小麥秸稈生物質(zhì)炭與豬糞施用對(duì)小白菜鎘吸收和生長(zhǎng)的影響

來雪慧，王芳麗，苗秀榮，李兆龍，張婧

（1.太原工業(yè)學(xué)院 環(huán)境與安全工程系，山西 太原030008；2.太原師范學(xué)院 地理科學(xué)學(xué)院，山西 晉中030619；3.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，青島市農(nóng)村環(huán)境工程研究中心，山東 青島266109）

土壤是人類賴以生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來隨著人口的不斷增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，在耕地面積有限和水資源短缺的情況下，污水灌溉和農(nóng)藥化肥的大量施用導(dǎo)致我國土壤質(zhì)量下降，農(nóng)田土壤重金屬含量超標(biāo)［1～3］。一旦農(nóng)田土壤重金屬含量超標(biāo)，就會(huì)在農(nóng)作物中累積并通過食物鏈威脅人體健康［4］。根據(jù)2014 年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，我國農(nóng)田土壤以重金屬污染為主，其中鎘（Cd）污染尤為嚴(yán)重。我國土壤無機(jī)污染點(diǎn)位超標(biāo)率為21.7%，Cd 的污染點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)到7.0%［5］。同時(shí)，由于重金屬污染多表現(xiàn)為高毒性、隱蔽性、不可逆性和生物遷移性［6，7］，若不合理控制便會(huì)產(chǎn)生農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題，因此重金屬污染土壤的修復(fù)研究對(duì)于農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)具有重要的理論指導(dǎo)意義。

目前，土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)主要有化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和物理修復(fù)，其中植物修復(fù)和化學(xué)鈍化修復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的破壞作用最?。?，9］。在厭氧條件下高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的生物質(zhì)炭，由于其較大的比表面積，豐富的極性官能團(tuán)和較高的有機(jī)碳含量等性質(zhì)，將生物質(zhì)炭添加到污染土壤中不僅可以提高作物產(chǎn)量，而且可以改變土壤理化性質(zhì)和吸附土壤中重金屬［10～12］。諸多研究發(fā)現(xiàn)，土壤中添加生物質(zhì)炭可以降低作物對(duì)Cd 的富集，同時(shí)也可以降低土壤Cd 的生物有效性［13，14］。因此，通過農(nóng)業(yè)廢棄物制備的生物質(zhì)炭逐漸成為修復(fù)Cd 污染土壤的鈍化劑。小麥秸稈制備的生物質(zhì)炭可以降低堿性土壤中Cd 的活性，有利于改善土壤質(zhì)量［15］；富硅材料谷殼灰有利于降低土壤Cd 的生物有效性，施用谷殼灰后土壤Cd 的酸可提取態(tài)含量降低0.9%～16.7%［3］；添加小麥秸稈生物質(zhì)炭還可以使玉米Cd 的富集系數(shù)降低47.0%［16］。同時(shí)隨著生物質(zhì)炭含量的增加，土壤中重金屬的交換態(tài)含量逐漸減少［17］。太原是我國重要的重工業(yè)基地，城區(qū)周邊土壤Cd 含量均值為0.243 mg·kg-1，超過了山西省土壤背景值，存在土壤重金屬Cd 污染［18］。目前，研究多集中在某種生物質(zhì)炭對(duì)重金屬污染土壤的生物有效性影響，及生物質(zhì)炭對(duì)土壤Cd 積累的影響，缺乏生物質(zhì)炭與有機(jī)肥聯(lián)合施用對(duì)重金屬植物修復(fù)的影響研究。因此，本研究通過盆栽試驗(yàn)，探究小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞生物質(zhì)炭對(duì)Cd 污染土壤種植的小白菜吸收Cd 的影響，從而為Cd 污染土壤的治理以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試土壤采自山西省太原市尖草坪區(qū)某礦區(qū)重金屬污染表層土壤（0～20 cm），將采集后的土壤樣品去除雜物，經(jīng)過自然風(fēng)干后粉碎，過2 mm 孔徑尼龍篩保存待用。供試小白菜品種來自山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，試驗(yàn)所用小麥秸稈和豬糞原料取自山西省太原市尖草坪區(qū)北固碾村農(nóng)田和養(yǎng)殖場(chǎng)。將小麥秸稈自然風(fēng)干，于馬弗爐100 ℃限氧熱解1 h，之后在450 ℃熱解4 h，冷卻過篩至150 μm 以下，得到小麥秸稈生物質(zhì)炭。豬糞于105 ℃烘干2 h，冷卻待用。表1 為試驗(yàn)土壤、小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞的理化性質(zhì)。

