張英英，施志國(guó)，李彥榮，周彥芳，常 瑛

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院，甘肅 武威 733006；2.甘肅省特種藥源植物種質(zhì)創(chuàng)新與安全利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 武威 733006；3.武威市農(nóng)田土壤改良與耕地保育技術(shù)創(chuàng)新中心，甘肅 武威 733006)

【研究意義】隨著工業(yè)化和城市化的推進(jìn)，我國(guó)土壤環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，西北地區(qū)土壤鎘污染問(wèn)題日益凸現(xiàn)[1]。根據(jù)2014年全國(guó)土壤污染調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)大約1/5的農(nóng)田土壤受到重金屬污染[2]，我國(guó)每年因土壤污染造成農(nóng)產(chǎn)品減產(chǎn)和重金屬超標(biāo)損失高達(dá)200億元。其中鎘元素超標(biāo)率在重金屬污染中最高，超標(biāo)率約為7.0%[3]。相關(guān)資料表明，我國(guó)西部污染程度較高，且西部區(qū)域較高濃度鎘主要分布在甘肅省和云南省，甘肅農(nóng)田土壤重金屬鎘的范圍在0.007～165.00 mg/kg之間，算數(shù)平均值為15.53 mg/kg，鎘超標(biāo)區(qū)域主要集中在沿黃灌區(qū)和紅古、榆中等設(shè)施蔬菜區(qū)、甘肅白銀東、西大溝污灌區(qū)、甘肅白銀礦區(qū)等[4]。甘肅省慶陽(yáng)市油區(qū)、隴南市中藥材種植區(qū)、靜寧縣蔬菜產(chǎn)地、蘭州榆中耕地、石羊河流域武威平原區(qū)均存在不同程度的鎘超標(biāo)，且鎘元素主要受外界人為干擾因素影響較大[5-7]。為此探索適宜于西北地區(qū)鎘污染治理方法，修復(fù)土壤生態(tài)已刻不容緩。【前人研究進(jìn)展】土壤鎘污染后，鎘不會(huì)進(jìn)行生物降解，且主要積累在土壤表層。與其它元素相比，鎘以更低濃度對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用，鎘污染不僅導(dǎo)致土壤退化、農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)降低，而且通過(guò)雨水徑流和淋洗作用污染地表水和地下水，最終可通過(guò)直接接觸、食物鏈等途徑影響人類健康。已有研究表明，人體中的重金屬鎘絕大部分來(lái)源于蔬菜，而蔬菜作物的鎘主要來(lái)源于土壤，部分來(lái)自灌溉水[8]。目前對(duì)于土壤重金屬污染主要采用客土置換等物理方法或土壤淋洗、化學(xué)固化、動(dòng)電修復(fù)的化學(xué)方法等，不僅成本昂貴，而且還會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)以及微生物區(qū)系，容易造成二次污染。而化學(xué)改良中有機(jī)改良劑修復(fù)重金屬污染土壤已被廣泛運(yùn)用[9]，特別是生物質(zhì)炭、腐殖酸等有機(jī)改良劑具有很好的吸附性能，可顯著降低土壤中重金屬的含量。腐殖質(zhì)因其含有多種官能團(tuán)，對(duì)金屬離子具有螯合與絡(luò)合特性[10]，有機(jī)硅肥滲透性及吸附性好，研究表明施硅能激發(fā)作物抗氧化酶的活性，緩解重金屬污染對(duì)毒害，也能提高土壤pH值，降低可交換態(tài)重金屬含量，抑制土壤中重金屬的生物有效性[11-12]。另一方面，利用重金屬富集植物進(jìn)行植物修復(fù)也被廣泛應(yīng)用，因富集植物多具有生物量高，忍耐性強(qiáng)和超積累污染物等特點(diǎn)，通過(guò)植物的根系直接將大量的污染元素吸收，從而修復(fù)被污染的土壤。西北地區(qū)適宜種植的甜高粱(SorghumbicolorL.)不僅具有耐干旱、高生物量、高光合作用效率和低生產(chǎn)成本等優(yōu)勢(shì)，而且是用于生產(chǎn)生物能源乙醇的優(yōu)良作物原料，同時(shí)甜高粱對(duì)重金屬污染土壤有光合修飾特性，能吸收土壤中殘留的重金屬。研究表明甜高粱根系對(duì)土壤重金屬有很強(qiáng)的吸收作用，特別是土壤重金屬含量較高，有利于汞、鎘、鋅等在其體內(nèi)的積累，特別在鎘污染土壤的治理與修復(fù)中作為能源作物和糧食作物優(yōu)勢(shì)明顯[13-15]。而關(guān)于有機(jī)改良劑-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)在土壤污染修復(fù)的可能性及其潛力發(fā)掘，在西北河西綠洲土壤中的研究還鮮有報(bào)道?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】因此，本文通過(guò)盆栽土培試驗(yàn)法對(duì)不同土壤改良劑與重金屬富集作物甜高粱配合對(duì)土壤重金屬的吸收效應(yīng)進(jìn)行研究，在污染土壤上種植甜高粱，將土壤修復(fù)與生物能源生產(chǎn)有機(jī)結(jié)合?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以檢驗(yàn)這種化學(xué)-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)在土壤污染修復(fù)的可能性及其潛力，有效避免能源和糧食作物間的矛盾沖突，同時(shí)為其應(yīng)用于重金屬污染農(nóng)田土壤的修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試作物：甜高粱(SorghumbicolorL.)品種為“科甜2號(hào)”(醇用型甜高粱)，種子由中國(guó)供。土壤改良劑：分別為腐殖酸、凹凸棒粉和有機(jī)硅復(fù)合肥。腐殖酸為純化學(xué)試劑；凹凸棒粉購(gòu)自甘肅洖洲肥業(yè)有限公司；有機(jī)硅復(fù)合肥購(gòu)自河北硅谷肥業(yè)有限公司。

