酸性土壤上伴礦景天鋁毒的緩解技術(shù)研究①

董 蓓，周嘉文，詹 娟，程新峰，周 通，王雨陽，周守標(biāo)，吳龍華

酸性土壤上伴礦景天鋁毒的緩解技術(shù)研究①

董 蓓1，周嘉文2 *，詹 娟2，程新峰1，周 通2，王雨陽2，周守標(biāo)1，吳龍華2

(1 安徽師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，安徽蕪湖 241002；2 中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點實驗室(南京土壤研究所)，南京 210008)

為緩解酸性土壤上鋁(Al)毒對重金屬污染超積累植物生長及重金屬吸收的抑制作用，利用水培和盆栽試驗比較了不同措施對鎘(Cd)超積累植物伴礦景天的Al脅迫緩解作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①在水培條件下，鋅添加促進了Al脅迫下伴礦景天根表Cd2+吸收速率，而添加氯化鈣或檸檬酸沒有顯著的作用；②在盆栽試驗條件下，添加石灰處理顯著提高了土壤pH，促進了伴礦景天生長和地上部對Cd的吸收，但添加生物質(zhì)炭或檸檬酸沒有顯著緩解Al毒對伴礦景天生長和Cd吸收的抑制，添加檸檬酸反而加劇了土壤酸化，提高了土壤Al的活性；③在伴礦景天與蕎麥間作條件下，其一定程度上降低了土壤的Al活性，在合適的種植密度下并未顯著影響伴礦景天單株地上部Cd吸收量。綜上，酸性土壤上耐Al作物與修復(fù)植物間作結(jié)合添加改良劑調(diào)控Al毒，能夠不顯著降低土壤Cd的有效性和修復(fù)植物的Cd吸收，進而實現(xiàn)污染土壤的邊生產(chǎn)邊修復(fù)。

鋁毒；伴礦景天；石灰；生物質(zhì)炭；蕎麥間作

近20年來，工業(yè)廢棄物的不合理排放以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥農(nóng)藥的大量使用導(dǎo)致我國耕地土壤重金屬污染嚴(yán)重，以鎘(Cd)污染程度最高、污染面積最廣。我國南方由于工業(yè)發(fā)達、采礦冶煉活動密集，區(qū)域土壤Cd污染問題尤為嚴(yán)重?！坝猩饘僦l(xiāng)”湖南省某礦區(qū)周邊的農(nóng)田土壤Cd含量超標(biāo)達數(shù)十倍[1]。Cd污染農(nóng)田土壤的修復(fù)對于保障土壤環(huán)境質(zhì)量和糧食安全具有重要意義。超積累植物吸取修復(fù)技術(shù)具有綠色、經(jīng)濟、不破壞土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，如伴礦景天()地上部對Cd具有超強積累能力，在大面積去除污染農(nóng)田中過量Cd方面具有良好的推廣與應(yīng)用前景[2]。研究表明，伴礦景天適宜修復(fù)全Cd含量不超過5 mg/kg的酸性土壤[3]。

我國Cd污染問題嚴(yán)重的南方紅壤地區(qū)，同時是酸性土壤的主要分布區(qū)域，存在諸多影響植物生長的障礙因子，其中，鋁(Al)毒是抑制作物生長的重要因子[4]，特別是在pH<5的土壤中。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，浙江省紅壤地區(qū)交換態(tài)Al平均含量達1.56 cmol/kg[5]，而普通作物生長在交換態(tài)Al含量>0.67 cmol/kg的土壤上就可能出現(xiàn)Al毒癥狀[6-7]。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，過量Al顯著抑制了伴礦景天生長和根表Cd2+吸收速率，進而降低了地上部Cd積累量[8]。如何采用有效措施緩解酸性土壤Al毒害作用，是保障超積累植物在酸性土壤上正常生長和Cd高效去除的關(guān)鍵。

酸性土壤的改良通常以提高土壤pH為主。施用石灰是簡單有效的傳統(tǒng)方法之一，但存在運輸成本較高，易造成土壤板結(jié)、返酸等問題，且重金屬鈍化不利于植物吸收去除[9-10]。有機酸能絡(luò)合土壤中游離的Al3+，降低Al毒性，從而有效緩解Al毒對作物生長發(fā)育的抑制作用[11-12]。近年來，一些新型的酸性土壤改良劑如工業(yè)副產(chǎn)品、生物質(zhì)炭等不斷出現(xiàn)，均展現(xiàn)出較好的改良效果[13-15]。生物質(zhì)炭因其獨特的理化性質(zhì)(堿性、吸附性能好、養(yǎng)分豐富等)和環(huán)境生態(tài)功能(保水、保肥、固碳等)逐漸被廣泛應(yīng)用于酸性土壤的改良[9,16]。錢林波[17]研究發(fā)現(xiàn)，酸性土壤上添加水稻秸稈生物質(zhì)炭可通過吸附作用改變Al形態(tài)以顯著降低土壤交換性Al，減少Al向植物體內(nèi)的遷移。此外，農(nóng)藝措施如超積累植物與農(nóng)作物間(套)作也常被用來聯(lián)合修復(fù)污染土壤，以實現(xiàn)邊生產(chǎn)邊修復(fù)的目的。蕎麥(Moench)作為一種典型的耐鋁作物，其根系能分泌有機物質(zhì)(如麥根酸類物質(zhì))絡(luò)合Al從而降低其有效性[18]。蕎麥和伴礦景天間作是否能有效緩解酸性土壤Al毒？值得深入研究。因此，本論文擬采用不同緩解措施(添加有機酸、石灰、生物質(zhì)炭以及Al耐性植物與伴礦景天間作)，比較Al脅迫下伴礦景天在短期水培和長期土培條件下Cd吸收的變化，以期探索能維持伴礦景天正常生長和植物高效吸收Cd的Al毒緩解措施。

