野生菌生長土壤中重金屬形態(tài)影響因素研究

茶麗娟，趙淑媛，馮鴻娟，周丹丹*

1. 昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650500；2. 云南省土壤固碳與污染控制重點實驗室，云南 昆明 650500

野生食用菌是指生長在人跡罕至的山林中，在自然界完全處于野生狀態(tài)的食用菌。與人工食用菌相比，野生食用菌因其具有更高的蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)（鈣、磷、鉀、鐵等）及膳食纖維等特點而具有優(yōu)越的營養(yǎng)和保健價值，受到人們廣泛的推崇（于富強等，2002；楊祝良，2002；楊旭昆等，2016；馬明等，2017）。但近年來，由于人類活動頻繁，關(guān)于野生食用菌中重金屬人體健康風(fēng)險屢有報道（Kojta et al.，2015；徐梅瓊等，2017；付潔等，2019）。目前野生食用菌對重金屬富集的研究較多，而對野生食用菌生長土壤中重金屬的研究較少，所以本研究將對野生菌生長土壤中重金屬形態(tài)及其影響因素進(jìn)行研究。

土壤是野生食用菌生長的重要載體，而野生食用菌重金屬來源的主要渠道是土壤，如食用菌中Pb含量主要來自土壤（Kirchner et al.，1998）。有研究顯示，當(dāng)土壤中Hg、Cd含量升高時，牛肝菌的Hg、Cd 含量也隨之升高（楊天偉等，2016a，2016b）。因此，土壤中重金屬高背景值是否存在高風(fēng)險有待于進(jìn)一步研究。在評價土壤重金屬風(fēng)險時，重金屬總量僅表明其在土壤中的積累信息，不能如實反映其環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)。因而，評價土壤重金屬風(fēng)險應(yīng)該探討土壤重金屬的不同存在形態(tài)及其含量和比例，這將直接影響到重金屬在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化及生物毒性（朱波等，2002）。

云南省野生食用菌資源分布廣泛（遍及全省126個縣市）、產(chǎn)量大（主要集中于滇中、滇西地區(qū)）、種類繁多（以滇南地區(qū)為主）、種質(zhì)豐富（占全國食用菌菌種的85.3%）等（孔祥飛，2009），是中國乃至全球野生食用菌重要產(chǎn)地。云南省有豐富的有色金屬和礦產(chǎn)資源，同時土壤重金屬背景值普遍較高，使得云南野生食用菌的品質(zhì)安全問題受到大家的關(guān)注。因此，本研究以云南大理巍山常見的6種野生食用菌生長土壤（0—10、10—20 cm）和未生長野生食用菌土壤為研究對象，研究土壤中4種重金屬（Pb、Cu、Zn和Cd）的形態(tài)分布與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系，為探討野生食用菌生長土壤中重金屬的遷移和轉(zhuǎn)化提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況與采樣點位

研究區(qū)域位于云南省大理州巍山縣，在大理白族自治州南部，地處 99°55′—100°25′E、24°56′—25°32′N 之間，屬云嶺橫斷山脈的南延部分，地處哀牢山和無量山北段地區(qū)，和大理點蒼山遙遙相望，年平均降雨量804 mm，年日照總時數(shù)平均2188 h。海拔高度在 1146—3037 m。冬季平均氣溫大于5 ℃，無積雪和凍土；夏季平均氣溫 21 ℃，無酷暑。溫暖的氣候，為境內(nèi)的動植物生殖、繁衍提供了良好條件。有野生植物300多種，主要有云南松（Pinu syunnanensis）、華山松（Pinu sarmandii）、高山栲（Castanopsis delavayi）、蘭花（Cymbidiumssp.）、菊花（Chrysanthemum）等。非常適合野生菌生長，出產(chǎn)雞樅菌（Termitomyces albuminosus）、牛肝菌（Boletus）、雞油菌(Cantharellus cibarius)、青頭菌(Russula virescens)、松茸（Tricholoma matsutake）、黑木耳（Auricularia auricula）等。巍山縣礦產(chǎn)資源主要有銻礦、銅礦、金礦、鐵礦、鉛鋅礦、石膏礦等。土壤有棕色針葉林土、水稻土、石灰?guī)r土等類型。本研究于2018年8月進(jìn)行樣品采集。采樣點位基本情況見表1。

