關鍵詞 鎘； 生物有機肥； 白腐菌； 土壤鎘形態(tài)； 鎘污染土壤； 土壤重金屬污染修復； 玉米

土壤是社會經濟可持續(xù)發(fā)展的重要物質基礎，土壤質量關系人類生存和健康，隨著我國工業(yè)化規(guī)模擴大，產生了大量重金屬污染物［1］。據估計，我國耕地重金屬污染面積達20 萬 hm2 ［2］，國家環(huán)境保護部和國土資源部對我國24 個省市548 hm2農田土壤污染調研表明，我國土壤重金屬（汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅和鎳）污染占全國超標點位的82.8%［3］，在所有的重金屬污染中，以土壤鎘（Cd）污染最嚴重，點位超標率達7.0%［4-5］。鎘元素移動性強、具有較高的生物毒性，其污染持久且易在土壤中積累而被植物吸收［6］。耕地土壤受到Cd 污染后，會在農作物體內富集，達到一定濃度后，造成作物發(fā)育延遲、呼吸與光合作用受到抑制、酶活性減弱，造成作物品質下降，并通過食物鏈影響人類健康［7-8］。

針對重金屬污染修復問題，國內外學者做了大量的研究。目前修復重金屬污染土壤通常采用化學修復、物理修復等方法，但這些技術具有成本高、耗時長等缺點，因此，難以在農業(yè)生產上推廣。而生物修復具有對土壤生態(tài)系統影響小、成本低且無二次污染風險等諸多優(yōu)點，在鎘污染土壤治理方面展現出巨大潛力。

生物有機肥是以特定功能微生物及動植物殘體為原材料，兼具微生物肥料和有機肥效應的多功能肥料［9］，具有提高土壤肥力、改善土壤微生物結構、促進作物生產，降低重金屬污染等功能［10-11］。前人研究表明，生物有機肥可明顯改善土壤微生物結構，提高微生物活性，同時促進高毒性金屬轉化為低毒性狀態(tài)。顯著降低水稻籽粒重金屬Cd 含量，提高水稻產量［12-13］。

白腐菌作為一種高效吸附重金屬的絲狀真菌，在污染治理領域的研究主要集中在污水中的有機物和重金屬以及土壤中的有機物修復上，而針對土壤重金屬修復的研究尚顯不足［14-16］。因此本研究采用接種白腐菌的生物有機肥進行盆栽試驗，旨在探究該型生物有機肥治理鎘污染土壤的可行性及其對土壤重金屬修復的效果，為接種白腐菌的生物有機肥應用于環(huán)境污染的有效治理提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試鎘污染土壤樣品2 種，均采自河南省淅川縣，土壤類型為黃棕壤，風干后過2 mm 篩，基本理化性狀見表1。供試作物為中農甜488 玉米品種。供試生物有機肥由河南淅川縣物華生物科技有限公司提供（白腐菌1.47×108 CFU/g）；供試三元復合肥（NP-K：26-10-15）、商品有機肥采購自湖北莊園肥業(yè)股份有限公司（N-P2O5-K2O：18-8-6）。

1.2 試驗設計

盆栽試驗于2022 年7-11 月在華中農業(yè)大學溫室大棚進行。每盆分裝7.5 kg 土壤，種植1 株玉米。2 種鎘污染土壤分別設置6 個處理：CK 處理（不施用任何物料）、NPK 處理（常規(guī)施NPK 肥，每盆施用2.9 g 三元復合）、NPK+0.5% OF 處理（常規(guī)施肥+0.5% 商品有機肥）、NPK+1% OF 處理（NPK+1% 商品有機肥）、NPK+0.5% BF 處理（NPK+0.5% 生物有機肥）和NPK+1% BF 處理（NPK+1% 生物有機肥）。所有肥料做基肥與土壤充分混勻，每處理重復4 次，完全隨機區(qū)組排列 。按照優(yōu)質玉米生產技術進行管理。

