中藥渣生物有機(jī)肥對(duì)Hg-Cd復(fù)合污染土壤重金屬、微生物量碳氮含量及酶活性的影響

陳 芬，余 高，張紅麗，吳涵茜，陳 容，侯建偉

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部產(chǎn)地環(huán)境污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/天津市農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300191；2.銅仁學(xué)院 農(nóng)林工程與規(guī)劃學(xué)院，貴州 銅仁 554300；3.國(guó)信司南（北京）地理信息技術(shù)有限公司，北京 100089）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，土壤重金屬污染問題越來越受到人們的重視[1]。據(jù)2014年公布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國(guó)耕地土壤污染點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)19.4%，其中重金屬超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)占全部超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)的82.8%[2]。貴州萬(wàn)山區(qū)是我國(guó)最大的汞工業(yè)生產(chǎn)基地，在汞礦開采過程中，“三廢”幾乎全部直接排放于自然環(huán)境中，導(dǎo)致周邊農(nóng)田土壤重金屬污染極其嚴(yán)重，其中，Hg、Cd污染尤為嚴(yán)重[3]，其含量均已達(dá)到或超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—2018）的風(fēng)險(xiǎn)篩選值（其他，pH值≤5.5，Hg、Cd含量分別為1.3、0.3 mg/kg），對(duì)周邊的自然生態(tài)環(huán)境和人體健康帶來了嚴(yán)重的威脅。據(jù)前期對(duì)貴州萬(wàn)山區(qū)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2015年至今，當(dāng)?shù)鼐用癜┌Y發(fā)病率很高，而且趨于年輕化，這可能是由于土壤中的重金屬元素通過食物鏈進(jìn)入到人體，并在人體內(nèi)長(zhǎng)期積累誘發(fā)的疾病。因此，改善當(dāng)?shù)赝寥乐亟饘傥廴緺顩r迫在眉睫。

中藥渣含有豐富的有機(jī)質(zhì)、糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、氮磷鉀及多種微量元素，是一種可循環(huán)利用的生物質(zhì)資源[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年排放量達(dá)6 000萬(wàn)～7 000萬(wàn)t[4]，目前主要處理方式為填埋或直接焚燒，不僅引發(fā)了一系列的環(huán)境污染問題[5]，同時(shí)造成資源的巨大浪費(fèi)。將中藥渣制成生物有機(jī)肥，“變廢為寶”，是中藥渣高效利用的一個(gè)重要方向。施用生物有機(jī)肥不僅可以改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，同時(shí)，其含有的有機(jī)質(zhì)和多種有益微生物可以吸附、固定土壤中的重金屬離子，有效降低重金屬的生物有效性和遷移性，減少植物對(duì)重金屬的吸收、富集。因此，生物有機(jī)肥作為一種新型的重金屬鈍化材料，備受專家學(xué)者關(guān)注[6-7]。陳芬等[8]研究表明，生物有機(jī)肥可有效改善土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量和陽(yáng)離子交換量等理化性質(zhì)，降低土壤重金屬Cd、Hg的生物有效性，從而達(dá)到修復(fù)土壤的目的；馬鐵錚等[9]研究表明，施用生物有機(jī)肥能顯著降低稻田土壤有效態(tài)Cd和Pb含量；LIU等[10]研究表明，施加生物有機(jī)肥可提高土壤pH值，降低土壤溶液中Cd2+的濃度，進(jìn)而降低小麥對(duì)Cd的吸收。然而，目前用于土壤重金屬鈍化修復(fù)的生物有機(jī)肥主要是以畜禽糞便或作物秸稈為原材料，以中藥渣為主要原料制備的生物有機(jī)肥對(duì)土壤重金屬的鈍化修復(fù)研究較少。因此，以寧鄉(xiāng)豐裕生物科技有限公司制備的一種功能性中藥渣生物有機(jī)肥為材料，通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究其對(duì)Hg-Cd復(fù)合污染土壤養(yǎng)分、有效態(tài)重金屬（HCl-Hg、DTPA-Cd）、微生物 量碳氮（MBC、MBN）含量及土壤酶活性的影響，并通過通徑分析明確土壤不同理化指標(biāo)與有效態(tài)Cd、Hg含量的關(guān)系，為中藥渣資源化利用和土壤重金屬鈍化修復(fù)提供新的思考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試土壤取自貴州省銅仁市萬(wàn)山區(qū)汞礦周邊某農(nóng)田耕層土壤（0～20 cm土層），土樣取回后，經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干、去雜、過孔徑2 mm篩備用。土壤類型為黃壤，pH值為5.33，含有機(jī)質(zhì)12.11 g/kg、全氮0.78 g/kg、有效磷16.75 mg/kg、速效鉀132.24 mg/kg、全Hg 8.65 mg/kg、全Cd 0.87 mg/kg，全Hg、全Cd含量分別較《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—2018）的風(fēng)險(xiǎn)篩選值高565.38%和190.00%，屬于Hg-Cd復(fù)合污染土壤。