1.2 土壤樣品采集

野生食用菌對生長環(huán)境有嚴(yán)格的要求（鄭航，2017），因而供試土壤采集只能采取隨機布點的方式，隨機布設(shè)6種野生食用菌生長土壤區(qū)（0—10、10—20 cm）和未生長食用菌土壤區(qū)共計18個采樣點，采樣點分布圖如圖1所示。在野生食用菌生長的地方，將其枯枝落葉整理完后，輕輕將菌子撥倒或是鏟出，沿著菌絲或者是菌根的地方取0—10 cm的生長土壤，然后再取其10—20 cm的生長土壤。同時，在對應(yīng)出菌地點旁未出野生食用菌的地方取其未長野生菌土壤（0—10 cm）。所有土壤樣品帶回實驗室，剔除碎石、雜物等，在通風(fēng)避光的室內(nèi)自然風(fēng)干。將風(fēng)干的樣品搗碎研磨后過100目篩，儲存于棕色玻璃瓶中備用。

表1 采樣點位基本情況表Table 1 Basic situation table of sampling points

1.3 測定方法

土壤pH值測定采用pH計（水土比為2.5∶1）；利用元素分析儀（vario MICRO cube，Elementar，德國）測定土壤中C、H、O、S和N含量；陽離子交換量（CEC）測定采用乙酸銨法（魯如坤，1999）；速效磷測定采用0.5 mol·L-1NaHCO3提取法（鮑士旦，2000）；重金屬元素（Pb、Zn、Cu和Cd）及其有效態(tài)含量分別采用HNO3-HF-H2O2微波消解法（蘇海芳等，2018）和二乙三胺五醋酸-三乙醇胺（DTPA-CaCl2-TEA）法（HJ 804—2016），利用原子吸收光譜儀（美國Varian AA240FS）進(jìn)行測定。重金屬元素形態(tài)分布采用按改進(jìn) BCR連續(xù)提取法（張朝陽等，2012）測定。

所有土壤樣品在分析測定過程中，均設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣品、空白試樣和重復(fù)試樣，確保數(shù)據(jù)的真實可靠。

圖1 采樣點分布圖Fig. 1 Distribution of sample points

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行計算、處理，數(shù)據(jù)相關(guān)性分析采用SPSS 20.0進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA），并且用Duncan法進(jìn)行多重比較。顯著性水平P取0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤基本理化特性

6種野生食用菌生長土壤（0—10、10—20 cm）和未生長食用菌土壤特性見表2和表3。與未生長野生食用菌土壤相比，生長野生食用菌土壤的陽離子交換量（CEC）、速效磷含量多數(shù)增加，如白牛肝生長區(qū)土壤與未生長區(qū)土壤 CEC分別為 11.6 cmol·kg-1和 7.53 cmol·kg-1、速效磷含量分別為 0.47 mg·kg-1和 0.31 mg·kg-1。速效磷含量的增加與野生食用菌菌絲體所分泌的有機酸有關(guān)，有機酸能夠使土壤中無機磷的Al-P和Fe-P活化從而提高了土壤中磷的有效性（Huang et al.，1996）。除爪哇鵝膏和白牛肝外，野生食用菌生長土壤較野生食用菌未生長土壤其O含量均增加，這可能是食用菌分泌大量有機酸（Heim et al.，2003；Manish et al.，2007；Fox et al.，1990）所致。同一生境下，與雞油菌生長土壤相比，青頭菌和爪哇鵝膏生長土壤pH值較高、極性較高而芳香性較低。此外，野生食用菌生長0—10 cm與10—20 cm土壤理化性質(zhì)無明顯變化，這表明野生食用菌菌絲體分泌物在土壤中無明顯縱向遷移積累。