供試土壤采自甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院試驗(yàn)地土壤，為灌漠灰鈣土。取表層(0～20 cm)，風(fēng)干，過(guò)3 mm篩。土壤基本性質(zhì)如下：pH值8.01，有機(jī)碳5.33 g/kg，全氮0.48 g/kg，EC(水土比=5∶1)289.5 μs/cm，田間最大持水量25.9%，重金屬量詳見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)在甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院網(wǎng)室內(nèi)進(jìn)行，共設(shè)11個(gè)處理(表2)，3次重復(fù)。采取盆栽，以每盆裝取過(guò)篩風(fēng)干土7 kg，并按試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的量分別加入不同用量的凹凸棒粉(縮寫為“A”)、腐植酸(縮寫為“F”)和有機(jī)硅復(fù)合肥(縮寫為“S”)，除對(duì)照處理(CK0)外，其余各處理均按每kg風(fēng)干土加入分析純Cd(Ac)2·2H2O(縮寫為“C”) 200 mg 的外源鎘模擬重度污染土壤并混合均勻。塑料盆口內(nèi)徑為25 cm，高20 cm，盆表面積0.05 m2，重金屬、底肥和土壤改良劑混和均勻后裝盆，加水使含水量為田間持水量的60%，覆膜平衡1個(gè)月后于4月24日播入供試作物種子。甜高粱出苗生長(zhǎng)7 d后間苗，每盆定苗3株。植物生長(zhǎng)期間用自來(lái)水保持土壤濕度為田間持水量的60%。甜高粱于孕穗期7月15日(80 d)采收取樣。

表1 供試土壤重金屬含量

表2 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)描述

1.3 樣品采集與分析測(cè)定方法

取樣時(shí)，沿土面剪取地上部，測(cè)量株高，同時(shí)洗出根系，并用去離子水將莖、葉和根洗凈，先用自來(lái)水沖洗干凈，后用去離子水沖洗2～3遍，用吸水紙吸干表面水。鮮樣先在105 ℃下殺青30 min，后在70 ℃下烘干至恒重，分別測(cè)定地上部莖、葉和地下部根的干物質(zhì)重，后粉碎過(guò)20目篩，裝入樣品袋備用。

