng)能力與葉綠素的合成能力，這可能是試驗(yàn)中鈣鎂基膨潤(rùn)土處理能夠提升小白菜干物質(zhì)積累量與葉綠素含量的原因。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)走向來看，小白菜的干物質(zhì)積累量與葉綠素含量呈現(xiàn)出高度的一致性，沸石處理均隨劑量的增加逐步降低，鈣鎂基膨潤(rùn)土處理則呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)。值得注意的是，小白菜的發(fā)芽率、干物質(zhì)積累量、葉綠素含量均在添加0.3%鈣鎂基膨潤(rùn)土(T2)時(shí)達(dá)到峰值，因此，可認(rèn)為本試驗(yàn)中T2處理對(duì)小白菜的生長(zhǎng)增益效果最好。

3.2.2 2種改良劑對(duì)小白菜鎘含量的影響 通過向土壤施加不同劑量的2種改良材料，土壤pH值均有所提升，致使土壤中有效態(tài)鎘含量出現(xiàn)不同程度的下降，因此，小白菜地上部對(duì)鎘的吸收積累也相應(yīng)減弱。按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)—食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中對(duì)于葉菜蔬菜鎘限量值的規(guī)定(≤ 0.2 mg/kg)[27]，本試驗(yàn)中添加鈣鎂基膨潤(rùn)土的處理小白菜鎘含量均達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。

當(dāng)土壤有效鎘含量降低時(shí)，小白菜對(duì)土壤中鎘的吸收和積累減少，因此，小白菜地上部鎘含量也應(yīng)相應(yīng)降低；但通過對(duì)比土壤有效鎘含量與小白菜地上部鎘含量的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，沸石處理在這兩項(xiàng)指標(biāo)上展現(xiàn)出了相近的趨勢(shì)，而鈣鎂基膨潤(rùn)土處理則截然不同。隨著添加劑量的增加，T2～T5處理土壤有效鎘含量逐步降低，小白菜地上部鎘含量反而逐步升高。導(dǎo)致這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是鎘元素的生物濃縮作用，T2～T5處理對(duì)小白菜地上部干物質(zhì)積累量的增益效果逐步降低，雖然此時(shí)土壤有效鎘含量降低，但小白菜地上部干物質(zhì)積累量下降程度更大，導(dǎo)致鎘元素在小白菜體內(nèi)發(fā)生生物濃縮，從而使T2～T5處理出現(xiàn)小白菜鎘含量逐步上升的現(xiàn)象。因此，在土壤修復(fù)的過程中不單要考慮土壤中的重金屬含量，也要注意修復(fù)材料對(duì)植株生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響，在降低土壤目標(biāo)元素含量的同時(shí)要保證植株正常生長(zhǎng)，避免生物濃縮作用帶來的一系列潛在危害。

3.3 鈣鎂基膨潤(rùn)土用于北方石灰性鎘污染土壤修復(fù)的優(yōu)勢(shì)分析

沸石和膨潤(rùn)土均為黏土礦物類改良劑，此類材料多數(shù)具有層狀結(jié)構(gòu)、大量微孔、眾多的表面羥基和一定量的負(fù)電荷，具有巨大的比表面積，對(duì)重金屬具有良好的吸附作用[28-29]。水田或水旱輪作區(qū)的鎘污染農(nóng)田中，沸石能有效固定土壤中的鎘，從而降低土壤中鎘的生物有效性，這與沸石發(fā)揮吸附作用需要以溶液作為介質(zhì)具有一定的關(guān)系[30]。而在北方旱作農(nóng)田中，由于土壤相對(duì)含水量一般較低，沸石對(duì)重金屬的吸附作用發(fā)揮也就較為困難，本試驗(yàn)在小白菜生長(zhǎng)期間水分管理?xiàng)l件為田間持水量的70%，值得注意的是：水分管理?xiàng)l件盡管達(dá)到較高水平，但僅是針對(duì)北方旱作土壤而言，這樣的土壤含水量仍遠(yuǎn)低于南方水田及濕潤(rùn)土壤，這可能是導(dǎo)致試驗(yàn)中沸石處理未能對(duì)土壤有效鎘含量造成顯著影響的原因。由于北方旱作農(nóng)田的農(nóng)業(yè)操作習(xí)慣及土壤相對(duì)含水量較低的問題，單一使用沸石作為本區(qū)域鎘污染農(nóng)田的原位鈍化修復(fù)材料的效果不佳，未能顯著降低小白菜鎘含量。徐奕等[31]研究表明，在干濕交替灌溉的水分條件下，膨潤(rùn)土對(duì)鎘污染的修復(fù)要優(yōu)于濕潤(rùn)灌溉條件，主要體現(xiàn)在干濕交替處理下作物有更高的生物量并且作物各部位鎘含量均低于濕潤(rùn)灌溉田間的處理，這表明膨潤(rùn)土可能更加適用于水分含量較低的污染土壤。趙興杰等[32]研究發(fā)現(xiàn)，利用沸石與鈣基膨潤(rùn)土對(duì)不同程度鎘污染的石灰性土壤進(jìn)行修復(fù)改良，在短期內(nèi)(≤ 120 d)鈣基膨潤(rùn)土處理的土壤中有效鎘含量較沸石處理更低，本試驗(yàn)中的試驗(yàn)結(jié)果也體現(xiàn)出了相似的規(guī)律。鑒于此膨潤(rùn)土可能更加適用于土壤含水量較低的北方石灰性鎘污染土壤的修復(fù)。