不同野生菌根際土壤和非根際土壤重金屬及其有效態(tài)含量見表3。野生菌生長0—10 cm土壤重金屬含量高低順序為：Zn＞Pb＞Cu＞Cd，而有效態(tài)含量順序是：Pb＞Zn＞Cu＞Cd。這表明野生菌生長的0—10 cm土壤中Pb活性較高。野生菌生長10—20 cm土壤重金屬含量高低順序為：Zn＞Pb＞Cu＞Cd；除白牛肝和雞樅菌生長土壤，野生菌生長 10—20 cm土壤重金屬有效態(tài)含量高低順序是：Pb＞Zn＞Cu＞Cd。這可能是由于野生菌生長過程中，菌絲所分泌物質(zhì)成分的差異所致。此外，野生菌生長非根際土壤重金屬高低順序為：Zn＞Pb＞Cu＞Cd ； 有 效 態(tài) 含 量 高 低 順 序 為 ：Zn＞Pb＞Cu＞Cd。這表明野生菌生長所分泌的分泌物對重金屬尤其是Pb具有很好的活化作用。

表2 供試土壤基本特性Table 2 Physicochemical properties of soils

2.2 土壤重金屬有效態(tài)含量與其土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

重金屬有效態(tài)含量與其土壤理化性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)見表 4。土壤中有效態(tài)銅含量與 pH值呈極顯著性正相關(guān)，這與在實驗土壤pH值（3.30—6.50）條件下，土壤中的Cu更易活化且主要以有機銅、Cu2+形式存在有關(guān)。土壤中 Cd、Pb、Zn等金屬離子在實驗土壤pH值（3.30—6.50）條件下主要以難溶的氫氧化物或碳酸鹽形式存在，因而 Pb、Zn、Cd有效態(tài)與pH值無明顯相關(guān)性。土壤中重金屬有效態(tài)含量與 CEC無顯著相關(guān)性，這與研究文獻(xiàn)中提及的一樣（常同舉，2014）。土壤膠體表面負(fù)電荷的多少決定了陽離子交換量的大小，而有關(guān)膠體表面所帶負(fù)電荷量又與土壤粘粒和土壤有機質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。因此，CEC對土壤重金屬各形態(tài)的影響復(fù)雜，相關(guān)性較?。ㄧ姇蕴m等，2009）。土壤中重金屬有效態(tài)含量與N含量關(guān)系不顯著，這可能有兩方面原因。其一是由于野生菌菌絲分泌物中含N物質(zhì)很少，從而使其根際與非根際土壤中N含量無明顯差異；其二是土壤氮含量少且以無機氮為主，因而難以改變土壤中重金屬形態(tài)。有效態(tài) Cd含量與C含量呈顯著性正相關(guān)，而其他重金屬有效態(tài)含量與C含量之間的相關(guān)性不顯著，表明野生菌菌絲分泌物中含C物質(zhì)對Cd有很好的活化作用（王進(jìn)麗，2012）。有效態(tài)Cd和有效態(tài)Zn含量與H/C呈顯著性負(fù)相關(guān)，其他重金屬有效態(tài)含量與H/C之間相關(guān)性不顯著，這表明土壤的芳香性越強，越有利于有效態(tài)Cd和有效態(tài)Zn的存在。有效態(tài)Cu與S呈極顯著性正相關(guān)，這是因為土壤中硫含量高，其可以促進(jìn)土壤中硫氧化還原菌的生長（林惠榮，2010），并使得Cu2S被氧化成Cu2+（韓聰美，2018）。有效態(tài)Zn含量與O含量呈顯著性正相關(guān)，其他重金屬有效態(tài)含量與O含量之間的相關(guān)性不顯著，表明O含量越高，越有利于土壤中Zn的活化。有效態(tài) Pb含量與速效磷含量呈顯著性負(fù)相關(guān)，鉛在速效磷存在的條件下，容易形成磷酸鉛沉淀，從而降低了有效態(tài)鉛的含量。有效態(tài)Cu、Zn與速效磷含量呈極顯著正相關(guān)，有效態(tài)Cd含量與速效磷含量無顯著相關(guān)性。