植物樣品中鎘、銅、鉛、砷、汞含量的測(cè)定采用濕法(HNO3-HClO4)消解，原子吸收光譜法測(cè)定，汞和砷采用原子熒光分光光度法測(cè)定。測(cè)定依據(jù)分別參照食品國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.15—2014(鎘)、GB 5009.13—2017(銅)、GB 5009.12—2010(鉛)、GB 5009.11—2014(砷)、GB 5009.17—2014(汞)，植物樣品重金屬含量的測(cè)定由甘肅省地勘局蘭州礦產(chǎn)勘察院中心實(shí)驗(yàn)室完成。

重金屬富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)計(jì)算公式見(jiàn)文獻(xiàn)[14]。

富集系數(shù)=植物體含量/土壤含量

轉(zhuǎn)移系數(shù)=地上部含量/根部含量

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析均采用Excel 2010和SPSS22.0進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤改良劑處理對(duì)鎘脅迫下甜高粱生物性狀的影響

重度鎘污染后，甜高粱的株高、根重、莖重、葉重、地上部及總重均顯著降低，添加改良劑均能提高甜高粱生物量，但與鎘污染對(duì)照處理(CKC)相比差異均不顯著(表3)。鎘污染后，甜高粱株高由139.0 cm(CK0處理)下降到125.7 cm(CKC處理)，降低9.57%。凹凸棒、腐殖酸和有機(jī)硅處理的平均株高分別為134.0、116.3和129.6 cm，除腐殖酸外，凹凸棒和有機(jī)硅處理較CKC處理有所增長(zhǎng)，分別增高6.60%和3.10%。不同改良劑對(duì)甜高粱的根重的影響大小為腐殖酸>有機(jī)硅>凹凸棒,其中F2C處理最高，較對(duì)照(CKC)增加了37.98%；不同改良劑對(duì)甜高粱的莖重的影響大小總體表現(xiàn)為凹凸棒>有機(jī)硅>腐殖酸，分別為26.59、25.62和24.32 g/株，其中S3C處理最高，較對(duì)照(CKC)增加了46.60%；不同改良劑對(duì)甜高粱葉重的影響大小則表現(xiàn)為有機(jī)硅>腐殖酸>凹凸棒，其中S3C處理最高，較對(duì)照(CKC)增加了37.41%；不同改良劑對(duì)甜高粱地上部分干重、總重的影響大小則表現(xiàn)為有機(jī)硅>凹凸棒>腐殖酸,其中S3C處理最高，較對(duì)照(CKC)分別增加了39.73%、39.54%。

2.2 重度鎘脅迫下不同土壤改良劑處理對(duì)甜高粱重金屬含量的影響

重度鎘脅迫下，不同土壤改良劑處理對(duì)甜高粱不同部位Cu、Cd、Pb、As、Hg 5種重金屬含量均表現(xiàn)為根部>葉部>莖部，但不同重金屬對(duì)甜高粱不同部位的影響表現(xiàn)不一(表4)。

重度鎘脅迫下，根、莖、葉部的Cu含量均低于未污染處理(CK0)，且F1C處理顯著高于S2C、S3C處理，不同種類改良劑對(duì)根部Cu含量影響具體表現(xiàn)為腐殖酸(15.31 mg/kg)>有機(jī)硅(12.02 mg/kg)>凹凸棒(12.61 mg/kg)，莖部Cu含量表現(xiàn)為腐殖酸(6.85 mg/kg)>凹凸棒(6.28 mg/kg)>有機(jī)硅(5.75 mg/kg)；葉部Cu含量表現(xiàn)為凹凸棒(10.97 mg/kg)>腐殖酸(10.73 mg/kg)>有機(jī)硅(10.38 mg/kg)，與未施改良劑(CKC)相比，3種改良劑處理均提高了莖、葉部的Cu含量。