表1 試驗(yàn)土壤和不同生物質(zhì)炭的理化性質(zhì)（平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差）Table 1 Physical and chemical properties of soil and biomass charcoals（Mean±standard deviation）

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2018 年5 月10 日進(jìn)行鎘污染土壤的盆栽試驗(yàn)，將采集土壤裝入盆高20 cm，盆口徑17 cm 的圓柱形塑料花盆中，每盆裝有4 kg 土壤。根據(jù)我國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-2018），向每個(gè)花盆中的土壤噴灑CdCl2·5H2O 溶液，使土壤Cd 污染水平為5.0 mg·kg-1。土壤經(jīng)過沉降30 d 后，土壤中鎘含量逐漸穩(wěn)定，于6 月10 日向盆中鎘污染土壤施加不同處理水平的小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞。

參考國內(nèi)外研究［16，19］，試驗(yàn)中設(shè)置對(duì)照組和試驗(yàn)組，共6 個(gè)處理水平，分別為：（1）對(duì)照處理CK，不添加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞；（2）WB 處理，小麥秸稈生物質(zhì)炭添加量為30 g·kg-1土壤；（3）PB 處理，豬糞添加量為30 g·kg-1土壤；（4）HW 處理，小麥秸稈生物質(zhì)炭添加量為20 g·kg-1土壤，豬糞10 g·kg-1土 壤；（5）HP 處 理，小 麥 秸 稈 生 物 質(zhì)炭 添 加 量 為10 g·kg-1土 壤，豬 糞20 g·kg-1土壤；（6）WP 處理，小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞添加量分別為15 g·kg-1土壤。

施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞后，將小白菜種子播種到花盆中，覆土澆水，并使用保鮮膜將花盆口封住，保持每個(gè)花盆水分基本一致。同時(shí)，保證每盆有3 株長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，不同處理水平設(shè)置5 次重復(fù)，將花盆隨機(jī)擺放于溫室中培養(yǎng)，根據(jù)缺水情況補(bǔ)充水分。

1.3 測(cè)定方法

在小白菜種子播種盆栽試驗(yàn)開始20、30、40、50、60 d 后，采集2～10 cm 土壤樣品、小白菜植物地上可食用部分和根部樣品。將小白菜的莖、葉和根部清洗干凈在105 ℃條件下殺青30 min，再置于70 ℃條件下烘干至樣品恒重，測(cè)定干物質(zhì)生物量。烘干植物粉碎過篩至150 μm 以下，保存?zhèn)溆谩?/p>

小白菜各部位樣品在經(jīng)過HNO3-HClO4（4：1）消煮后，通過原子吸收分光光度法測(cè)定Cd 含量［16］。土壤pH 值通過pH 計(jì)（PHS-3C 型）測(cè)定，水土比為2.5∶1［16］；土壤有機(jī)質(zhì)含量通過重鉻酸鉀氧化法測(cè)定［16］；土壤總鎘含量采用原子吸收分光光度法測(cè)定（GB/T 17141-1997）；土壤有效態(tài)鎘在CaCl2-DTPA-TEA 溶液浸提后，采用原子吸收分光光度法測(cè)定［20］。植物葉片的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）分別通過氮藍(lán)四唑還原法［21］、愈創(chuàng)木酚法［21］和高錳酸鉀滴定法［22］測(cè)定。

Cd 在小白菜生物體內(nèi)的累積和轉(zhuǎn)運(yùn)采用生物富集系數(shù)（BAF）和生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）計(jì)算，計(jì)算公式如下［23］：

式 中：Ci、Cs和Cr分別表示小白菜地上莖、葉部分、土壤中和小白菜根部的Cd 含量，單位均為mg·kg-1。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2016 和SPSS 19.0 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過Duncan’s 新復(fù)極差法分析數(shù)據(jù)的差異顯著性，并利用Origin9.0 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤有效態(tài)Cd 含量和理化性質(zhì)的影響

