關鍵詞：植物修復；菌肥；泥炭土浸提液；東南景天；水稻；鎘

隨著我國工業(yè)化和城市化進程不斷加速，土壤重金屬污染成為威脅人體健康以及環(huán)境安全的因素，農田Cd污染已經成為突出的農業(yè)環(huán)境問題之一。常見的Cd污染土壤修復技術有多種，包括植物提取、固化／穩(wěn)定化、土壤淋洗、電化學技術等，其中植物提取技術因其環(huán)境友好、能夠徹底去除土壤重金屬等特點，是有前途的修復方式之一，如何提高植物修復的效率成為突破局限的關鍵。已有相關學者采用施肥等農藝手段，微生物強化，螯合劑、植物生長調節(jié)劑等，促進植物對重金屬的吸收和積累，從而進一步提高植物對重金屬的提取效率。

EDTA（乙二胺四乙酸）具有較強的絡合能力，是目前研究較多的螯合劑，但EDTA具有不易被生物降解、抑制植物生長的缺點。因此，有必要尋找環(huán)境友好的促進植物提取重金屬的活化劑或材料。有研究表明利用植物的水提取物促進了龍葵對土壤Cd的吸收提取，果皮果渣的水提取物被用于活化土壤中鉛以促進植物提取，利用植物相關材料獲取綠色的活化劑是一種可行的選擇。泥炭土浸出液中含有溶解性有機碳和營養(yǎng)物質，其中的小分子富里酸等可以活化重金屬，增加重金屬的溶出率，提高生物可利用性，本項目組前期研究發(fā)現(xiàn)泥炭土清洗與否，對植物吸收土壤Cd的影響不同。添加未清洗的泥炭土，其水稻Cd含量高于添加清洗后的泥炭土。因此，可以用泥炭土浸提液來促進水稻的生長和對Cd的吸收。向土壤中施入菌肥可以改善土壤微生態(tài)結構、提高作物抗性，從而提高作物的產量和品質。將菌肥和泥炭土浸提液等應用于污染農田的植物修復，有望同時協(xié)同改善土壤環(huán)境。稻田落干排水會增加水稻對Cd的吸收，通過施用菌肥和泥炭土浸提液能否進一步提高水稻對Cd的吸收，從而進行植物修復值得研究。水稻是一種廣泛種植的作物，其生物量較大且有一套完整的耕作和收獲方法，易于種植，在植物提取方面已被證明具有潛力，可以拓展植物修復的應用。

本研究通過溫室盆栽試驗，研究菌肥和泥炭土浸提液能否在促進東南景天生長的同時提高東南景天對土壤中Cd的吸收提取，并探討落干條件下對水稻生長和吸收Cd的影響。以期為植物修復效率的提高提供科學依據，為Cd污染農田的植物修復提供新的思路。

1材料與方法

1.1供試材料

試驗土壤采自韶關市某水稻農田Cd污染土壤，pH為5.66，有機質含量為35.96g·kg-1，總氮為1.49g·kg-1，總磷為0.88g·kg-1，總鉀為10.21g·kg-1，CEC為12.60cmol·kg-1，總Cd含量為2.45mg·kg-1，有效態(tài)Cd含量為1.73mg·kg-1。其中總Cd含量高達2.445mg·kg-1，超過了《土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618-2018）中2.0mg·kg-1的Cd含量風險管制值。

試驗菌肥為微生物菌劑——菌旺豐，是華南農業(yè)大學研發(fā)的高品質液體肥，有機質含量≥40%，其中腐植酸鉀≥20%，內含氨基酸、海藻酸等多種活性成分，可有效預防土傳病害的發(fā)生、促進作物健康生長，提高農作物產量及品質。泥炭土為安秋農資專營店購買的純泥炭土，為植物松針腐殖的泥炭土，有機質含量≥60%，對泥炭土進行浸提獲取植物源活化劑。試驗所用菌肥溶液的制備：菌肥原液500倍稀釋液，溶液pH為4.53；泥炭土浸提液的制備：以水為浸提劑，泥炭土和水質量比為1：10，浸提時間12h，浸提液pH為5.56。