表3 不同改良劑處理對(duì)重度鎘脅迫下甜高粱生物性狀的影響

重度鎘脅迫下，甜高粱根、葉和莖部的Cd含量均顯著高于未污染處理(CK0),但施用改良劑對(duì)甜高粱不同部位的Cd含量沒(méi)有顯著影響，但凹凸棒改良劑處理均能降低甜高粱根部、莖、葉的Cd含量，腐殖酸、有機(jī)硅改良劑能降低根部Cd含量，提高莖、葉中的Cd含量。根部Cd含量表現(xiàn)為腐殖酸(38.90mg/kg)>凹凸棒(37.66 mg/kg)>有機(jī)硅(34.49 mg/kg)，莖、葉部Cd含量均表現(xiàn)為腐殖酸>有機(jī)硅>凹凸棒。

重度鎘脅迫下，除葉部的Pb含量與未污染處理(CK0)差異不大外，根和莖部的Pb含量有所降低，且莖部Pb含量S3C處理顯著高于CKC，F(xiàn)1C、F2C、S1C，不同改良劑處理后，根部Pb含量表現(xiàn)為腐殖酸(1.96 mg/kg)>凹凸棒(1.75 mg/kg)>有機(jī)硅(1.58 mg/kg)，葉部Pb含量各改良劑處理沒(méi)有顯著差異。

重度鎘脅迫下，根、莖、葉部的As含量與未污染處理(CK0)相比略有降低，但差異不顯著。各改良劑處理除葉部F2C、F3C處理顯著高于CKC外，根部、莖部其他處理之間均差異不顯著。

重度鎘脅迫下，根、莖、葉部的Hg含量與未污染對(duì)照(CK0)相比，差異不顯著。不同改良劑處理對(duì)莖部Hg含量表現(xiàn)為A3C顯著高于CKC，葉部則表現(xiàn)為F2C顯著高于S2C、S3C。但總體上，各改良劑對(duì)甜高粱不同部位重金屬Hg含量的影響很小。

2.3 重度鎘脅迫下土壤改良劑對(duì)甜高粱重金屬吸收量的影響

表4 重度鎘脅迫下不同改良劑對(duì)甜高粱重金屬含量的影響

續(xù)表4 Continued table 4

表5 重度鎘脅迫下不同改良劑對(duì)甜高粱重金屬吸收量的影響

續(xù)表5 Continued table 5

重度鎘脅迫下，不同土壤改良劑處理對(duì)甜高粱不同部位Cu、Cd、Hg 3種重金屬吸收量表現(xiàn)為葉部>莖部>根部，而Pb、As則表現(xiàn)為葉部>根部>莖部，不同土壤改良劑對(duì)甜高粱不同部位的不同重金屬的吸收量影響表現(xiàn)不一(表5)。

重度鎘脅迫下，根、莖、葉部的Cu吸收量較未污染處理(CK0)均顯著降低，但各改良劑處理對(duì)甜高粱根部Cu吸收量沒(méi)有顯著影響，莖部F2C處理Cu吸收量顯著高于CKC，葉中則表現(xiàn)為F3C處理顯著高于CKC處理，總體上，改良劑腐殖酸處理后，根、莖、葉和總Cu吸收量相比凹凸棒和有機(jī)硅高；且凹凸棒和腐殖酸中量處理(A2C、F2C)后，甜高粱Cu總累積量均最大。地上部吸收量占總吸收量的83.9%。Cu平均累積量葉部為337.49 μg/株(249.74～630.70 μg/株)，占總吸收量的55.8%，莖部為170.33 μg/株(109.86～343.67 μg/株)，根部為97.19 μg/株(71.87～206.84 μg/株)。