2.1.1 土壤有效態(tài)Cd 含量

由表1 可見，隨著小白菜生長(zhǎng)時(shí)間的增加，不同小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞處理的土壤中有效態(tài)Cd 含量均表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢(shì)。同時(shí)，不同處理的土壤有效態(tài)Cd 含量顯著低于對(duì)照處理土壤（P＜0.05）。在不同生長(zhǎng)時(shí)期，土壤有效態(tài)Cd 含量表現(xiàn)為：CK＞PB＞W(wǎng)B＞HP＞W(wǎng)P＞HW。HW和WP 處理的土壤有效態(tài)Cd 含量最低，其中WB和HP 處理之間的土壤有效態(tài)Cd 含量無明顯差異（P＞0.05）。在小白菜生長(zhǎng)40 d 時(shí)，HW 和WP 處理的土壤有效態(tài)Cd 含量分別比對(duì)照CK 處理降低63.92%和50.52%，此時(shí)對(duì)土壤Cd 活性的控制效果最好。小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞的聯(lián)合施用處理對(duì)于降低土壤Cd 活性高于單一小麥秸稈生物質(zhì)炭或豬糞處理。

2.1.2 土壤pH 值

圖1 為小白菜種子播種60 d 后不同處理的土壤pH 值。由圖1 可見，施加小麥秸稈生物質(zhì)炭的不同處理組土壤pH 值顯著高于對(duì)照（P＜0.05），單一施加豬糞的PB 處理土壤pH 值則明顯低于對(duì)照處理（P＜0.05）。小麥秸稈生物質(zhì)炭的pH 值為10.24，豬糞的pH 值為6.68，因而表現(xiàn)為施入小麥秸稈生物質(zhì)炭后土壤的pH 值升高，施入豬糞后土壤pH 值則會(huì)降低。小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞聯(lián)合施用后，HW、HP 和WP 處理的土壤pH 值均明顯高于對(duì)照處理（P＜0.05），與CK 處理相比pH 值分別增加0.83、0.37 和0.64。

表1 施用小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞對(duì)小白菜土壤中有效態(tài)Cd 含量的影響Table 1 Effects of the application of wheat straw biomass charcoal mixed with pig manure on available Cd content in pakchoi單位：mg·kg?1

圖1 施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞對(duì)土壤pH 值的影響Fig.1 Effects of the application of wheat straw biomass charcoal and pig manure on soil pH values

2.1.3 土壤有機(jī)質(zhì)含量

表2 為小白菜種子播種60 d 后不同處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量及與有效態(tài)Cd 含量的關(guān)系。由表2可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)含量由高到低表現(xiàn)為：PB＞W(wǎng)B＞HP＞W(wǎng)P＞HW＞CK。為了進(jìn)一步確定不同小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞施加后土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤有效態(tài)Cd 含量的關(guān)系，進(jìn)行相關(guān)回歸分析。發(fā)現(xiàn)不同處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤有效態(tài)Cd 含量均呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。PB 和HP 處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量與有效態(tài)Cd 含量達(dá)到極顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)R2為0.90 以上。

2.2 對(duì)小白菜Cd 富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響

2.2.1 小白菜莖、葉部分的Cd 含量

由表3 可以看出，小白菜莖部重金屬Cd 含量高于葉部，同時(shí)隨著植物的生長(zhǎng)，小白菜莖、葉Cd含量不斷增加。不同小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞處理中小白菜莖、葉重金屬Cd 含量由高到低依次為：CK＞PB＞W(wǎng)B＞HP＞HW＞W(wǎng)P。對(duì)小白菜莖部而言，播種20 d 后只有WP 處理的Cd 含量比CK 低82.76%（P＜0.05），其它處理和對(duì)照處理之間差異不顯著（P＞0.05）；播種50 d 后施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞處理中的Cd 含量均顯著低于對(duì)照處理，到播種60 d 后HW 和WP 處理的Cd 含量 最 低，分 別 為0.303 mg·kg-1和0.291 mg·kg-1。對(duì)于葉部來說，播種50 d 前，不同小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞處理的Cd 含量顯著低于CK 和PB 處理（P＜0.05），但CK 和PB 之間差異不顯著（P＞0.05）。播種60 d 后，CK 和PB 處 理 的 葉 部Cd 含量分別達(dá)0.443 mg·kg-1和0.379 mg·kg-1，差異顯著（P＜0.05）。總體來看，不同生長(zhǎng)階段WP 處理對(duì)降低莖、葉Cd 含量效果最好。小白菜播種60 d后，WP 處理的小白菜莖、葉Cd 含量與CK 相比分別降低54.81%和65.69%。對(duì)于單一施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞處理降低小白菜莖、葉Cd 含量而言，表現(xiàn)為小麥秸稈生物質(zhì)炭的處理效果優(yōu)于豬糞處理。對(duì)于小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞聯(lián)合處理而言，WP 處理對(duì)降低小白菜莖、葉Cd 含量的效果最優(yōu)。