1.2試驗設計

東南景天試驗采用盆栽，土壤自然風干并過5mm篩，充分混勻土壤，采用尿素和KH2P04（均為分析純）作基肥與土壤混勻，用量分別為：氮100mg·kg-1，磷80mg·kg-1，鉀100mg·kg-1。每盆裝土1kg，每盆種植2株大小均勻的東南景天，共5個處理，每個處理4次重復。

將種植過東南景天的盆栽土壤繼續(xù)種植水稻，具體處理見表1，每個處理4次重復，每盆土壤0.8kg，每盆移栽水稻3棵。水稻在移栽后分蘗期30d內保持土壤表面水層1～2cm以保持水稻分蘗期所需，分蘗期后保持落干（水面無水層）。

東南景天盆栽試驗于2022年3月19日將長勢均勻的東南景天種植在重金屬污染的土壤中，處理中每次液體肥的添加量為40mL，并在移栽后第50天于2022年5月8日進行第一次處理液的添加，J-2、T和JT處理在間隔7d后于2022年5月15日進行第二次處理液的添加，每次澆水總量保持一致，2022年6月30日收獲東南景天，種植周期為103d。水稻盆栽試驗于2022年8月16日至2022年11月24日進行，2022年8月19日返青期進行第一次處理液的添加，2022年10月19日孕穗期進行第二次處理液的添加，種植周期為100d。

1.3樣品的采集與分析

1.3.1樣品的預處理

東南景天植物樣品預處理：用剪刀剪取東南景天地上部分，收獲后的東南景天用自來水沖洗表面的雜質，再用雙蒸水洗凈并擦干表面水分，將東南景天裝入信封，于95℃殺青1h，然后置于45℃的烘箱中烘干至質量恒定，稱量后為每盆的東南景天的干質量生物量，將烘干植物研磨成粉末狀，貯存于封口袋保存。

水稻糙米樣品預處理：將收獲的水稻籽粒進行烘干脫殼，并稱其干質量，用粉碎機研磨后置于封口袋保存。

土壤樣品預處理：將盆中的土壤敲碎混勻，用抖根法采集不同處理的根際土壤樣品，自然風干，用研缽研磨后分別過20目和100目篩，分開保存于封口袋備用。

1.3.2樣品分析方法

土壤的基本理化性質按照《土壤農業(yè)化學分析方法》進行；土壤pH值測定采用水土比為2.5：1的電位法；土壤重金屬有效態(tài)采用DPTA提取法；土壤重金屬全量使用HN03-HCI-HF微波消解；植物重金屬全量使用HN03-H202微波消解；用火焰原子吸收光譜儀測定重金屬Cd。

1.4數據分析與方法

所有數據用Excel進行整理，用SPSS 26.0進行單因素方差分析的差異顯著性檢驗（a=0.05），用Origin2021繪圖。

土壤重金屬提取率（%）用植物吸收重金屬總量與土壤重金屬總量比值的百分數表示，生物富集系數（BCF）用植物地上部分Cd含量與土壤全Cd含量比值來表示。東南景天對重金屬的提取量通過地上部生物量與重金屬含量的乘積來表示。

2結果與分析

2.1對東南景天生物量的影響

從圖1可以看出，與對照處理相比，施加菌肥和泥炭土浸提液顯著提高了東南景天地上部的生物量（Plt;0.05），液體肥促進了東南景天的生長。施加兩次液體菌肥（J-2）對東南景天的生長促進效果最明顯，生物量較對照提高了99.68%。施加一次液體菌肥（J-1）、泥炭土浸提液（T）以及菌肥和泥炭土的復合液（JT）對東南景天的生長均有促進作用，其生物量比對照處理分別提高了63.16%、64.58%、59.77%。