重度鎘脅迫下，根、葉部的Cd吸收量較未污染處理(CK0)均顯著增加，且各器官對(duì)Cd的吸收分布趨勢(shì)發(fā)生了改變，主要吸收部位由葉部變?yōu)楦?。Cd污染后(CKC)葉部、根部和莖部的Cd累積量分別達(dá)到52.31、231.61和36.22 μg/株，根部的累積占比由未污染(CK0)的31.3%，提高到污染后(CKC)72.3%，重度鎘污染后采用凹凸棒、腐殖酸和有機(jī)硅等改良劑處理，僅有葉部S3C處理顯著高于A1C，其他處理間均沒(méi)有顯著差異，但各處理對(duì)甜高粱不同部位總累積量均較對(duì)照(CKC)有所提高，分別達(dá)到346.75、369.85和333.45 μg/株，較對(duì)照(CKC)的累積量分別提高8.3%、15.5%和4.16%，主要是提高了根部的累積量。改良劑對(duì)鎘污染土壤的改良效果腐殖酸>凹凸棒>有機(jī)硅。

重度鎘脅迫下，根、莖、葉部的Pb吸收量較未污染處理(CK0)均顯著降低，但各改良劑處理對(duì)甜高粱根部Pb吸收量沒(méi)有顯著影響，莖部S3C處理Pb吸收量顯著高于CKC，且均顯著高于A2C以外的其他處理，葉部則表現(xiàn)為S3C處理顯著高于A1C、S1C，其他處理之間均不顯著，Pb平均累積量葉部為20.92 μg/株(16.08～35.38 μg/株)，占總吸收量的46.9%?？傮w上，凹凸棒、腐殖酸和有機(jī)硅處理改良處理平均總累積量差異不大(40.5～41.49 μg/株)。腐殖酸和凹凸棒中量處理(A2C和F2C)效果較佳，而有機(jī)硅高量處理效果較好。

重度鎘脅迫下，根、莖、葉部的Cu吸收量較未污染處理(CK0)均顯著降低，但各改良劑處理對(duì)甜高粱根、莖部As吸收量沒(méi)有顯著影響，葉部則表現(xiàn)為S3C、F2C顯著高于CKC，As平均累積量葉部為11.67 μg/株(8.60～19.87 μg/株)，占總吸收量的45.3%，且腐殖酸處理平均總累積量(26.14 μg/株)高于凹凸棒和有機(jī)硅處理，腐殖酸、凹凸棒中量處理(A2C和F2C)和有機(jī)硅高量處理效果較佳。

表6 重度鎘脅迫下不同改良劑處理對(duì)甜高粱重金屬富集系數(shù)的影響

重度鎘脅迫下，根、莖、葉部的Hg吸收量較未污染處理(CK0)均顯著降低，但各改良劑處理對(duì)甜高粱根、莖部Hg吸收量沒(méi)有顯著影響。

2.4 重度鎘脅迫下土壤改良劑對(duì)甜高粱重金屬的富集能力和轉(zhuǎn)移能力

由表6可看出，重度鎘脅迫下各改良劑處理對(duì)5種重金屬的平均富集能力影響不大，總體表現(xiàn)為腐殖酸>凹凸棒>有機(jī)硅，其中腐殖酸處理均高于CKC。不同部位對(duì)不同重金屬的富集能力有差異，其中重金屬Cu、Hg主要集中在根部、葉部，Cd、Pb、As則主要富集在根部，其中Cd富集系數(shù)表現(xiàn)為各改良劑處理均高于CK0，F(xiàn)1C、F2C處理高于CKC，不同處理對(duì)5種重金屬的富集系數(shù)比較，對(duì)Cu的富集系數(shù)最大，As的富集系數(shù)最小，富集系數(shù)大小表現(xiàn)為Cu(0.93)> Hg(0.85)> Cd(0.19)> Pb(0.13)> As(0.12)。

