蚯蚓-香根草聯(lián)合作用對(duì)復(fù)墾土壤重金屬Cr、Cu、Pb和Zn的影響

魯福慶，王興明,2,3①，儲(chǔ)昭霞，范廷玉，徐曉平

(1.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司，安徽 馬鞍山 243071；3.皖江流域退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心/ 安徽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；4.淮南師范學(xué)院生物工程學(xué)院，安徽 淮南 232038；5.安徽工程大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

煤炭開(kāi)發(fā)利用會(huì)帶來(lái)土地沉陷問(wèn)題[1]，目前，我國(guó)土地沉陷面積已超過(guò)200萬(wàn)hm2，到2030年預(yù)計(jì)將達(dá)到280萬(wàn)hm2[2]，這給我國(guó)耕地保護(hù)帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn)，因此對(duì)采煤沉陷地進(jìn)行復(fù)墾具有重要意義。利用煤矸石充填復(fù)墾是治理礦區(qū)沉陷的有效手段之一，但煤矸石充填復(fù)墾土壤會(huì)抑制農(nóng)田作物正常生長(zhǎng)[3]，同時(shí)，煤矸石含有的重金屬元素向復(fù)墾土壤遷移，會(huì)增加土壤被重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)[4]。重金屬具有不可降解性和生物累積特性，復(fù)墾土壤重金屬累積會(huì)對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成持續(xù)威脅[5]。因此，對(duì)重金屬污染復(fù)墾土壤進(jìn)行治理顯得尤為重要。目前，通常采用的治理措施包括工程措施、農(nóng)藝調(diào)控、鈍化阻控技術(shù)和生物修復(fù)等，其中，生物修復(fù)因具有無(wú)二次污染、成本低的優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。生物修復(fù)是利用土壤中植物、動(dòng)物和微生物的生命活動(dòng)吸收、轉(zhuǎn)化或降解土壤有害物質(zhì)[6-7]，采用動(dòng)物或微生物聯(lián)合的植物修復(fù)不僅集合了單一物種修復(fù)的優(yōu)勢(shì)，而且動(dòng)植物聯(lián)合產(chǎn)生的協(xié)同作用能夠強(qiáng)化修復(fù)效果[8]。

蚯蚓是土壤中生物量最大的動(dòng)物類群之一，能促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)礦化、養(yǎng)分產(chǎn)生和植物生長(zhǎng)[9]，蚯蚓的挖掘和排泄活動(dòng)能夠疏松土壤，提高通氣性，促進(jìn)植物生長(zhǎng)[10]，蚯蚓能夠?qū)ν寥乐兄亟饘佼a(chǎn)生影響，如CHENG等[11]發(fā)現(xiàn)蚯蚓能夠降低土壤中Cd生物有效性，王丹丹等[12]發(fā)現(xiàn)接種蚯蚓能提高土壤有效態(tài)Cu含量，這是由于蚯蚓能富集土壤中重金屬，并通過(guò)吞食、消化和排泄等活動(dòng)改變重金屬活性[13]，提高其他生物對(duì)土壤重金屬的吸收量。香根草(Vetivergrass)是一種優(yōu)良重金屬污染土壤修復(fù)植物[14]，對(duì)Cd、Cr、Pb和Ni 4種重金屬具有較高富集性[15]，馬文超等[16]通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)香根草可降低土壤總Cd含量，香根草能夠作為Cd污染土壤植物修復(fù)物種。香根草對(duì)重金屬的生物富集能力取決于其根系的吸收能力[15]，香根草具有生長(zhǎng)迅速、根系發(fā)達(dá)、對(duì)重金屬的耐受性高的特點(diǎn)，因此，香根草在礦區(qū)植物修復(fù)方面具有很大應(yīng)用潛力[17]。然而，單獨(dú)采用植物修復(fù)重金屬污染土壤的效率低，這限制了植物修復(fù)在礦區(qū)復(fù)墾土壤治理中的應(yīng)用，而采用動(dòng)植物聯(lián)合方式修復(fù)復(fù)墾土壤的研究尚鮮有報(bào)道。因此，研究蚯蚓-香根草聯(lián)合處理對(duì)復(fù)墾土壤重金屬Cr、Cu、Pb和Zn總量及有效態(tài)含量的影響，通過(guò)分析覆土理化性質(zhì)與重金屬含量之間的相關(guān)性，探究蚯蚓聯(lián)合香根草對(duì)復(fù)墾土壤重金屬的生態(tài)功能及調(diào)控機(jī)制，以期為動(dòng)物聯(lián)合植物修復(fù)重金屬污染復(fù)墾土壤提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