中藥渣生物有機(jī)肥由寧鄉(xiāng)豐裕生物科技有限公司制備，其中中藥渣以纈草主要原材料，含有機(jī)碳46.38%、全氮1.37%、P2O51.21%、K2O 1.12%，由湖南九芝堂股份有限公司提供。具體步驟為：將中藥渣、牛糞、魚骨粉、菜籽餅分別粉碎后按質(zhì)量比5∶3∶1∶1混合，調(diào)節(jié)含水量至60%左右，混勻，按3%用量添加有機(jī)肥發(fā)酵菌劑（該菌劑以酵素菌群為根本，配以多種功能菌，其中包含巨大芽孢桿菌、膠棟樣芽孢桿菌、酵母菌以及固氮菌、解磷菌、解鉀菌、抗病菌等多種有益微生物），將混合物料置于5 L發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為65℃以上，發(fā)酵周期為10 d，發(fā)酵過程中每2 d進(jìn)行1次混合物料翻堆，控制混合物料的pH值在6～8；發(fā)酵之后進(jìn)行造粒、干燥、過濾，進(jìn)而得到中藥渣生物有機(jī)肥。制得的中藥渣生物有機(jī)肥含有機(jī)質(zhì)53.87%、全 氮1.94%、P2O52.27%、K2O 1.34%、全Hg 0.07 mg/kg、全Cd 0.13 mg/kg，pH值7.24，有效活菌數(shù)≥0.2億cfu/g。

1.2 土培試驗(yàn)

參照已有報(bào)道生物有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分[6,11]和土壤重金屬修復(fù)的最佳用量范圍[12]，設(shè)生物有機(jī)肥施用比例（以風(fēng)干土計(jì)）分別為0（CK）、0.75%、1.50%、3.00%，其對(duì)應(yīng)的施用量分別為0、7.5、15、30 g/kg，共4個(gè)處理。稱取2 kg風(fēng)干土樣，分別添加相應(yīng)比例的中藥渣生物有機(jī)肥，與土樣充分混勻后裝于塑料盆內(nèi)，使用重量法[13]噴施去離子水，在室溫下保持田間持水量的60%進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)183 d后取樣進(jìn)行分析。每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

培養(yǎng)結(jié)束后取出土樣，于室內(nèi)自然風(fēng)干、研磨、過0.15 mm篩后進(jìn)行分析。土壤基本理化性質(zhì)參照土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法[14]測(cè)定。土壤全Hg含量采用（1+1）王水消解[11]，有效態(tài)Hg含量采用0.1 mol/LHCl浸提[11]，二者均采用原子熒光光度法[8]進(jìn)行測(cè)定；全Cd含量采用HNO3-HClO4-HF（5∶1∶1）消解[15]，有效態(tài)Cd含量采用二乙基三胺五乙酸（DTPA）試劑提取（GB/T 23739—2009），二者均采用ICP-MS測(cè)定；土壤MBC含量采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法[6]測(cè)定；土壤MBN含量采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提—全氮法[6]測(cè)定；土壤酶活性測(cè)定采用關(guān)松蔭[16]測(cè)定方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方程擬合，SPSS 25.0軟件進(jìn)行通徑分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與土壤p H值、有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量的關(guān)系

中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量及養(yǎng)分含量的關(guān)系見表1擬合方程，其中，Y1、Y2、Y3、Y4、Y5分別表示土壤pH值及有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量，x為中藥渣生物有機(jī)肥施用比例（下同）。由表1可知，土壤pH值及有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量與中藥渣生物有機(jī)肥施用比例均呈直線正相關(guān)，施用量每增加1個(gè)百分點(diǎn)，pH值平均提高0.08，土壤有機(jī)質(zhì)含量平均增加2.93 g/kg，全氮含量平均增加0.03 g/kg，有效磷含量平均增加1.22 mg/kg，速效鉀含量平均增加11.10 mg/kg。表明施用中藥渣生物有機(jī)肥可有效提高土壤養(yǎng)分含量，改善土壤肥力狀況。