表2 施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響Table 2 Effects of the application of wheat straw biomass charcoal and pig manure on soil organic matter contents

2.2.2 小白菜Cd 富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

圖2 為小白菜播種60 d 后，不同處理的小白菜Cd 含量的BAF 值和TF 值對(duì)比情況。由圖2 可以看出，施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞處理均可以降低小白菜Cd 含量的BAF，Cd 含量的BAF 值由高到低依次為：CK＞PB＞W(wǎng)B＞HP＞HW＞W(wǎng)P。除PB 處理外，其它處理均可以顯著降低小白菜Cd的BAF 值（P＜0.05）。其中，WP 處理對(duì)于降低小白菜Cd 富集系數(shù)的效果最好，HW 和HP 次之，說明小麥秸稈生物炭和豬糞聯(lián)合處理對(duì)于降低小白菜Cd 富集系數(shù)的效果好于單一生物質(zhì)炭和豬糞處理。 CK 處理的小白菜Cd 含量BAF 值為1.059，WP、HW 和HP 處理使小白菜Cd 的富集系數(shù)分別比CK 處理降低59.02%、53.94% 和33.62%。WB 和HP 處理對(duì)降低小白菜Cd 含量的BAF 值差異不顯著（P＞0.05），PB 處理的BAF 值雖然低于CK，但是差異不顯著（P＞0.05）。

與對(duì)照CK 處理相比，不同小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞處理均可以顯著降低小白菜Cd 的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)TF 值（P＜0.05）。不同處理的小白菜Cd 含量TF 值由大到小表現(xiàn)為：CK＞PB＞HW＞W(wǎng)B＞W(wǎng)P＞HP，但是不同處理之間對(duì)降低小白菜Cd 的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)沒有顯著差異（P＞0.05）。總體表現(xiàn)為WP 和HP 處理對(duì)于降低小白菜Cd 的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)效果最好，TF 值分別比CK 處理降低20.04% 和21.57%。

2.3 對(duì)小白菜生長(zhǎng)和葉片酶活性的影響

2.3.1 小白菜生長(zhǎng)

表4 為施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響。由表4 可以看出，不同處理的小白菜自然伸展高度、葉片開展度和植株鮮質(zhì)量均明顯高于對(duì)照處理（P＜0.05），表現(xiàn)為PB＞HP＞W(wǎng)P＞HW＞W(wǎng)B＞CK。PB 處理對(duì)小白菜生長(zhǎng)的促進(jìn)效果最佳，HP 和WP 處理次之。與CK 處理相比，PB、HP 和WP 處理的小白菜自然伸展高度分別增加31.06%、26.70%和24.53%。PB 處理的小白菜葉片開展度和植株鮮質(zhì)量分別比CK 處理增加17.55%和49.11%。單一施加豬糞處理對(duì)小白菜生長(zhǎng)顯著好于單獨(dú)施加小麥秸稈生物質(zhì)炭（P＜0.05）。在小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞聯(lián)合處理中，仍然表現(xiàn)為豬糞添加量比例高的處理對(duì)小白菜生長(zhǎng)的促進(jìn)效應(yīng)更好。

