張亞梅 悅飛雪 李繼偉

摘要 為了探究重金屬脅迫下生物炭和AM真菌的協(xié)同效應(yīng)，研究了煤礦區(qū)污染情況下施用生物炭和接種AM真菌對(duì)玉米重金屬As含量和土壤有效態(tài)As含量的影響。結(jié)果表明，施用生物炭和接種AM真菌均能夠降低玉米重金屬As含量，也能夠降低土壤有效態(tài)As含量。而施用生物炭和接種AM真菌結(jié)合對(duì)降低玉米重金屬As含量和土壤有效態(tài)As含量效果最佳。施用生物炭和接種AM真菌復(fù)合處理與對(duì)照相比分別降低玉米地上部、根系和土壤有效態(tài)As含量74.47%、56.07%、74.22%。該結(jié)果可為生物炭和接種AM真菌聯(lián)合用于玉米安全生產(chǎn)和修復(fù)土壤重金屬污染提供理論支撐。

關(guān)鍵詞 生物炭；玉米；砷；叢枝菌根

中圖分類號(hào) S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）14-0007-02

Abstract In order to explore the synergistic effects of biochar and AM fungi under heavy metal stress，a pot experiment was conducted to study the effects of biochar amendment and AM inoculation on the contents of heavy metal As in maize tissues and available As in soil.The results showed that applying either AM inoculant or biochar could significantly reduced As uptake in maize and the content of soil available As，and amending soil with biochar and AM inoculant together had the best effect compared with the control，amending soil with biochar and AM inoculant together could reduce the As content by 74.47%，56.07%，74.22% in upper part，root of maize and soil，respectively.This results can provide theoretical support for biocharl and AM inoculation for the safe production of maize and amendment of heavy metals contaminated soil.

Key words biochar；maize；Arsenic（As）；Arbuscular mycorrhizal（AM）

近年來，土壤重金屬污染日趨嚴(yán)重，采取必要的措施修復(fù)重金屬污染問題迫在眉睫。生物炭能夠吸附固定土壤中的重金屬，促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)，而叢枝菌根真菌（AM）是土壤中廣泛存在的有益微生物，其能夠與植物形成共生體，保護(hù)宿主植物免受重金屬的毒害，增強(qiáng)植物對(duì)重金屬的耐性。研究表明，生物炭孔隙能夠貯存水分和養(yǎng)分，有利于AM真菌孢子萌發(fā)和生長，對(duì)菌根真菌有特別促進(jìn)作用[1]。為了探明生物炭和AM真菌協(xié)同作用對(duì)煤礦區(qū)土壤生長的玉米As含量的作用機(jī)制，本研究以玉米品種弘單897為試驗(yàn)對(duì)象，研究了生物炭和AM真菌對(duì)礦區(qū)土壤重金屬污染條件下玉米生物量以及重金屬As含量的影響。現(xiàn)將結(jié)果總結(jié)如下。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)土壤采自新安縣江春尾礦區(qū)重金屬污染土壤。土壤pH值為7.83，總As含量為91.56 mg/kg，是GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中標(biāo)準(zhǔn)限值（25 mg/kg）的3.66倍。試驗(yàn)菌劑為河南科技大學(xué)環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室惠贈(zèng)的混合菌根菌劑（Glomus intraradices BEG 141和BEG168）。供試生物炭材料為購買于河南商丘三利新能源有限公司生產(chǎn)的小麥秸稈生物炭。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年5—7月在河南科技大學(xué)開元校區(qū)隔雨棚中進(jìn)行。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，分別為CK，對(duì)照；處理B，施用生物炭處理；處理M，接種AM真菌處理；處理BM，施用生物炭和AM真菌處理。將生物炭或AM真菌處理的滅菌土壤混合均勻裝入塑料桶中（盆口直徑22 cm，高24 cm），每盆凈重5 kg，生物炭、菌劑添加量均為20 g/kg，對(duì)照、生物炭和AM真菌處理分別添加相應(yīng)質(zhì)量的滅菌土壤，保持各處理每盆重量一致。于2017年5月10日播種玉米種子，每盆預(yù)先播種4粒，待出苗后每盆定苗2株，玉米植株定期定量以去離子水平衡水分，其間不進(jìn)行肥料投入。玉米植株收獲后植物樣品地上部和根系分開取樣，洗凈，擦干，測(cè)定生物量和玉米重金屬As含量。采集植物根際的土壤樣品1 kg，自然風(fēng)干、過篩，用于測(cè)定土壤重金屬As含量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