表7為重度鎘脅迫下不同改良劑處理對(duì)甜高粱5種重金屬的轉(zhuǎn)移系數(shù)存在差異，重度鎘脅迫不同改良劑處理下甜高粱對(duì)重金屬Cu、Pb、As的轉(zhuǎn)移能力均表現(xiàn)為有機(jī)硅>凹凸棒>腐殖酸，Cd則表現(xiàn)為腐殖酸>有機(jī)硅>凹凸棒，Hg則為凹凸棒 > 腐殖酸 > 有機(jī)硅。其中3種改良劑對(duì)Cu的轉(zhuǎn)移能力除F1C外，均高于對(duì)照CKC，Cd則表現(xiàn)為各處理與CKC沒(méi)有顯著差異，但均顯著低于CK0，Pb、As均表現(xiàn)為除F2C外，均高于對(duì)照CKC。各處理對(duì)5種重金屬平均轉(zhuǎn)移能力由強(qiáng)到弱為凹凸棒(0.83)>有機(jī)硅(0.80)>腐殖酸(0.75)，其中A3C處理最高。不同處理對(duì)5種重金屬的平均轉(zhuǎn)移系數(shù)大小表現(xiàn)為Hg(1.53)>Cu(1.31)>Pb(0.61)>As(0.41)>Cd(0.15)。

3 討 論

甜高粱是國(guó)際公認(rèn)的能源植物，大量研究表明甜高粱能有效吸收重金屬，具有抗性強(qiáng)，耐鹽堿，生物量大等特點(diǎn)，其莖稈中含糖量高，是生產(chǎn)乙醇的最佳原料，從而使金屬避開食物鏈而避免危害人體健康[16]。本研究表明重度鎘污染后甜高粱的株高、根重、地上部及總重均顯著降低，甜高粱表現(xiàn)出非常強(qiáng)的耐鎘性。各改良劑處理均能增加甜高粱的根重及總重，添加改良劑均能提高甜高粱的根重、地上部干重及總重，但與鎘污染對(duì)照處理相比差異均不顯著。可能是由于試驗(yàn)設(shè)置為重度鎘脅迫，對(duì)甜高粱生長(zhǎng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的毒害作用，抑制了其生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致生物量降低，原因可能是高濃度鎘通過(guò)降低葉綠素含量，損傷光合系統(tǒng)，減少二氧化碳吸收，降低了植物的光合速率，抑制甜高粱的光合作用，而使其生物量降低[17-18]。張帥等研究表明重度鎘脅迫時(shí)，甜高粱幼苗地上及地下部分干重相比對(duì)照下降42.9%和47.4%[19]。對(duì)甜高粱的生長(zhǎng)具有很強(qiáng)的毒性，這與本研究一致。重度鎘脅迫后，腐植酸、凹凸棒、有機(jī)硅卻仍能提高甜高粱的生物量，這可能是因?yàn)楦乘崮芴岣咄寥烙袡C(jī)質(zhì)含量、有機(jī)硅肥、凹凸棒均能增加土壤肥力，能增加甜高粱生物量但由于受到重度鎘脅迫其效應(yīng)不明顯。

表7 重度鎘脅迫下不同改良劑處理對(duì)甜高粱重金屬轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