煤矸石采集于淮南市某煤矸石山，試驗(yàn)土壤取自該煤矸石山周邊農(nóng)田(32°47′12.1″ N、116°33′09.0″ E)，土壤類型為黃棕壤，土壤和煤矸石經(jīng)自然風(fēng)干后，過(guò)2 mm孔徑篩，用于土柱試驗(yàn)。土壤和煤矸石基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。香根草(Vetivergrass)種子購(gòu)自宿遷某種業(yè)公司，種子經(jīng)w為30%的H2O2消毒浸泡后催芽，選擇植株生長(zhǎng)狀況良好、大小基本一致的2周幼苗移栽至土柱中[18]。供試蚯蚓來(lái)源于江蘇省宿遷市某蚯蚓養(yǎng)殖基地，品種為赤子愛(ài)勝蚓(Eiseniafetida)，試驗(yàn)前將蚯蚓置于試驗(yàn)土壤中馴化7 d，選擇活性高、體型基本一致的成熟蚯蚓進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 供試材料基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)裝置采用直徑為10 cm的PVC管柱，每根土柱底部填充10 cm厚煤矸石，覆土厚度設(shè)為50(A組)和70 cm(B組)2組[4,19]，每組試驗(yàn)分別設(shè)置不接種蚯蚓+不種植香根草(CK)、單獨(dú)種植香根草(V)、單獨(dú)接種蚯蚓(E)和接種蚯蚓+種植香根草(VE)4個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

CK為不接種蚯蚓+不種植香根草處理，V為種植香根草處理，E為接種蚯蚓處理，VE為接種蚯蚓+種植香根草處理。

試驗(yàn)前，V和VE處理每根土柱分別移植5株香根草，同時(shí)，E和VE處理每根土柱接種10條蚯蚓，并在PVC管口采用尼龍紗網(wǎng)密封防止蚯蚓逃逸。試驗(yàn)于室內(nèi)光照培養(yǎng)架上進(jìn)行，期間室內(nèi)溫度保持在(25±3) ℃，采用重量法維持土壤含水率為田間最大持水量的70%，試驗(yàn)時(shí)間為30 d[20]。試驗(yàn)結(jié)束后，將香根草和蚯蚓挑出，蚯蚓平均生存率在90%以上，并將PVC管切割后取出土壤層，每個(gè)土柱土壤混勻后采用四分法采集土壤樣品，經(jīng)自然風(fēng)干、研磨過(guò)篩后用于后續(xù)試驗(yàn)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

土壤pH值采用電位法〔m(水)∶V(土)為1∶5〕，土壤有機(jī)質(zhì)(OM)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定，土壤總氮(TN)、總磷(TP)和總鉀(TK)含量按照土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法[21]測(cè)定。將香根草地上部和地下部分開(kāi)后，采用去離子水沖洗干凈，在105 ℃條件下烘干，采用天平稱量每株香根草地上部和地下部干重。

土壤重金屬總量采用HF-HClO4-HNO3消解法測(cè)定，土壤重金屬有效態(tài)含量采用DTPA〔pH為7.3，m(液)∶V(土)為2∶1〕進(jìn)行浸提[22]，重金屬含量采用原子吸收分光光度計(jì)(TAS-986系列)測(cè)定，分析過(guò)程加入國(guó)家土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW07403(GSS-3)進(jìn)行質(zhì)量控制，各元素加標(biāo)回收率為91%～103%，符合元素分析質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2019和SPSS 24.0軟件，不同處理間指標(biāo)差異性分析方法采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan)；制圖采用Origin 2020軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 蚯蚓-香根草對(duì)覆土理化性質(zhì)的影響

由圖2可知，2種厚度覆土pH值均呈中性至微堿性。與CK相比，單獨(dú)種植香根草、單獨(dú)添加蚯蚓和蚯蚓-香根草聯(lián)合處理均能降低覆土pH值，各處理覆土pH由高到低依次為CK、V、E和VE處理，且A、B組中VE處理覆土pH均顯著小于其他處理(P<0.05)，表明蚯蚓-香根草聯(lián)合處理對(duì)降低覆土pH值的效果最優(yōu)。