表1 中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與土壤pH值、有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量的擬合方程Tab.1 Fitted equations of application ratio of bio-organic fertilizer made from Chinese traditional herb residues（BOFCTHR）and soil p H，organic matter and nutrients

2.2 中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與土壤HCl-Hg、DTPA-Cd含量的關(guān)系

中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與土壤HCl-Hg和DTPA-Cd含量的關(guān)系見表2擬合方程，其中，Y1、Y2分別為土壤HCl-Hg和DTPA-Cd含量。由表2可知，HCl-Hg和DTPA-Cd含量與中藥渣生物有機(jī)肥施用比例均呈直線負(fù)相關(guān)，施用量每增加1個(gè)百分點(diǎn)，土壤中的HCl-Hg含量平均降低0.12 mg/kg，DTPA-Cd含量平均降低0.02 mg/kg?？梢姡兴幵镉袡C(jī)肥對(duì)土壤HCl-Hg含量的降低作用優(yōu)于對(duì)DTPA-Cd。以上結(jié)果表明，中藥渣生物有機(jī)肥可明顯降低土壤有效態(tài)Hg、Cd含量，進(jìn)而使其生物有效性和遷移能力降低，在一定程度上緩解土壤重金屬的污染狀況，降低了其對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的污染風(fēng)險(xiǎn)。

表2 中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與有效態(tài)Hg、Cd含量的擬合方程Tab.2 Fitted equations of application ratio of BOFCTHR and HCl-Hg and DTPA-Cd

2.3 中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與土壤微生物量碳氮含量的關(guān)系

中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與土壤微生物量碳氮含量的關(guān)系見表3擬合方程，其中，Y1、Y2分別為土壤MBC和MBN含量。由表3可知，土壤MBC含量與中藥渣生物有機(jī)肥施用比例呈直線正相關(guān)，施用量每增加1個(gè)百分點(diǎn)，土壤MBC含量平均增加11.13 mg/kg；土壤MBN含量隨中藥渣生物有機(jī)肥施用比例的提高呈先逐漸增加后降低趨勢(shì)，兩者關(guān)系可用一元二次方程擬合，說明中藥渣生物有機(jī)肥施用比例明顯影響土壤MBN含量，且存在土壤MBN含量最高值。綜合分析土壤MBC和MBN含量可知，施用中藥渣生物有機(jī)肥可有效改善土壤微生物生存環(huán)境，提高土壤微生物量。

表3 中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與土壤MBC、MBN含量的擬合方程Tab.3 Fitted equations of application ratio of BOFCTHR and soil MBC，MBN content

2.4 中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與土壤酶活性的關(guān)系

中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與土壤酶活性的關(guān)系見表4擬合方程，其中，Y1、Y2、Y3分別為土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶活性。由表4可知，3種酶活性與中藥渣生物有機(jī)肥施用比例均呈直線正相關(guān)，施用量每增加1個(gè)百分點(diǎn)，土壤蔗糖酶活性平均提高0.22 mg/（g·d），脲酶活性平均提高0.19 mg/（g·d），過氧化氫酶活性平均提高0.11 mL/g。說明施用中藥渣生物有機(jī)肥可有效提高土壤酶活性，并在一定程度上改善土壤肥力狀況。

表4 中藥渣生物有機(jī)肥施用比例與土壤酶活性的擬合方程Tab.4 Fitted equations of application ratio of BOFCTHR and soil enzyme activity

2.5 土壤養(yǎng)分含量、微生物量碳氮含量、酶活性與有效態(tài)重金屬含量的交互作用

由表5可知，土壤HCl-Hg、DTPA-Cd含量與除土壤MBN含量外的其他測(cè)定指標(biāo)均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。為進(jìn)一步研究土壤有效態(tài)重金屬含量與土壤養(yǎng)分含量、微生物量碳氮含量、酶活性之間的關(guān)系，將土壤HCl-Hg和DTPA-Cd含量分別與其他測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行通徑分析，即將土壤養(yǎng)分含量、微生物量碳氮含量、酶活性與有效態(tài)重金屬含量間的相關(guān)性系數(shù)分為直接和間接2種作用，結(jié)果見表6—7。