1 材料與方法

1.1 鋁毒緩解試劑的短期水培試驗

伴礦景天材料為中國科學(xué)院植物研究所提供的組培苗，將其修剪整齊后先用自來水培養(yǎng)一周，再用pH 5.80的1/4 Hoagland營養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)一周。植物生長條件為自然光照，溫度為25℃(白天)/15 ℃(夜晚)。待伴礦景天生根后，挑選長勢良好、大小一致的苗，用于鋁毒緩解的水培試驗。

每個處理挑選8株大小基本一致的伴礦景天苗轉(zhuǎn)移至裝有0.8 L 1/4 Hoagland營養(yǎng)液的塑料容器中，營養(yǎng)液Cd濃度設(shè)置為50 μmol/L，添加形式為CdCl2。添加不同試劑(2 mmol/L CaCl2、200 μmol/L檸檬酸、50和500 μmol/L ZnCl2)，測定伴礦景天根表Cd2+的流速變化?？紤]到添加CaCl2或ZnCl2后，溶液離子強度發(fā)生變化或者Cl?可能影響伴礦景天Cd吸收，設(shè)置添加4 mmol/L NaCl試劑的處理。前期預(yù)試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，pH 5.00、Al 200 μmol/L處理下伴礦景天根表Cd2+流速與不添加Al的對照處理相比無顯著變化，因此在整個試驗期間選擇了更低的溶液pH(4.00)。為考察不同試劑添加后Al毒脅迫的緩解效果，其中CaCl2、檸檬酸、NaCl試劑處理組設(shè)置為：①不加Al + 不加試劑；②不加Al + 添加試劑(CaCl2、檸檬酸、NaCl)；③200 μmol/L Al + 不添加試劑；④200 μmol/L Al + 添加試劑(CaCl2、檸檬酸、NaCl)，而ZnCl2試劑處理組設(shè)置為：①不加Al +加不同含量ZnCl2(50和500 μmol/L)；②200 μmol/L Al +添加不同含量ZnCl2(50和500 μmol/L)。使用Cd選擇性微電極結(jié)合掃描離子選擇性電極(BIO-001A, Younger)測定處理48 h后伴礦景天根表Cd2+流速。根表Cd2+流速的具體測定方法見Li等[19]的論文，簡述如下：處理48 h后，挑選每棵伴礦景天植株的一條主根，用硬幣固定在皮氏培養(yǎng)皿中央，平衡30 min，培養(yǎng)皿中裝有40 ml測試溶液(50 μmol/LCdCl2，0.1 mmol/L CaCl2、MgCl2和KCl以及1 mmol/L NaCl，pH 4.00)，然后在伴礦景天根表吸收Cd2+速率最大的地方記錄Cd2+凈流數(shù)據(jù)3 min，取平均值。每組處理有效測量總數(shù)至少為8。

1.2 添加不同鋁毒改良試劑的土培試驗

供試土壤為采自江西省貴溪市的紅壤，系統(tǒng)分類名稱為濕潤鐵鋁土，成土母質(zhì)為紅砂巖性的河流沖積物。土壤pH為3.84，陽離子交換量(CEC)為6.28 cmol/kg，有機碳含量(SOC)為3.87 g/kg，全Cd含量為27.9 mg/kg，交換態(tài)Al含量為2.41 cmol/kg。改良材料為生石灰、檸檬酸、生物質(zhì)炭(水稻秸稈炭pH 7.32，玉米秸稈炭pH 8.90)。將改良劑加入土壤中預(yù)培養(yǎng)一周后用于盆栽試驗。試驗共5個處理，分別為：不施用改良材料的對照、施用生石灰(5 g/kg)、施用檸檬酸(4.63 g/kg，與土壤交換態(tài)Al含量摩爾比

1∶1)、施用2%(/)水稻秸稈生物質(zhì)炭和施用2%(/)玉米秸稈生物質(zhì)炭，生物質(zhì)炭過60目篩后施入土壤混勻，每個處理4次重復(fù)。每盆裝1.5 kg(烘干基)土壤，扦插伴礦景天枝條4株(植株苗采自廣東仁化試驗基地)。伴礦景天生長期間保持自然光照，溫度20 ～ 25 ℃(白天)和10 ～ 15 ℃(夜晚)，土壤含水量維持約70% 田間持水量。種植伴礦景天苗后2周左右追肥一次，施肥量N 100 mg/kg (以尿素形式)，P 50 mg/kg (以KH2PO4形式)。伴礦景天培養(yǎng)約240 d后，收獲植株地上部，分析重金屬含量。