2.2對東南景天重金屬含量和富集系數的影響

施用液體菌肥和泥炭土浸提液提高了東南景天地上部Cd含量（表2）。T處理的東南景天Cd含量最高，達到260.45mg·kg-1，是對照處理的1.8倍。J-1和J-2處理的東南景天Cd含量分別是對照處理的1.1倍和1.6倍，說明隨著液體菌肥施用次數的增加，東南景天Cd含量得到進一步提高。菌肥和泥炭土浸提液聯(lián)合施用情況下，東南景天Cd含量的提高幅度為53.2%。施加菌肥和泥炭土浸提液均提高了東南景天的Cd生物富集系數，其中T處理Cd生物富集系數達到106.52，遠大于1。

2.3對東南景天提取重金屬的影響

由表3可以看出，施加液體肥提高了東南景天對Cd的提取量，具體表現(xiàn)為：J-2gt;Tgt;JTgt;J-1gt;CK。施用兩次液體菌肥（J-2）的效果最好，東南景天對Cd提取量為0.34mg·pot-1，是對照處理的3.1倍；泥炭土浸提液處理（T）的東南景天Cd提取量為0.32mg·pot-1，是對照的2.9倍。J-2和T處理的東南景天對Cd的提取率分別達到了14.98%和12.92%。菌肥和泥炭土浸提液復合處理的東南景天對Cd的提取效率稍低于單一添加菌肥和單一添加泥炭土浸提液處理，其提取效率為11.47%。菌肥和泥炭土浸提液都可通過提高東南景天生物量和東南景天Cd含量來強化東南景天對土壤Cd的提取。

2.4對土壤理化性質和重金屬含量的影響

不同處理對土壤理化性質的影響見表4。與對照處理相比，施加菌肥和泥炭土浸提液對土壤的pH值、有效養(yǎng)分含量的影響不顯著。土壤pH值變化不明顯，可能是添加物的量較少，土壤本身的緩沖能力強的原因。菌肥和泥炭土浸提液聯(lián)合施用（JT處理）顯著提高了土壤有機質含量，與對照處理相比提高了4.81%；而單獨施用泥炭土浸提液降低了土壤有機質含量。

不同處理的土壤重金屬含量見表5。種植東南景天后，不同處理的土壤全Cd含量比起始值低。卜2、T和JT處理的土壤全Cd含量均顯著低于對照處理，其中J-2處理的土壤Cd含量最低，其次是T處理。與對照處理相比，J-2處理的土壤Cd全量降低幅度為20.41%，T處理的土壤Cd全量降低幅度為17.55%。東南景天處理后，土壤有效態(tài)Cd含量比土壤有效態(tài)本底值低，液體肥強化東南景天植物提取后，土壤有效態(tài)Cd含量呈現(xiàn)降低趨勢，J-2處理土壤有效態(tài)Cd含量最低。菌肥和泥炭土浸提液兩種液體肥強化了東南景天對土壤中Cd的提取，從而降低了土壤中的重金屬含量。

2.5對水稻的影響

不同處理的水稻稻米和莖葉部分的生物量、Cd含量和Cd提取量見表6。落干條件下水稻對Cd的吸收會增加，經過一季東南景天修復后進行水稻種植，并在分蘗期后進行落干（土面沒有水層），添加液體肥顯著促進水稻對Cd的吸收和提取。不同液體肥處理提高了稻米和莖葉的生物量，提高了稻米和莖葉Cd含量，生物量和地上部Cd含量的提高增加了水稻對土壤Cd的提取。與對照處理相比，不同液體肥處理均提高了稻米和莖葉的Cd提取量，增幅范圍分別為30.31%～396.24%和12.36%～257.65%。不同處理的水稻地上部對土壤Cd的總提取率范圍為0.7%-3.15%，其中T處理和JT處理達到了2.39%和3.15%，菌肥和泥炭土浸提液強化了落干條件下水稻對土壤中Cd的提取。此外，不同處理的水稻莖葉Cd含量高于稻米，莖葉Cd含量是稻米的1.35～1.76倍。