表5 土壤養(yǎng)分含量、微生物量碳氮含量、酶活性與有效態(tài)重金屬含量的相關(guān)系數(shù)（n=4）Tab.5 Correlation coefficients between soil nutrients contents，microbial biomasscarbon and nitrogen contents，enzyme activity and HCl-Hg and DTPA-Cd contents（n=4）

數(shù)系定0.265 0.344 0.295決Determination coefficient-0.022酶Catalase氫化活氧性activity-0.973過-0.983-0.963-0.940 activity酶Urease活0.341 0.326 0.330 0.327性活糖Sucrase酶脲activity-0.467-0.478-0.456-0.467分蔗MBN析content MBN含0.154 0.161 0.158量0.146量通徑性MBC含的MBC content-0.388活-0.395 Indirectpathcoefficient-0.378-0.388數(shù)量、酶鉀效量速系含含徑content氮-0.142 AvailableK-0.154-0.136-0.156接碳通量物間磷效量生含、微Available Pcontent有-0.099-0.110-0.094含量全TotalN量content含分氮0.008 0.007 0.007機(jī)Organic養(yǎng)土壤質(zhì)性量matter量與content-0.119含-0.116-0.126 HCl-Hg含pH有-0.092-0.099-0.087 6和表PathanalysisofHCl-Hgandsoilnutrientscontents，microbialbiomasscarbonandnitrogencontents，enzymeactivity間Sumofindirectpath總數(shù)系徑通-1.696-1.703-1.758-1.684接coefficients數(shù)Tab.6接Directpath系經(jīng)通-0.099-0.128 0.008-0.112直coefficient相Correlation數(shù)系關(guān)coefficient-0.978*-0.987*-0.963*-0.953*Item量有AvailableP Organicmatter全TotalNcontent量含量含質(zhì)含磷目機(jī)氮效項(xiàng)pH有content 0.411 0.980-0.481 0.898-1.089 1.831-0.956-0.987-0.937-0.098-0.996 0.331 0.338 0.326-0.098 0.343-0.473-0.482-0.431-0.477-0.479 0.147 0.155-0.089 0.167 0.165-0.394-0.352-0.099-0.394-0.396-0.154-0.131-0.097-0.150-0.149-0.112-0.109-0.093-0.096-0.107-0.106 0.007 0.008 0.007-0.094 0.008 0.008-0.126-0.126-0.117-0.098-0.127-0.126。同下ofindirectpathcoefficients×Directpathcoefficient［17］，thesamebelow.-0.090-0.096-0.087-0.096-0.095-0.097數(shù)［17］。注Note：Determinationcoefficient=Correlationcoefficient×Directpathcoefficient+Sum系徑通接-1.666-1.453-1.815-0.865-2.171-0.837×直和總數(shù)系徑通接-0.156-0.400 0.176-0.482 0.344-0.998+間數(shù)系徑通接-0.969*-0.996**-0.916-0.998**-0.994**-0.998**×直數(shù)系關(guān)蔗Sucraseactivity脲Ureaseactivity=相MBNcontent數(shù)活量系酶速AvailableK含content content量量性活性氫定鉀酶活化效MBC含MBCcontent MBN含糖酶氧Catalase：決過性activity