2.3.2 小白菜葉片酶活性

表5 為施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞對(duì)小白菜葉片酶活性的影響。由表5 可看出，不同處理的小白菜葉片中SOD、POD 和CAT 活性由高到低依次表現(xiàn)為：PB＞HP＞W(wǎng)P＞HW＞W(wǎng)B＞CK。與對(duì)照相比，施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞均可以顯著提高小白菜葉片酶活性（P＜0.05），其中PB 和HP 處理對(duì)提高小白菜葉片SOD、POD 和CAT 活性效果最好。PB 處理的小白菜葉片SOD、POD 和CAT 活 性 分 別 是CK 處 理 的1.46倍、1.76 倍和2.02 倍；HW 和WP 處理之間對(duì)提高小白菜葉片SOD 和CAT 活性差異不顯著（P＞0.05）。單一施加豬糞處理對(duì)于提高小白菜葉片酶活性的效果高于單獨(dú)施加小麥秸稈生物質(zhì)炭；同時(shí)小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞聯(lián)合處理中，同樣表現(xiàn)為豬糞施加量占比高的處理效果更好。

表3 施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞對(duì)小白菜莖、葉Cd 含量的影響Table 3 Effects of wheat straw biomass charcoal and pig manure on Cd contents in stems and leaves of pakchoi單位：mg·kg?1

圖2 施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞對(duì)小白菜Cd 富集系數(shù)（a）和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（b）的影響Fig.2 Effects of wheat straw biochar and pig manure on the enrichment（a）and transfer coefficient（b）of pakchoi

表4 施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響Table 4 Effects of wheat straw biochar and pig manure on the growth rate of pakchoi

表5 施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞對(duì)小白菜葉片酶活性的影響Table 5 Effects of wheat straw biochar and pig manure on the leaf enzyme activities of pakchoi 單位：U·g?1

3 討論

鎘是土壤環(huán)境中毒性較大的重金屬，進(jìn)入植物和人體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生毒害作用。本研究表明不同小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞處理均可以降低土壤有效態(tài)Cd 含量，小白菜莖、葉中Cd 含量以及小白菜富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。同時(shí)，隨著小白菜的生長(zhǎng)，土壤中有效態(tài)Cd 含量逐漸降低，而小白菜莖、葉中的Cd 含量呈現(xiàn)逐漸增加的變化規(guī)律。小麥秸稈生物質(zhì)炭降低土壤有效態(tài)Cd 含量的原因是一方面由于生物質(zhì)炭表面具有多孔性結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的表面吸附能力，通過吸附土壤中的重金屬而影響Cd在土壤-植物體系的遷移能力，導(dǎo)致Cd 的生物有效性降低［3］。另一方面因?yàn)樾←溄斩捝镔|(zhì)炭的pH 值為10.24，可以提高土壤pH 值（圖1），當(dāng)土壤pH 值增加后Cd2+可能會(huì)形成沉淀物，從而降低土壤中Cd 的有效性。豬糞降低土壤有效態(tài)Cd 含量是因?yàn)樨i糞中有機(jī)質(zhì)含量較高，施入土壤后通過微生物分解可以產(chǎn)生大量的腐殖酸，同時(shí)腐殖酸中含量豐富的羧基、羥基等官能團(tuán)，這些官能團(tuán)可以與Cd2+產(chǎn)生較強(qiáng)的絡(luò)合或螯合作用，形成不溶性螯合物，導(dǎo)致豬糞對(duì)土壤中重金屬Cd 產(chǎn)生鈍化，減少Cd 向小白菜遷移的能力［24，25］。另外，本研究結(jié)果還表明小麥秸稈生物質(zhì)炭降低土壤有效態(tài)Cd 含量和小白菜莖、葉中Cd 含量的效果好于豬糞，可能是因?yàn)樨i糞主要通過其含有的有機(jī)質(zhì)與重金屬Cd 產(chǎn)生絡(luò)合作用，來降低小白菜中Cd 含量［26］；小麥秸稈生物質(zhì)炭不僅可以通過多孔結(jié)構(gòu)吸附土壤中重金屬Cd 來降低Cd 向小白菜根、莖、葉的轉(zhuǎn)移能力，同時(shí)還可以提高土壤pH 值堿化土壤，導(dǎo)致Cd 產(chǎn)生沉淀物降低重金屬的有效性［12，15］。