重度鎘脅迫下，不同土壤改良劑處理對(duì)甜高粱不同部位Cu、Cd、Pb、As、Hg 5種重金屬含量均表現(xiàn)為根部>葉部>莖部，甜高粱根、葉和莖部的Cd含量均顯著高于未污染處理(CK0)，施用改良劑對(duì)甜高粱不同部位的Cd含量沒(méi)有顯著影響，但凹凸棒改良劑處理均能降低甜高粱根、莖、葉部的Cd含量，腐殖酸、有機(jī)硅改良劑能降低根部Cd含量，提高莖、葉中的Cd含量。研究表明在鎘污染土壤中施用改良劑能抑制植物對(duì)鎘的吸收，降低植物體內(nèi)鎘含量[12]?？赡苁怯捎诎纪拱舾牧紕┑闹饕煞譃楦缓V鋁硅酸鹽的黏土礦物，比表面積大，具有較強(qiáng)的吸附能力與離子交換性能，可以有效吸附重金屬離子[20]，杜志敏等[21]研究表明改良劑凹凸棒石降低了土壤可交換態(tài)Cu、Cd含量，同時(shí)提高了土壤肥力與酶活性。趙廷偉等[22]研究認(rèn)為添加凹凸棒石會(huì)顯著降低土壤有效態(tài)Cd含量，且顯著降低小麥和油菜籽粒中Cd含量。招啟柏等研究認(rèn)為凹凸棒改良劑能有效減少烤煙對(duì)土壤中Cd的吸收，這與本研究結(jié)果相似。腐殖酸則能與土壤中的有效態(tài)鎘形成腐殖酸-鎘絡(luò)合物，其中未解離羧基和酚羥基可能是腐殖酸-鎘的主要結(jié)合位，降低了土壤中有效態(tài)鎘含量，抑制了植物體對(duì)鎘的吸收[10,23]。而有機(jī)硅作為土壤改良劑能改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，促進(jìn)酸性及中性土壤對(duì)鎘的吸附，抑制土壤固相鎘的解吸[12,24]，大多研究認(rèn)為Si能降低Cd的遷移，有效緩解重金屬對(duì)作物的毒害作用，研究表明硅能提高作物抗氧化系統(tǒng)和鎘脅迫的耐受性[25-26]，改善細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)，抑制鎘在作物體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。硅誘導(dǎo)植物根系分泌物的增加可能是降低鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的重要原因[24]。但也有研究表明玉米、油菜等作物施硅能增加鎘在植物體中轉(zhuǎn)運(yùn)能力[27-28]。本研究表明硅能提高地上部分鎘含量，主要原因是甜高粱對(duì)重金屬Cd的耐受性最強(qiáng)，甜高粱積累鎘的部位主要在根部，鎘優(yōu)先積累在低節(jié)間，越往上鎘積累量越少[18,29]，但腐殖酸、有機(jī)硅能促進(jìn)鎘從根向地上部分轉(zhuǎn)移，從而提高了甜高粱對(duì)鎘吸收能力。

重度鎘脅迫均顯著降低了Cu、Cd、Pb、As、Hg 5種重金屬的吸收量，可能是由于Cd2+可以通過(guò)根系進(jìn)入植物體，對(duì)其他離子的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)造成影響，導(dǎo)致植物體正常代謝發(fā)生紊亂[30]。鎘與蛋白質(zhì)或膜的蛋白質(zhì)通道的特殊基團(tuán)結(jié)合，影響其他元素的跨膜運(yùn)輸，干擾吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)[31]。不同土壤改良劑處理對(duì)甜高粱不同部位Cu、Hg 2種重金屬吸收量表現(xiàn)為葉部>莖部>根部，Cd表現(xiàn)為根部>葉部>莖部，而Pb、As則表現(xiàn)為葉部>根部>莖部。研究表明甜高粱對(duì)不同重金屬吸收有很多差異，甜高粱對(duì)汞、鎘、錳、鋅和鎳吸收作用顯著，但對(duì)鉛和銅的吸收作用不顯著[14-15]。甜高粱土壤中Pb和Cu的吸收與土壤中的重金屬含量關(guān)系較小，大部分被集中在植物的根部，這與本研究有差異，可能是不同甜高粱品種對(duì)不同重金屬元素的吸收能力有差異，部分重金屬在甜高粱根內(nèi)較易向地上部轉(zhuǎn)移，易富集在葉片和莖稈中，說(shuō)明甜高粱對(duì)Cu、Hg等重金屬?zèng)]有吸收和積累作用，主要靠根的滲透壓及維管束的輸送功能進(jìn)入植株[14]。Cd則主要積累在根中，這與前人研究結(jié)果相似，可能是土壤中鎘含量較高，甜高粱對(duì)Cd的耐性機(jī)理主要是排斥機(jī)制，鎘向地上部分的轉(zhuǎn)移受到限制。不同改良劑對(duì)重度鎘脅迫下甜高粱根、莖、葉Cd、Hg的吸收量沒(méi)有顯著影響，但除低量凹凸棒處理降低了莖、葉中鎘吸收量，高量腐殖酸處理、低中量有機(jī)硅降低了根部鎘吸收量，其余處理均提高不同部位鎘吸收量，但各改良劑處理均提高了重度鎘污染下甜高粱不同部位Cu的吸收量，高量有機(jī)硅處理能顯著提高重度鎘脅迫下甜高粱葉中Cu、As的吸收量，莖中Pb的吸收量，中量腐殖酸處理則能顯著提高重度鎘脅迫下甜高粱葉中Cu、莖中As的吸收量。說(shuō)明有機(jī)硅、腐殖酸處理能促進(jìn)重度鎘脅迫下Cd、Cu、As等重金屬向地上部轉(zhuǎn)移，從而提高了甜高粱對(duì)重金屬的吸收能力。