玉米生長60 d后收獲，每盆地上部分進(jìn)行分開采樣，然后放入烘箱中，先在105 ℃條件下殺青30 min，再在80 ℃條件下烘干48 h至樣品恒重，分別稱取干物質(zhì)生物量，計(jì)算干重。烘干的植物組織用粉碎機(jī)粉碎、過篩裝于塑料封口袋中保存，用優(yōu)級(jí)純HNO3-HClO4（4∶1）消煮后，定容50 mL容量瓶。土壤樣品采用0.1 mol/L HCl溶液提取土壤中有效態(tài)As含量[2]。樣品As濃度利用原子熒光光譜儀測(cè)定。

玉米As的生物富集系數(shù)（bio-concentration factor，BCF）和生物轉(zhuǎn)移系數(shù)（translocation factor，TF）計(jì)算公式如下[3]：BCF=C地上部分/C土壤，C地上部分（mg/kg）是玉米地上部分的As含量，C土壤（mg/kg）是土壤中的As含量。TF=C地上部分/C根，C地上部分（mg/kg）是玉米地上部分的As含量，C根（mg/kg）是玉米根中的As含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

采用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析。選擇LSD法進(jìn)行多重比較，作圖采用Origin 9.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用生物炭和接種AM真菌處理對(duì)玉米地上部As含量的影響

由圖1可知，與CK相比，施用生物炭和接種AM真菌處理均可顯著降低玉米地上部As含量，表現(xiàn)為處理BM<處理M<處理B

2.2 施用生物炭和接種AM真菌處理對(duì)玉米根系A(chǔ)s含量的影響

由圖2可知，與CK相比，施用生物炭和接種AM真菌處理均可顯著降低玉米根系A(chǔ)s含量，表現(xiàn)為處理BM<處理M<處理B

2.3 施用生物炭和接種AM真菌處理對(duì)土壤有效態(tài)As含量的影響

由圖3可知，與CK相比，施用生物炭和接種AM真菌處理均可顯著降低玉米地上部As含量（P<0.05），表現(xiàn)為處理BM<處理B<處理M0.05）。與CK相比，處理B、M、BM玉米的As含量分別降低58.69%、39.83%、74.22%。

2.4 施用生物炭和接種AM真菌處理對(duì)玉米As富集系數(shù)的影響

由圖4可知，與CK相比，施用生物炭和接種AM真菌處理均可顯著降低玉米As富集系數(shù)，表現(xiàn)為處理BM<處理M<處理B

2.5 施用生物炭和接種AM真菌處理對(duì)玉米As轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

由圖5可知，與CK相比，施用生物炭和接種AM真菌處理均可顯著降低玉米As轉(zhuǎn)移系數(shù)（P<0.05），表現(xiàn)為處理BM<處理M<處理B0.05）。與CK相比，處理B、M、BM玉米As含量分別降低15.00%、37.50%、42.50%。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，施用生物炭和接種AM真菌均能夠降低煤礦區(qū)As污染下玉米地上部和根系A(chǔ)s含量，降低礦區(qū)土壤有效態(tài)As含量，降低玉米重金屬As富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)。這是由于生物炭具有大的表面積，多孔結(jié)構(gòu)，活躍的有機(jī)功能團(tuán)和高的pH值[4]，這種性能決定其能夠吸附固定重金屬。同時(shí)，AM真菌不僅本身具有對(duì)重金屬忍耐的能力，而且能夠通過不同途徑增加其共生植物對(duì)重金屬的耐受性，從而改變宿主植物對(duì)重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)[5]。更重要的是，試驗(yàn)結(jié)果表明，以施用生物炭和接種AM真菌復(fù)合處理降低玉米組織As含量效果最佳，這說明重金屬脅迫下生物炭對(duì)AM真菌的增殖有促進(jìn)作用，其原因可能是生物炭改善土壤物理化學(xué)特性來促進(jìn)AM真菌生長，同時(shí)促進(jìn)微生物（如P增溶細(xì)菌）與AM真菌相互作用，誘導(dǎo)植物與真菌之間的化合物信號(hào)反應(yīng)，從而影響孢子萌發(fā)和菌絲的分支[6-7]。由此表明，施用生物炭和接種AM真菌的協(xié)同作用對(duì)土壤重金屬修復(fù)具有良好的效果。因此，施用生物炭和接種AM真菌聯(lián)合不僅可以用于玉米安全生產(chǎn)，還可以用于修復(fù)As污染土壤，對(duì)重金屬污染土壤來說，是一種很有前景的改良措施。

4 參考文獻(xiàn)

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