施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞能夠降低重金屬Cd 對(duì)小白菜的毒害作用，進(jìn)而促進(jìn)小白菜生長(zhǎng)［27］。本研究發(fā)現(xiàn)不同小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞處理均可以顯著增加小白菜的自然伸展高度、葉片開展度和植株鮮質(zhì)量。這與悅飛雪等［16］施用秸稈生物炭和雞糞降低玉米Cd 積累、促進(jìn)玉米生長(zhǎng)和代允超等［28］施加雞糞增加小白菜生物量的研究結(jié)果一致。研究表明SOD、POD 和CAT 是植物酶系統(tǒng)的保護(hù)酶，三者之間產(chǎn)生的協(xié)同作用可以抵抗活性氧自由基對(duì)植物細(xì)胞膜的損害，從而降低膜脂過氧化程度，減輕Cd 脅迫對(duì)植物細(xì)胞的損害［29］。本研究結(jié)果表明不同施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞處理均可以顯著提高SOD、POD 和CAT活性。小麥秸稈生物質(zhì)炭可以提高小白菜抗氧化能力，可能是因?yàn)樯镔|(zhì)炭含有豐富的礦質(zhì)養(yǎng)分，能夠增強(qiáng)土壤微生物活性并改善土壤理化性質(zhì)［16］。豬糞提高小白菜抗氧化能力，主要是因?yàn)樨i糞中含有有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，可以改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分，從而提高微生物活性［30］。本研究還發(fā)現(xiàn)豬糞處理對(duì)提高小白菜抗氧化能力優(yōu)于小麥秸稈生物質(zhì)炭，可能是因?yàn)樨i糞中含有的營(yíng)養(yǎng)成分多于小麥秸稈生物質(zhì)炭，對(duì)于土壤肥力的改善效果好于小麥秸稈生物質(zhì)炭引起的。

關(guān)于生物質(zhì)炭和有機(jī)肥聯(lián)合施用對(duì)重金屬生物有效性影響的研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭和雞糞可以降低土壤有效態(tài)Cd 含量和植物地上部Cd 含量［16，31］。也有研究表明，施用豬糞和雞糞可以降低土壤可交換態(tài)Cd 含量［32］，同時(shí)豬糞對(duì)污染土壤中水稻和小麥莖、葉中Cd 的抑制效果優(yōu)于雞糞［32，33］。本研究同樣發(fā)現(xiàn)小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞聯(lián)合處理可以降低土壤有效態(tài)Cd 含量和小白菜莖、葉中Cd 含量，而且聯(lián)合處理的效果優(yōu)于單獨(dú)施加小麥秸稈生物質(zhì)炭或者豬糞。這可能是因?yàn)樾←溄斩捝镔|(zhì)炭和豬糞混合后，豬糞中的腐殖酸可以氧化生物質(zhì)炭表面，同時(shí)生物質(zhì)炭促進(jìn)豬糞中腐殖酸的形成，豬糞中的微生物活性提高［34］。同時(shí)，小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞結(jié)合可以延緩肥料養(yǎng)分在土壤中的釋放期，為土壤持續(xù)提供肥力［35］，進(jìn)而改變土壤pH 值和有機(jī)質(zhì)含量等，從而降低土壤中Cd向小白菜的轉(zhuǎn)移能力，促進(jìn)小白菜生長(zhǎng)和降低Cd含量［36，37］。

4 結(jié)論

（1）隨著小白菜的生長(zhǎng)，土壤中有效態(tài)Cd 含量逐漸降低，小白菜莖、葉中的Cd 含量呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)。但不同施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞處理均可以降低土壤中的有效態(tài)Cd 含量，也可以降低小白菜莖、葉中的Cd 含量以及小白菜重金屬Cd 的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。

（2）施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞可以促進(jìn)小白菜生長(zhǎng)，不同處理的小白菜自然伸展高度、葉片開展度和植株鮮質(zhì)量均明顯高于對(duì)照處理。同時(shí)，施加小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞還可以顯著增加小白菜葉片中SOD、POD 和CAT 活性，抗氧化能力增強(qiáng)。

（3）小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞的聯(lián)合施用對(duì)降低土壤有效態(tài)Cd 含量和小白菜莖、葉中Cd 含量的效果優(yōu)于單獨(dú)施加小麥秸稈生物質(zhì)炭或者豬糞，小麥秸稈生物質(zhì)炭和豬糞的混合配施對(duì)小白菜生長(zhǎng)和降低小白菜Cd 吸收效果更好。