由圖2可知，V、E和VE處理覆土OM含量均高于CK，A、B組E處理覆土OM含量均較CK提升最大，分別為12.91%和14.20%。與CK相比，V、E和VE處理覆土TN含量均顯著提升(P<0.05)，A、B組各處理覆土TN含量由高到低均為VE、V、E和CK，且VE處理均較CK提升最大，分別為57.14%和55.17%。A、B組V和VE處理覆土TP含量較CK顯著提升(P<0.05)，且VE處理均較CK提升最大，分別為47.55%和45.71%。各處理土壤TK含量較CK提升不明顯。這表明蚯蚓-香根草聯(lián)合處理對(duì)土壤OM、TN和TP含量改良效果最好。差異性分析結(jié)果表明，不同覆土厚度同一處理土壤pH和OM含量間呈顯著或極顯著差異(P<0.05、P<0.01)，而A、B組土壤TN、TP和TK含量差異不顯著。

同一幅圖中，同一組直方柱上方英文小寫字母不同表示同一覆土厚度不同處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)；同一幅圖中， 同一組直方柱上方*和**分別表示同一處理不同覆土厚度間某指標(biāo)差異顯著或極顯著(P<0.05，P<0.01)。

2.2 蚯蚓-香根草對(duì)覆土重金屬的影響

2.2.1蚯蚓-香根草對(duì)覆土重金屬總量的影響

由圖3可知，與CK相比，A、B組V、E和VE處理均能顯著降低土壤總Cr、Cu、Pb和Zn含量(P<0.05)。其中，各處理總Cr和Cu含量由高到低依次為CK、V、E和VE處理，而總Pb和Zn含量由高到低依次為CK、E、V和VE處理，可見(jiàn)，2種覆土厚度土壤重金屬含量均為VE處理較CK降低最大。與CK相比，A組土壤總Cr、Cu、Pb和Zn含量最大分別降低4.90%、13.12%、10.36%和6.91%，B組最大分別降低5.47%、11.20%、10.34%和6.96%，這說(shuō)明單獨(dú)接種蚯蚓、單獨(dú)種植香根草和蚯蚓-香根草聯(lián)合作用均能降低復(fù)墾土壤重金屬含量，其中，蚯蚓-香根草聯(lián)合作用(VE處理)降低效果顯著優(yōu)于單獨(dú)作用(V和E處理)。差異性分析結(jié)果表明，同一處理中僅A、B組E處理總Cr和Zn含量以及V和VE處理總Cu含量之間呈顯著差異(P<0.05)，其他同一處理在A、B組間重金屬總量差異性不顯著，這表明種植香根草條件下覆土厚度對(duì)土壤重金屬總量影響較小。

同一幅圖中，同一組直方柱上方英文小寫字母不同表示同一覆土厚度不同處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)； 同一幅圖中，同一組直方柱上方*表示同一處理不同覆土厚度間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.2.2蚯蚓-香根草對(duì)覆土有效態(tài)重金屬的影響

有效態(tài)重金屬更容易被土壤基質(zhì)中生物吸收、同化和利用[23]。由圖4可知，A、B組中，E處理土壤有效態(tài)Cu、Pb和Zn含量均高于CK，V和VE處理則小于CK。B組E處理有效態(tài)Cr含量較CK顯著升高，V和VE處理則顯著降低(P<0.05)，這表明接種蚯蚓均能提高重金屬有效性，種植香根草能降低Cu、Pb和Zn有效性。

同一幅圖中，同一組直方柱上方英文小寫字母不同表示同一覆土厚度不同處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)； 同一幅圖中，同一組直方柱上方*表示同一處理不同覆土厚度間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

當(dāng)蚯蚓-香根草聯(lián)合作用時(shí)，A、B組有效態(tài)Cu含量較CK分別降低6.12%和7.75%，有效態(tài)Pb含量分別降低0.24%和0.85%，有效態(tài)Zn含量分別降低1.48%和9.15%，蚯蚓-香根草聯(lián)合作用對(duì)有效態(tài)Pb含量的降低效果較弱，對(duì)有效態(tài)Cu和Zn含量的降低效果較強(qiáng)。A、B組VE處理土壤有效態(tài)Cr含量以及E、V和VE處理有效態(tài)Zn含量間分別呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)差異，這表明接種蚯蚓和種植香根草時(shí)，覆土厚度會(huì)對(duì)土壤重金屬有效Cr和有效Zn含量產(chǎn)生影響。