數(shù)系定0.179 0.155決Determination coefficient-0.237-0.088氫化性氧活activity過-0.975酶Catalase-0.985-0.965-0.942酶Urease 0.421活activity脲0.435 0.416 0.417性酶活糖Sucrase activity 0.038 0.039 0.037 0.038蔗析量Indirectpathcoefficient MBN 0.025 MBN含0.026 0.025 content 0.023徑分量MBC含content通的0.008 0.008 MBC 0.008 0.008活性數(shù)含、酶鉀含效content速AvailableK系量量0.054 0.058 0.051 0.059徑氮碳有AvailableP接間通含量量物磷效生content 0.055 0.061 0.052含、微量含性量分氮content-0.114-0.104-0.096養(yǎng)全TotalN壤土量DTPA-Cd與含質(zhì)機(jī)content Organicmatter 0.141 0.137 0.149 7有pH表PathanalysisofDTPA-Cdandsoilnutrientscontents，microbialbiomasscarbonandnitrogencontents，enzymeactivity-0.126-0.134-0.119徑Sumof數(shù)系通接和-0.347-0.588-0.373-0.463間總indirectpath coefficients數(shù)系經(jīng)Tab.7接Directpath通-0.135 0.151-0.115 0.062直coefficient相Correlation數(shù)系關(guān)coefficient-0.981*-0.980*-0.972*-0.955*Item量量含量含質(zhì)含磷目機(jī)氮效項(xiàng)pH有Organicmatter content全TotalNcontent有AvailableP content-0.084-0.012-0.039-0.058-0.830 0.465-0.958-0.989-0.939-0.993-0.998 0.422 0.432 0.417 0.435 0.438 0.038 0.039 0.035 0.039 0.039 0.023 0.025 0.025 0.027 0.026 0.008 0.007 0.008 0.008 0.008 0.058 0.049 0.058 0.057 0.057 0.062 0.060 0.051 0.060 0.059 0.058-0.100-0.109-0.103-0.109-0.109-0.111 0.149 0.149 0.138 0.150 0.150 0.149-0.123-0.131-0.118-0.131-0.129-0.132-0.479-0.466-0.463-0.497-0.896 0.532 0.059 0.008 0.028 0.039 0.439-1.000-0.952*-0.988*-0.935-0.992**-0.995**-0.997**速AvailableK量性含量量活性氫鉀酶活化性效content MBC含MBCcontent MBN含MBNcontent蔗Sucrase糖activity脲Ureaseactivity酶氧活過酶Catalase activity

根據(jù)表6，從直接通徑系數(shù)可以看出，土壤全氮、MBN含量和脲酶活性對(duì)HCl-Hg含量的影響是正效應(yīng)，而pH值與有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、MBC含量及蔗糖酶、過氧化氫酶活性對(duì)HCl-Hg含量的影響則是負(fù)效應(yīng)。其中，土壤過氧化氫酶活性對(duì)HCl-Hg含量的影響最大（直接通徑系數(shù)為-0.998）。從間接通徑系數(shù)總和（絕對(duì)值）可以看出，10個(gè)指標(biāo)對(duì)HCl-Hg含量的影響均為負(fù)效應(yīng)，其中，土壤脲酶活性對(duì)HCl-Hg含量的影響最大（間接通徑系數(shù)為-2.171），它主要通過過氧化氫酶活性間接影響HCl-Hg含量。由決定系數(shù)（絕對(duì)值）可知，土壤過氧化氫酶活性對(duì)HCl-Hg含量的影響最大（決定系數(shù)為1.831）。

根據(jù)表7，從直接通徑系數(shù)）可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、MBC、MBN含量和蔗糖酶、脲酶活性對(duì)DTPA-Cd含量的影響是正效應(yīng)，而pH值、全氮含量和過氧化氫酶活性對(duì)DTPA-Cd含量的影響則是負(fù)效應(yīng)。其中，土壤過氧化氫酶活性對(duì)DTPA-Cd含量的影響最大（直接通徑系數(shù)為-1.000）。從間接通徑系數(shù)總和（絕對(duì)值）可以看出，除過氧化氫酶活性對(duì)DTPACd含量的影響為正效應(yīng)外，其他指標(biāo)對(duì)DTPA-Cd含量的影響均為負(fù)效應(yīng)，其中，脲酶活性對(duì)DTPA-Cd含量的影響最大（間接通徑系數(shù)為-0.896），它主要通過過氧化氫酶活性間接影響DTPA-Cd含量。由決定系數(shù)（絕對(duì)值）可以看出，土壤脲酶活性對(duì)DTPA-Cd含量的影響最大（決定系數(shù)為-0.830）。