表3 土壤重金屬總量及有效態(tài)含量Table 3 Total and available state of soil heavy metals

表4 重金屬有效態(tài)含量與土壤理化性質(zhì)相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient between available heavy metal content and soil physical and chemical properties

2.3 土壤重金屬形態(tài)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

土壤重金屬形態(tài)與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性系數(shù)見表5。可還原態(tài)Pb與S含量呈顯著負(fù)相關(guān)，可還原態(tài)的 Pb是指與鐵、錳氧化物反應(yīng)生成結(jié)核體或包裹于沉積物顆粒表面的Pb（王逸群等，2018），土壤氧化鐵錳膠體為兩性膠體（韓春梅等，2005），當(dāng) S含量增加時，置換出 Pb2+，使之還原態(tài)的 Pb減少；殘渣態(tài)Pb與S含量、速效磷含量均呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤中Cu的可氧化態(tài)與C含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；Cu的殘渣態(tài)與CEC呈顯著正相關(guān)，這是因為土壤中陽離子為Cu提供了更多的吸附位點，從而使土壤對Cu的固定作用更強所致（韓張雄等，2017）。土壤中Zn的可氧化態(tài)與pH值、速效磷含量均呈顯著正相關(guān)，可氧化態(tài)的重金屬是指以不同形式進(jìn)入或包裹在有機質(zhì)顆粒上與其螯合或生成硫化物的那部分重金屬（王逸群等，2018），可氧化態(tài)的Zn隨pH升高，是由于土壤中有機質(zhì)溶解度隨pH升高而增大，絡(luò)合能力增強，大量金屬被絡(luò)合而使可氧化態(tài)的 Zn增多（丁疆華等，2001）；Zn的殘渣態(tài)與pH、S含量、速效磷含量均呈極顯著正相關(guān)，這是土壤中pH、S含量和速效磷含量等增加，更易使 Zn形成難溶性 Zn所致（陳艷龍，2017）。土壤中的可還原態(tài)Cd及可氧化態(tài)Cd與土壤中pH、S含量、速效磷含量均呈極顯著正相關(guān)，這表明土壤中pH、S含量和速效磷含量升高能促使土壤可交換態(tài)Cd轉(zhuǎn)化為可還原態(tài)Cd及可氧化態(tài)Cd（閆帥成等，2016）。

表5 重金屬各形態(tài)與土壤理化性質(zhì)相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficient between various forms of heavy metals and physical and chemical properties of soil Oxidizable

3 結(jié)論

（1）與非根際土壤相比，食用菌生長根際土壤的CEC、速效磷含量增加。除爪哇鵝膏和白牛肝外，野生食用菌生長根際土壤較非根際土壤中 O含量增加。同一生境下，與雞油菌生長土壤相比，青頭菌和爪哇鵝膏生長土壤pH值較高、極性較高而芳香性較低。此外，野生食用菌菌絲體分泌物在土壤中無明顯縱向遷移積累。野生菌生長所分泌的分泌物對重金屬尤其是Pb具有很好的活化作用。

（2）土壤芳香性越高，其有效態(tài)Cd和有效態(tài)Zn含量越高。提高土壤中有機質(zhì)含量，能夠促進(jìn)Zn和Cd的遷移轉(zhuǎn)化能力。磷肥的施用能夠在一定程度上降低Pb的遷移轉(zhuǎn)化而增強Cu和Zn遷移轉(zhuǎn)化。

（3）S和速效磷含量的增加能夠促使Pb可還原態(tài)和殘渣態(tài)向其他形態(tài)轉(zhuǎn)化；提高土壤 CEC和有機質(zhì)含量將分別有助于土壤中殘渣態(tài)Cu的形成以及降低可氧化態(tài) Cu。在云南巍山地區(qū)降低土壤中pH、S及速效磷含量將能降低Zn和Cd的遷移轉(zhuǎn)化能力。