2.3 蚯蚓對(duì)香根草生長(zhǎng)的影響

由圖5可知，A、B組中，接種蚯蚓后，香根草地上部和地下部生物量均顯著增加(P<0.05)，其中，A組中，VE處理香根草地上部和地下部生物量較V處理分別增加2.83%和36.64%；B組中，VE處理地上部和地下部生物量較V處理分別增加20.16%和121.37%，這表明接種蚯蚓能夠增加香根草生物量，且對(duì)香根草地下部生物量增加效果比地上部生物量更為明顯。此外，A組V和VE處理香根草生物量均高于B組，其中，A組V處理香根草地上部和地下部生物量較B組分別增加49.27%和108.62%，VE處理A組較B組分別增加12.34%和13.24%，這表明在高覆土厚度條件下接種蚯蚓對(duì)香根草生物量的增加效果更為明顯。

同一幅圖中，同一組直方柱上方英文小寫字母不同表示同一覆土厚度不同處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.4 蚯蚓-香根草處理土壤理化因子與重金屬的相關(guān)關(guān)系

為進(jìn)一步研究接種蚯蚓對(duì)種植香根草復(fù)墾土壤的影響，分析單獨(dú)種植香根草、蚯蚓香根草聯(lián)合時(shí)土壤理化因子與重金屬的相關(guān)關(guān)系。由圖6可知，單獨(dú)種植香根草時(shí)，土壤pH和OM含量與總Cu含量分別呈顯著正相關(guān)和負(fù)相關(guān)(P<0.05)，其他土壤理化性質(zhì)與重金屬含量之間相關(guān)不顯著。蚯蚓-香根草聯(lián)合作用時(shí)，土壤pH與有效態(tài)Cr和Pb含量間呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；OM含量與有效態(tài)Cr和Pb含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與有效態(tài)Zn含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；土壤TN和TP含量與總Cu和總Pb含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。冗余分析結(jié)果表明，單獨(dú)種植香根草時(shí)，覆土重金屬主要受土壤pH以及OM和TK含量影響，土壤pH主要影響總Cu、總Pb和有效態(tài)Zn含量，OM含量主要影響總Zn和有效態(tài)Cu含量，TK含量主要影響有效態(tài)Pb含量；蚯蚓-香根草聯(lián)合時(shí)，覆土重金屬主要受pH和OM含量影響，pH主要影響總Cu、總Pb和有效態(tài)Zn含量，OM含量主要影響總Zn、有效態(tài)Zn和有效態(tài)Pb含量。以上結(jié)果表明在2種覆土厚度條件下，土壤pH和OM含量是影響土壤重金屬含量的最主要因子。

3 討論

3.1 蚯蚓-香根草對(duì)覆土理化性質(zhì)的影響

該研究中，VE處理覆土pH值降低，這與WANG等[24]和徐坤等[25]研究結(jié)果相似，這可能是蚯蚓通過(guò)排泄氮素和分泌鈣腺來(lái)調(diào)節(jié)土壤pH，蚯蚓排出的蚓糞及表皮分泌的有機(jī)酸也能降低土壤pH[26]。同時(shí)，香根草根系在蚯蚓刺激作用下能夠分泌有機(jī)酸，使覆土pH降低。土壤養(yǎng)分對(duì)復(fù)墾土壤后續(xù)利用有重要影響，HU等[27]發(fā)現(xiàn)在苜蓿地接種蚯蚓能顯著增加土壤OM含量，TAMARTASH等[28]也發(fā)現(xiàn)蚯蚓能夠在灌叢、草地和裸露植被地區(qū)提升土壤有機(jī)碳、鉀和氮含量。筆者研究也發(fā)現(xiàn)2種覆土厚度中，V、E和VE處理均能提升土壤OM、TN和TP含量，接種蚯蚓和種植香根草提升土壤養(yǎng)分的原因可能是蚯蚓能通過(guò)排泄增加土壤OM含量，同時(shí)，蚯蚓刺激香根草根系分泌的代謝產(chǎn)物增加了土壤有機(jī)質(zhì)[29]，而蚓糞中含有的磷酸酶能使土壤TP含量增加[30]，蚯蚓體內(nèi)微生物也能促進(jìn)有機(jī)物分解，釋放出N、P等元素[31]，從而增加覆土TN和TP含量。蚯蚓與香根草聯(lián)合作用時(shí)，蚯蚓能改善土壤性狀及促進(jìn)植物生長(zhǎng)[32]，而植物生長(zhǎng)也能增加土壤有機(jī)碳、交換性磷和鉀含量[33]，同時(shí)植物根系的生長(zhǎng)也能為蚯蚓提供良好生存環(huán)境，由此，蚯蚓和香根草協(xié)同作用(VE處理)對(duì)覆土的改良效果較V和E處理更為明顯。