3討論

3.1茵肥和泥炭土浸提液對東南景天的影響

植物對土壤重金屬的提取量是由其生物量和地上部重金屬含量來決定的。施用菌肥可以促進農作物健康生長，提高農作物產量及品質，在重金屬超富集植物東南景天上應用也獲得了相同的效果。添加菌肥提高了東南景天地上部的生物量和Cd含量（圖1和表2），這與菌肥含的腐植酸鉀、氨基酸．海藻酸等多種活性成分能提高植物對重金屬的吸收有關，施加2次菌肥的效果優(yōu)于施加1次。施加有機物料能提高東南景天的修復效果，本實驗施加泥炭土浸提液后，東南景天對Cd提取效率較對照處理提高了1.8倍，這是因為泥炭土浸提液中含有有機酸、腐植酸等，有研究表明腐植酸可以提高東南景天修復土壤Cd的效率，溶解性有機質可以提高植物對重金屬的吸收。兩種液體肥均提高了東南景天地上部Cd含量，最高達到260mg·kg-1以上，遠高于的超富集植物Cd為100mg·kg-1的臨界標準，這更有利于超富集植物的后續(xù)處理。

3.2落干條件下水稻對Cd的吸收及修復污染土壤的潛力

在排水或者氧化土壤條件下，水稻對土壤中的Cd吸收量會增加，采取措施進一步提高水稻對Cd的吸收有望通過移除秸稈降低土壤中Cd含量。施加菌肥和泥炭土浸提液后，提高了水稻的產量，這些與在東南景天的效果（圖1）和前人的研究結果是一致的。土壤落干條件下，菌肥和泥炭土浸提液聯(lián)合施用大幅度提高稻米和秸稈Cd含量，對土壤Cd的總提取率達到了3.15%，與單獨種植東南景天對Cd的提取率4.47%稍低（表3），提取能力與東南景天相當。本實驗對照處理的水稻莖葉的Cd含量為0.94mg·kg-1，低于報道的相對高積累Cd水稻Cho-ko-koku品種，后期可以篩選和采用高累積Cd水稻品種，利用菌肥、泥炭土浸提液等提高水稻的植物修復效率，使水稻成為可以推廣應用的修復植物。

種植東南景天沒有降低后茬水稻稻米Cd含量，其后茬稻米Cd含量為0.53mg·kg-1（表6），高于在未種植過東南景天的相同土壤上稻米Cd含量（0.39mg·kg-1，數據未列），東南景天在土壤中的殘茬會使得下一季作物重金屬吸收積累增加。此外種植一季東南景天后，土壤全量Cd和有效態(tài)Cd含量依然較高（表5），還不宜進行水稻安全生產。土壤施加菌肥和泥炭土浸提液提高稻米Cd含量，稻米Cd含量均超過了國家食品衛(wèi)生標準0.2mg·kg-1，需要防范食品安全風險。從水稻用于植物修復移除土壤Cd的角度，水稻無需到成熟季收獲，可以考慮在灌漿期收獲植株并加以回收集中處理，可避免稻谷進入食物鏈。

4結論

（1）添加菌肥和泥炭土浸提液兩種液體肥可以促進東南景天的生長，提高東南景天對Cd的提取，施用兩次菌肥和泥炭土浸提液處理的東南景天的Cd含量分別為232.65mg·kg-1和260.45mg·kg-1，提取量分別為0.34mg·pot-1和0.32mg`pot-1，兩者對土壤Cd的提取率可達13%～15%，顯著促進東南景天吸收土壤中的Cd，降低土壤Cd含量。

（2）施加液體肥種植水稻，并在分蘗期后進行落干，促進了水稻的生長和對Cd的吸收提取，其中菌肥及泥炭土浸提液聯(lián)合處理下水稻對Cd的吸收量最大，稻米和莖葉的Cd含量分別為2.14mg·kg-1和2.88mg·kg-1，水稻地上部對Cd提取率達到3.15%，與東南景天提取能力相當。落干條件下栽培水稻并施加液體肥來促進植物提取Cd，具有一定的應用前景。