1.3 檢測指標及取樣方法

于玉米成熟后采集整株植物樣及根際土壤，每株玉米用自來水和純水清洗，分別采集分裝根、莖、葉、籽粒，于105 ℃殺青30 min 后，在65 ℃下烘干至恒質量，經粉碎機粉碎后過0.150 mm 篩備用；去除玉米植株根系大塊土壤后，收集根系表面2 mm 的根際土壤，裝入50 mL 離心管，風干后分別過0.850 和0.150 mm 篩備用。

土壤pH、有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解N、速效P、速效K 含量參照文獻［18］的方法進行測定。采用微波消解-石墨爐原子吸收分光光度法測定玉米植株樣品各部位的鎘含量。土壤有效鎘采用DTPACaCl2-TEA 浸提法提?。?8］；土壤總鎘含量按GB/T17141-1997《土壤質量 鉛、鎘的測定》中石墨爐原子吸收分光光度法微波消解-石墨爐原子吸收分光光度法測定；土壤鎘形態(tài)分級采用BCR 連續(xù)提取法［19］。

1.4 數據處理

試驗處理的測定結果采用Excel 進行整理，SPSS 軟件進行顯著性和相關性分析，采用Origin 繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對鎘污染土壤有效態(tài)Cd 的影響

有機物料主要通過增加土壤有機質含量以及影響土壤pH 的方式抑制土壤有效Cd。由表2 可知，相較于CK 處理，施用商品有機肥處理pH 值均有所下降，土壤Ⅰ、Ⅱ的pH 值分別下降了0.41～0.49、0.32～0.61 個單位，這可能是由于商品有機肥由秸稈腐熟，C/N 值較高，在土壤中分解速度較慢，釋放更多有機酸，造成土壤pH 值降低；而施用生物有機肥的土壤pH 值有所升高。

由圖1 可見，與CK、NPK 處理相比，施用有機肥和生物有機肥后土壤有效態(tài)Cd 含量顯著下降，不同施肥處理抑制效果差異明顯，其中添加生物有機肥效果最好，其次是商品有機肥；不同用量處理對土壤有效Cd 影響也不同，生物有機肥用量由0.5% 增加至1%，2 類土壤有效態(tài)Cd 降幅分別由21.60% 增加至31.57%、8.81% 增加至18.58%；商品有機肥用量由0.5% 增加至1%，2 類土壤有效態(tài)Cd 降幅分別由12.61% 增加至14.74%、7.67% 增加至12.37%。因此，生物有機肥對土壤有效Cd 抑制效果好于商品有機肥。

2.2 不同施肥處理對土壤Cd 形態(tài)的影響

采用BCR 連續(xù)提取法測定了土壤中鎘形態(tài)，并將弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)歸為生物有效性鎘，而將殘渣態(tài)鎘歸為非生物有效性組分。如圖2 所示，土壤Ⅰ施用有機物料后，弱酸提取態(tài)Cd 占比下降，可還原態(tài)及可氧化態(tài)Cd 比例無明顯變化，殘渣態(tài)Cd 占比增加。相比于CK 處理，施用有機物料處理間的弱酸提取態(tài)Cd 含量無明顯差異，下降8～11百分點；NPK+1.0% BF 處理殘渣態(tài)Cd 比例變化最明顯，上升15 百分點；NPK+0.5% OF、NPK+1.0% OF、NPK+0.5% BF 處理之間無明顯差異，殘渣態(tài)Cd 比例上升9～11 百分點。而土壤Ⅱ中CK 處理弱酸提取態(tài)Cd 比例僅為5%，殘渣態(tài)Cd 占比約85%，土壤Ⅱ相比土壤Ⅰ的Cd 污染程度較低。綜上，施用有機物料促進土壤中Cd 由生物有效性向非生物有效性轉化。相比商品有機肥，施用生物有機肥轉化效率更高，對減輕玉米生長發(fā)育過程中的Cd脅迫更有效。