Cra、Cua、Pba和Zna分別表示有效態(tài)Cr、有效態(tài)Cu、有效態(tài)Pb和有效態(tài)Zn。(a)、(b)圖中藍(lán)色箭頭表示環(huán)境因子， 紅色箭頭表示重金屬，夾角為銳角表示環(huán)境因子與重金屬呈正相關(guān)，夾角為鈍角則表示環(huán)境因子與重金屬呈負(fù)相關(guān)。 (c)、(d)圖中紅色表示正相關(guān)，藍(lán)色代表負(fù)相關(guān)，顏色越深則相關(guān)性越大；*表示在0.05水平上顯著。

3.2 蚯蚓-香根草對(duì)覆土重金屬的影響

單獨(dú)接種蚯蚓和單獨(dú)種植香根草能夠降低覆土重金屬總量，其原因可能是蚯蚓能通過(guò)表皮和腸道吸收重金屬，蚯蚓黃色組織能夠累積重金屬，從而將重金屬富集在蚯蚓體內(nèi)[34]，此外，蚯蚓排出的蚓糞中富含腐殖酸，對(duì)重金屬也有較強(qiáng)的吸附能力。香根草則能通過(guò)根部吸收重金屬，其根系分泌的代謝產(chǎn)物能夠促進(jìn)覆土重金屬溶解和增強(qiáng)根系對(duì)重金屬的吸收能力[35]，進(jìn)而降低土壤重金屬含量。前人研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓-植物聯(lián)合作用能夠降低土壤重金屬含量，如俞協(xié)治等[36]發(fā)現(xiàn)蚯蚓活動(dòng)能顯著促進(jìn)黑麥草對(duì)Cu的吸收量，LEMTIRI等[37]證明蚯蚓能顯著提高蠶豆和玉米對(duì)Cu、Zn、Pb和Cd的積累。筆者研究也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律，蚯蚓聯(lián)合香根草降低重金屬含量的效果優(yōu)于蚯蚓或植物單獨(dú)作用效果，這是因?yàn)轵球灸軌驅(qū)㈦y溶性重金屬活化，促進(jìn)香根草大量吸收土壤重金屬，同時(shí)，蚯蚓能活化土壤重金屬使其轉(zhuǎn)化為易被植物吸收的形態(tài)，進(jìn)而提高植物對(duì)重金屬的吸收效率[36]，香根草的生長(zhǎng)能夠?yàn)轵炯S中微生物提供良好的生存條件，促進(jìn)重金屬遷移轉(zhuǎn)化，因此，蚯蚓-香根草聯(lián)合產(chǎn)生的協(xié)同作用對(duì)重金屬降低效果更加明顯。

單獨(dú)接種蚯蚓能提高土壤重金屬有效態(tài)含量，其原因可能是蚯蚓腸道內(nèi)微生物能促進(jìn)有機(jī)物與重金屬結(jié)合[38]，提高了重金屬溶解性，進(jìn)而提高土壤重金屬生物有效性。單獨(dú)種植香根草能降低土壤重金屬有效態(tài)含量，其原因可能是香根草能直接吸收利用土壤有效態(tài)重金屬，使得土壤重金屬有效態(tài)含量降低[39]。蚯蚓-香根草聯(lián)合作用能降低土壤有效態(tài)重金屬，其原因可能是蚯蚓活動(dòng)能促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)及生物量增加[39]，而植物根系生長(zhǎng)又能促進(jìn)蚯蚓對(duì)重金屬的富集。此外，蚯蚓表皮能分泌含有—COOH等活性基團(tuán)的膠粘物質(zhì)，能通過(guò)絡(luò)合或螯合作用使土壤重金屬穩(wěn)定，進(jìn)而降低重金屬有效性[38]，蚯蚓體內(nèi)酶的差異會(huì)導(dǎo)致其對(duì)重金屬吸收能力的差異[38]，這可能是造成VE處理對(duì)土壤有效態(tài)Cu和Zn的降低效果更優(yōu)的原因。