重度鎘脅迫下各改良劑處理對(duì)甜高粱Cu、Hg、Cd、Pb、As 5種重金屬的平均富集能力和轉(zhuǎn)移影響不大，富集能力總體表現(xiàn)為腐殖酸>凹凸棒>有機(jī)硅，不同處理對(duì)5種重金屬的富集系數(shù)大小表現(xiàn)為Cu(0.93)>Hg(0.85)>Cd(0.19)>Pb(0.13)>As(0.12)。對(duì)重金屬Cu、Pb、As的轉(zhuǎn)移能力均表現(xiàn)為有機(jī)硅>凹凸棒>腐殖酸，Cd則表現(xiàn)為腐殖酸>有機(jī)硅>凹凸棒，Hg則為凹凸棒>腐殖酸>有機(jī)硅。各處理對(duì)5種重金屬平均轉(zhuǎn)移能力由強(qiáng)到弱為凹凸棒(0.83)>有機(jī)硅(0.80)>腐殖酸(0.75)，其中A3C處理最高。不同處理對(duì)5種重金屬的平均轉(zhuǎn)移系數(shù)大小表現(xiàn)為Hg(1.53)>Cu(1.31)>Pb(0.61)>As(0.41)>Cd(0.15)。這與唐桃霞等[32]的研究基本一致，甜高粱對(duì)Hg和Cu的轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)，可能屬于排斥機(jī)制，Cd和Pb較小。由于甜高粱受到重度鎘脅迫，過(guò)高的Cd濃度使甜高粱生理代謝受到巨大影響，造成不可逆損傷，使富集能力和轉(zhuǎn)移能力下降。

4 結(jié) 論

(1)重度鎘污染對(duì)甜高粱的生長(zhǎng)有很強(qiáng)的抑制作用，甜高粱表現(xiàn)出非常強(qiáng)的耐鎘性。各改良劑處理均能增加甜高粱生物量，但無(wú)顯著影響。

(2)重度鎘脅迫下，甜高粱能促進(jìn)Cd吸收，提高Cd含量，但施用改良劑對(duì)甜高粱不同部位的Cd含量沒(méi)有顯著影響，但凹凸棒改良劑均能降低甜高粱根部、莖、葉的Cd含量，腐殖酸、有機(jī)硅改良劑能降低根部Cd含量，提高莖、葉中的Cd含量。甜高粱不同部位Cu、Cd、Pb、Hg、As的重金屬含量均表現(xiàn)為根部>葉部>莖部。

(3)重度鎘脅迫均顯著降低了Cu、Cd、Pb、As、Hg 5種重金屬的吸收量，有機(jī)硅、腐殖酸處理能促進(jìn)重度鎘脅迫下Cd、Cu、As等重金屬向地上部轉(zhuǎn)移。

(4)重度鎘污染后，3種有機(jī)改良劑均能提高總Cd積累量，分別較對(duì)照增加了8.3%、15.5%、4.16%，綜合改良作用效果為腐殖酸>凹凸棒>有機(jī)硅。

(5)重度鎘脅迫下各改良劑重金屬富集能力總體表現(xiàn)為腐殖酸>凹凸棒>有機(jī)硅，平均轉(zhuǎn)移能力由強(qiáng)到弱為凹凸棒>有機(jī)硅>腐殖酸，甜高粱對(duì)Hg和Cu的富集能力和轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)。