2.3 不同處理對玉米鎘吸收的影響

圖3 為不同施肥處理對Cd 污染土壤上玉米籽粒及根系Cd 含量的分布。試驗中發(fā)現，CK 處理玉米生長不佳，導致玉米根系、籽粒含量均低于NPK 處理，因此，本研究將NPK 處理作為玉米鎘吸收的對照。由圖3 可見，NPK 處理下Cd 含量最高，施用有機物料后，不同程度抑制了玉米根、籽粒對Cd 的吸收。與NPK 處理相比，施用有機物料后土壤Ⅰ玉米根系、籽粒中Cd 含量降低，幅度分別為22.95%～34.41%、14.77%～31.59%。施用有機物料各處理間差異顯著，其中以NPK+1.0% BF 處理玉米根系、籽粒Cd 含量最低，分別為1.41、0.47 mg/kg，與NPK 處理相比降低34.41%、31.59%；對土壤Ⅱ來說，土壤中殘渣態(tài)Cd 含量占比約80%，因此，施用無機物料后，玉米根系Cd 含量無明顯差異，但施用有機物料各處理玉米籽粒鎘含量均顯著降低，其中以NPK+1.0%BF 處理籽粒Cd 含量最低，降幅21.49%。本試驗結果表明，接種白腐菌的生物有機肥，對抑制鎘污染土壤玉米體內Cd 含量的效果要優(yōu)于普通的商品有機肥。

3 討論

施用有機物料對鎘污染土壤的改良途徑可能有3 個方面，一是施用有機物料后，其增加的土壤有機質具有較大的比表面積，表面附著大量活性基團，對土壤中鎘離子有較強的吸附作用［20］；二是有機質降解形成的腐殖酸，作為配位體與鎘離子發(fā)生絡合，降低鎘離子的生物活性，減輕鎘對作物的毒害［21］。三是有機質影響土壤pH 值，而土壤pH 值的變化會影響土壤中Cd 的遷移、化學形態(tài)及毒性，提高土壤pH 可降低土壤有效態(tài)Cd 含量，增加殘渣態(tài)鎘含量，減少土壤鎘的遷移［22］。普遍認為重金屬的生物毒性與其形態(tài)有關，而植物對不同化學形態(tài)Cd 吸收效率不同，水溶態(tài)鎘因其高溶解度和易于被植物吸收的特性，表現出最大的毒性；殘渣態(tài)Cd 因不利于植物吸收，生物毒性相對較低。而有機肥能直接或間接影響土壤重金屬的化學行為，有機質可與Cd 發(fā)生螯合，阻礙植物吸收，使Cd 生物活性降低。

白腐菌是一類對重金屬具有優(yōu)異吸附能力的絲狀真菌［23-24］，主要依賴其細胞壁上的氨基、羧基和羰基等官能團，對重金屬進行吸附和絡合，并能夠吸收、積累重金屬至細胞內，從而達到去除鎘的效果［15］。白腐菌還可通過胞外聚合物（EPS）中的多糖黏附鎘離子沉淀，達到去除鎘的效果。

本研究結果表明，施用有機物料均顯著降低了土壤中有效態(tài)鎘含量，促進土壤弱酸提取態(tài)鎘向殘渣態(tài)鎘轉化，降低鎘危害。接種白腐菌的有機肥，相比市面上商品有機肥，顯著降低了土壤中有效Cd、弱酸提取態(tài)Cd 含量，提高了殘渣態(tài)鎘含量，且明顯降低玉米籽粒中鎘含量。此外，土壤Ⅰ施用商品有機肥后土壤pH 值顯著降低，這可能導致有機質-重金屬絡合物的穩(wěn)定性降低，造成生物有效性鎘的含量提高，不利于土壤中鎘離子鈍化。

綜上，在鎘污染土壤中施用生物有機肥，可顯著降低土壤有效態(tài)鎘含量，促進土壤弱酸提取態(tài)鎘向殘渣態(tài)鎘轉化，降低鎘危害；玉米根系及籽粒鎘含量均顯著下降，綜合治理效果表現為生物有機肥優(yōu)于商品有機肥。