3.3 蚯蚓對(duì)香根草生長(zhǎng)的影響

蚯蚓對(duì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)具有良好作用，如HUANG等[40]發(fā)現(xiàn)蚯蚓糞便能夠促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，徐坤等[25]發(fā)現(xiàn)接種蚯蚓后印度芥菜地上部生物量增加22.6%～88.6%，筆者研究也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律，接種蚯蚓后香根草生物量增加，且香根草地下部生物量的增加效果更為明顯，這可能是由于蚯蚓促進(jìn)了植物對(duì)氮素等養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而促進(jìn)香根草生長(zhǎng)，而蚯蚓活動(dòng)增加了土壤孔隙度和通氣性，能促進(jìn)香根草根系發(fā)育，同時(shí)，蚯蚓產(chǎn)生的有機(jī)酸、激素等則能進(jìn)一步促進(jìn)香根草根系生長(zhǎng)[10,41]。而方青等[35]發(fā)現(xiàn)在2種覆土改良中，高厚度覆土對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用更明顯，這可能是由于高厚度土壤中植物根系生長(zhǎng)空間更大，土壤能提供更多養(yǎng)分，進(jìn)而使得香根草在高厚度覆土中生長(zhǎng)狀況更好。

3.4 蚯蚓-香根草處理土壤理化因子與重金屬相關(guān)關(guān)系

蚯蚓可能會(huì)影響土壤性質(zhì)，從而影響土壤重金屬生物有效性[42]。徐坤等[25]發(fā)現(xiàn)蚯蚓能通過(guò)降低土壤pH進(jìn)而增加Zn有效性，張晗等[43]發(fā)現(xiàn)礦區(qū)土壤Cu和Zn含量與pH和OM含量呈顯著相關(guān)。此外，蚯蚓也能通過(guò)改變土壤碳、氮遷移，進(jìn)而影響土壤重金屬含量。而筆者研究發(fā)現(xiàn)pH和TP含量是影響重金屬含量的關(guān)鍵因子，這是由于土壤pH可以控制重金屬在土壤基質(zhì)中的溶解和沉淀，改變重金屬遷移和轉(zhuǎn)化能力[44]，土壤含磷物質(zhì)通過(guò)吸附作用或與重金屬反應(yīng)形成磷酸鹽沉淀，從而鈍化土壤重金屬[45]。同時(shí)，接種蚯蚓和種植香根草能顯著提高土壤TP含量，從而提高土壤鈍化重金屬的能力，進(jìn)而導(dǎo)致土壤有效態(tài)重金屬含量降低。由此推測(cè)，蚯蚓聯(lián)合植物可通過(guò)改變覆土中重金屬吸附性能或產(chǎn)生重金屬沉淀來(lái)改變土壤重金屬化學(xué)行為。因此，在礦區(qū)重構(gòu)土壤的修復(fù)改良中，蚯蚓-香根草聯(lián)合作用能降低重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也能有效改善復(fù)墾土壤肥力，為礦區(qū)后續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供保障。

4 結(jié)論

(1)土柱模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，50和70 cm 2種覆土厚度中，單獨(dú)種植香根草(V)、單獨(dú)添加蚯蚓(E)和蚯蚓-香根草聯(lián)合(VE)處理較CK均能降低覆土pH以及提升土壤OM、TN和TP含量，蚯蚓-香根草聯(lián)合作用的降低或提升效果更明顯。接種蚯蚓能夠增加香根草生物量，且對(duì)香根草地下部生物量增加效果較地上部更好。

(2)2種覆土厚度中，V、E和VE處理較CK均能降低土壤總Cr、總Cu、總Pb和總Zn含量，且蚯蚓-植物聯(lián)合(VE)降低效果均優(yōu)于單獨(dú)作用(V、E)。單獨(dú)接種蚯蚓能提升有效態(tài)重金屬含量，單獨(dú)種植香根草則能降低有效態(tài)Cu、Pb和Zn含量，蚯蚓-香根草聯(lián)合作用對(duì)土壤有效態(tài)Pb含量的降低效果較弱，對(duì)土壤有效態(tài)Cu、Zn含量的降低效果較強(qiáng)。

(3)相關(guān)性及冗余分析結(jié)果表明，土壤pH和OM含量是影響土壤重金屬含量的關(guān)鍵因子。