3 結(jié)論與討論

3.1 中藥渣生物有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

生物有機(jī)肥是作物秸稈、畜禽糞便等有機(jī)廢棄物在多功能發(fā)酵菌劑的作用下，經(jīng)過腐熟加工后制得的一種含有多功能微生物菌的生物肥料[18]。研究表明，施用生物有機(jī)肥能有效增加土壤養(yǎng)分含量，提高土壤肥力水平[19-20]。孔濤等[11]研究表明，施用生物有機(jī)肥能夠顯著提高潮棕壤有機(jī)質(zhì)、總氮磷鉀和速效氮磷鉀含量；郭碧林等[6]研究表明，施用生物有機(jī)肥可以提高紅壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷含量。本研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，施用中藥渣生物有機(jī)肥可有效提高Hg-Cd復(fù)合污染土壤pH值和土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷及速效鉀含量，且隨施用比例增加而提高。這可能是腐熟后的中藥渣生物有機(jī)肥含有較高的有機(jī)質(zhì)，這些有機(jī)質(zhì)施入土壤后難以在短期內(nèi)被迅速分解而積累；同時(shí)生物有機(jī)肥含有的大量有益微生物在進(jìn)入土壤后進(jìn)行大量繁殖，并作用于土壤進(jìn)而釋放更多的有機(jī)物質(zhì)，以上這些作用均可使土壤有機(jī)質(zhì)含量升高[8]。生物有機(jī)肥的施用可促使土壤不斷釋放出遲效態(tài)N、P、K，減緩?fù)寥廊坝行B(tài)N、P、K的消耗，從而使土壤全氮、有效磷、速效鉀含量升高[21]。此外，本研究所用的中藥渣生物有機(jī)肥是一種偏堿性（pH值7.24）肥料，能中和土壤中的H+離子，對(duì)土壤酸堿度有一定的緩沖作用；同時(shí)，生物有機(jī)肥中的有益微生物能夠分泌產(chǎn)生多種氨基酸物質(zhì)，其兩性電解質(zhì)性質(zhì)對(duì)土壤酸堿性也有一定緩沖作用[22]，這些作用均有利于土壤pH值升高。

3.2 中藥渣生物有機(jī)肥對(duì)HCl-Hg和DTPA-Cd含量的影響

一般認(rèn)為，生物有機(jī)肥可有效鈍化土壤重金屬[23]。羅春巖等[23]研究表明，施用有機(jī)肥可以有效降低紅壤中EDTA提取態(tài)鉛、銅含量。TIAN等[24]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物有機(jī)肥可有效降低土壤重金屬在植物根系中的積累，且土壤重金屬濃度越高，效果越明顯。本研究結(jié)果表明，施用中藥渣生物有機(jī)肥可有效降低土壤中的HCl-Hg和DTPA-Cd含量，這可能與施用中藥渣生物有機(jī)肥改善了土壤理化性狀有關(guān)。本研究中，施用中藥渣生物有機(jī)肥提高了土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量，而pH值作為土壤中沉淀-溶解、吸附-解吸等反應(yīng)的重要影響因子，是控制重金屬在土壤中的生物有效性與遷移能力的重要影響因素[25]，較高的土壤pH值會(huì)明顯抑制土壤中黏土礦物與水合氧化物對(duì)有機(jī)質(zhì)表面H+的競(jìng)爭(zhēng)作用，增加氧化物表面的負(fù)電荷數(shù)量，增強(qiáng)重金屬的固相吸附能力[6]；有機(jī)質(zhì)中含有羧基、羥基、羰基和甲氧基等活性功能團(tuán)，這些活性功能團(tuán)促使它們與金屬離子和金屬水合氧化物發(fā)生絡(luò)合或螯合反應(yīng)，生成較穩(wěn)定的金屬絡(luò)合物或螯合物[26]；此外，中藥渣生物有機(jī)肥含有大量的有益微生物，對(duì)土壤重金屬離子有很強(qiáng)的吸附、螯合作用[27]。以上這些作用均可促進(jìn)重金屬由活性較高的可交換態(tài)或水溶態(tài)向活性較低的形態(tài)轉(zhuǎn)化，降低其有效態(tài)含量，進(jìn)而降低重金屬的生物有效性和遷移能力。