3.4 試驗(yàn)存在的不足

試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到測(cè)定葉綠素指標(biāo)需要采集新鮮葉片剪碎研磨，但葉片經(jīng)研磨后就難以進(jìn)行烘干稱質(zhì)量操作，若每株小白菜均采集新鮮葉片進(jìn)行葉綠素指標(biāo)測(cè)定就會(huì)導(dǎo)致后續(xù)小白菜地上部干物質(zhì)積累量測(cè)定不精準(zhǔn)，出于對(duì)該情況的考慮，在不同處理的3個(gè)重復(fù)中各選擇1株長(zhǎng)勢(shì)相同的小白菜，用于小白菜葉綠素的提取和含量測(cè)定。但試驗(yàn)結(jié)束通過整理數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，用于測(cè)定葉綠素含量的單片葉經(jīng)小白菜含水率換算后干質(zhì)量?jī)H為0.02 g左右，而該質(zhì)量對(duì)試驗(yàn)中小白菜地上部干物質(zhì)積累量(3.30～4.26 g)的影響可以忽略，因此，在后續(xù)的研究中可以忽略葉綠素測(cè)定葉片對(duì)干物質(zhì)積累量測(cè)定產(chǎn)生的影響，也可以通過測(cè)定小白菜的干鮮質(zhì)量計(jì)算含水率，換算出完整的小白菜干物質(zhì)積累量。通常植物能夠吸收利用的重金屬形態(tài)為有效態(tài)，因此，在試驗(yàn)中僅測(cè)定了土壤中有效態(tài)鎘的含量，沒有考慮其他形態(tài)鎘的變化，后續(xù)的試驗(yàn)中應(yīng)注意施用改良材料后土壤中鎘形態(tài)的變化，通過重金屬的形態(tài)變化對(duì)鈍化改良機(jī)理進(jìn)行更為深入的探究。

3.5 結(jié)論

較沸石而言，在土壤含水率較低的北方旱作農(nóng)田，鈣鎂基膨潤(rùn)土對(duì)石灰性鎘污染土壤的修復(fù)效果更好，一定劑量下(≥0.4%)能夠顯著降低土壤有效鎘含量。在北方石灰性鎘污染農(nóng)田土壤中，施用鈣鎂基膨潤(rùn)土可以有效降低土壤中鎘的生物有效性，進(jìn)而減少目標(biāo)作物對(duì)鎘的吸收和累積。但施用量需特別注意，避免影響目標(biāo)作物的萌發(fā)和生長(zhǎng)，造成減產(chǎn)。此外，鈣鎂基膨潤(rùn)土?xí)@著提升土壤pH值，因此能否大面積應(yīng)用于北方石灰性土壤仍需進(jìn)一步探討。綜合質(zhì)量和產(chǎn)量因素分析，添加0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鈣鎂基膨潤(rùn)土在有效減少小白菜地上部鎘含量的同時(shí)，可增加小白菜地上部干物質(zhì)積累量和葉綠素含量，促進(jìn)小白菜的生長(zhǎng)。