3.3 中藥渣生物有機(jī)肥對(duì)土壤微生物量碳氮含量的影響

土壤微生物量碳氮可直接或間接反映土壤肥力的變化。趙輝等[28]研究結(jié)果表明，低水平Cd（≤2.0 mg/kg）可顯著增加菜地土壤MBC含量；韓桂琪等[29]通過土培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤微生物量碳氮含量的高低與重金屬濃度有關(guān)，低濃度Cd、Zn、Cu和Pb可促進(jìn)土壤微生物量碳氮含量的增加，高濃度則會(huì)抑制。可見，土壤重金屬污染程度是影響土壤微生物量的主要影響因素。本研究中，施用中藥渣生物有機(jī)肥可增加黃壤MBC和MBN含量，其中，土壤MBC含量隨施用比例的增加而顯著提高，土壤MBN含量則隨著施用比例的增加呈先逐漸增加后降低的趨勢(shì)，這與郭碧林等[17]、田小明等[30]的研究結(jié)果相似。究其原因，中藥渣生物有機(jī)肥含有豐富的有機(jī)物質(zhì)和氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，可以為土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖提供充足的碳源和氮源，促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育，增加其豐度[7,31]；同時(shí)，生物有機(jī)肥含有的多種羥基、羧基等官能團(tuán)可有效吸附、固定重金屬，降低其在土壤中的生物有效性及遷移能力，減輕重金屬對(duì)土壤微生物的毒害作用，改善土壤微環(huán)境，促進(jìn)微生物生長(zhǎng)繁殖，提高土壤微生物的生物量[18]。黃壤MBC含量隨著施用比例增加而顯著提高則可能是因?yàn)?，施用比例越高，土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，而有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤對(duì)微生物的緩沖能力較強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致土壤微生物量較高[31]。而土壤MBN含量隨著施用比例增加呈先增加后降低的趨勢(shì)則可能是因?yàn)橥寥繫BN含量對(duì)土壤環(huán)境的變化影響較為敏感[19]。

3.4 中藥渣生物有機(jī)肥對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤組分中最為活躍的有機(jī)成分之一，直接影響著土壤中各類代謝過程，可以作為評(píng)價(jià)土壤肥力和土壤污染狀況的重要指標(biāo)[32]。研究表明，生物有機(jī)肥可通過改變土壤理化性質(zhì)、微生物活性等影響土壤酶活性[11]。宋以玲等[31]研究表明，增施生物有機(jī)肥可改善土壤微生物群落的數(shù)量和結(jié)構(gòu)，提高土壤酶活性。曹群等[33]研究表明，施用生物有機(jī)肥可顯著提高土壤水解酶和氧化還原酶活性。本研究結(jié)果表明，施用中藥渣生物有機(jī)肥可提高土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶活性，且土壤酶活性均隨著施用比例的增加而增加，這與以上研究結(jié)果相符。究其原因，可能與土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的升高有關(guān)，有機(jī)質(zhì)作為蔗糖酶的底物能夠誘導(dǎo)土壤酶活性的提高，同時(shí)也可促進(jìn)土壤過氧化氫酶活性提高[11]；而脲酶與土壤氮循環(huán)密切相關(guān)，能夠?qū)⒛蛩胤纸鉃榘焙投趸?，土壤中高含量的氮素可大幅度激活土壤脲酶活性，從而?dǎo)致土壤脲酶活性明顯提高[16]，而以上這種作用均隨施用比例增加更加明顯。另外，重金屬對(duì)土壤酶活性的影響很大程度上受污染程度的影響，施用中藥渣生物有機(jī)肥可降低土壤有效態(tài)Hg、Cd含量，促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖，增加微生物體內(nèi)酶的合成和分泌，進(jìn)而提高土壤酶活性；同時(shí)，土壤酶作為一類特殊的蛋白質(zhì)，可以與作為輔基的重金屬離子進(jìn)行配位結(jié)合，使酶分子與其活性中心之間保持一定的專性結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變酶促反應(yīng)的平衡性質(zhì)及酶蛋白的表面電荷，提高土壤酶活性[34]。

綜上，土壤pH值，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量，過氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶活性均與中藥渣生物有機(jī)肥施用比例呈直線正相關(guān)；土壤HCl-Hg和DTPA-Cd含量與施用比例呈直線負(fù)相關(guān)；施用中藥渣生物有機(jī)肥可明顯提高土壤MBC和MBN含量，其中土壤MBC含量與施用比例呈直線正相關(guān)，土壤MBN含量隨著施用比例增加呈先逐漸增加后降低的趨勢(shì)。相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤HCl-Hg和DTPA-Cd含量與除土壤MBN含量外其他測(cè)定指標(biāo)均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；通徑分析結(jié)果表明，土壤過氧化氫酶活性對(duì)HCl-Hg含量的影響最大，土壤脲酶活性對(duì)DTPACd含量的影響最大。