1.3 鋁毒緩解農(nóng)藝措施：伴礦景天與蕎麥間作

供試土壤為浙江省杭州市郊區(qū)某鉛鋅礦區(qū)表層污染土壤(0 ～ 20 cm)，土壤類型為濕潤富鐵土，土壤pH為4.89，SOC含量為26.7 g/kg，全Cd含量為3.24 mg/kg，交換態(tài)Al含量為0.83 cmol/kg(添加AlCl3并老化兩周后測得)。伴礦景天扦插苗采自廣東省仁化試驗基地，蕎麥品種為江西蕎麥(Moench. cv Jiangxi，耐Al型)。試驗設(shè)置4個處理：伴礦景天單作(JT，6株)、蕎麥單作(QM，6株)、伴礦景天與蕎麥1∶1間作(J+Q1，3株伴礦景天+3株蕎麥)和伴礦景天與蕎麥2∶1間作(J+Q2，4株伴礦景天+2株蕎麥)，每個處理重復(fù)4次。每盆裝土2.5 kg，試驗管理同1.2土培試驗。

1.4 土壤和植物樣品分析

土壤樣品(約0.100 0 g)加入5 ml濃HNO3和5 ml HCl，植物樣品(約0.200 0 g)加入6 ml濃HNO3和2 ml H2O2，然后105 ℃高壓消解7 h。消解液中的Cd用火焰或石墨爐原子吸收分光光度法測定，Al用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-AES)測定。土壤交換Al采用1 mol/L KCl提取(土水質(zhì)量比1∶10)，NaOH滴定法測定。土壤有效Cd采用0.01 mol/L CaCl2提取(土水質(zhì)量比1∶10)，ICP-AES測定。采用抖根法取試驗1.3的根際土壤，水提后用碳氮分析儀(Multi N/C 3100)測定溶解性有機碳(DOC)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 13和 SPSS 21.0進行處理、統(tǒng)計分析和制圖，不同處理間均值比較通過單因素方差分析(ANOVA)實現(xiàn)，差異顯著性檢測采用最小顯著差異法(LSD)，顯著性水平設(shè)置為5%。

2 結(jié)果與分析

2.1 水培條件下不同試劑對伴礦景天根表鎘離子流速的影響

如圖1所示，在距離根尖200 μm處伴礦景天根表Cd2+吸收速率達最大值，之后隨著與根尖距離的增大，Cd2+的吸收速率逐漸減小，甚至在1 000 μm處開始出現(xiàn)外排。因此，在比較Al脅迫條件下不同試劑添加對伴礦景天根表Cd2+流速的影響時，選擇測定距根尖200 μm處的Cd2+流速。

(流速數(shù)值為負(fù)值表示吸收，正值表示外排；下同)

與不添加Al處理相比，添加Al顯著抑制伴礦景天根表Cd2+吸收速率(圖2)。如，與不加Al + 不加試劑的對照處理相比，200 μmol/L Al + 不加試劑的處理48 h使根表Cd2+的吸收速率降低了38.8% ～ 81.6%。與對照處理(Al0, Ca0)相比，加入2 mmol/L的CaCl2顯著抑制了Cd2+的吸收，甚至在Al脅迫情況下加入CaCl2伴礦景天根系Cd2+流由吸收變?yōu)橥馀?圖2A)。在不加Al處理下，高Zn(500 μmol/L)處理與低Zn(50 μmol/L)處理相比其導(dǎo)致Cd2+吸收速率下降，但是在Al脅迫下高Zn處理下根表Cd2+吸收速率比低Zn處理高(圖2B)。無論Al添加與否，加入檸檬酸并未顯著改變Cd2+吸收速率(圖2C)。在不添加Al情況下，加入NaCl時根表Cd2+吸收速率下降，可能是Na+與Cd2+存在競爭或者Cl?有抑制作用，但是在Al脅迫下加入NaCl后根表Cd2+吸收速率有所上升，可以排除Cl?的抑制作用(圖2D)。

2.2 土培條件下不同改良劑對伴礦景天生長和鎘吸收的影響

與對照相比，添加生物質(zhì)炭的兩個處理土壤pH略有升高，而添加石灰則大幅提高了土壤pH，pH上升約2個單位(表1)；相反，添加檸檬酸處理加劇了土壤酸化。添加石灰使土壤Al活性與Cd有效性大大降低，而添加檸檬酸使土壤交換Al含量提高約1倍，添加生物質(zhì)炭的兩個處理則小幅度降低了土壤交換Al和有效Cd含量。

(圖中誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤，n = 8。Al 200表示200 μmol/L AlCl3；Ca 2表示2 mmol/L CaCl2；Zn 50表示50 μmol/L ZnCl2；Zn 500表示500 μmol/L ZnCl2；Ct 200表示200 μmol/L 檸檬酸；NaCl 4表示4 mmol/L NaCl。不同的小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平顯著；下同)

表1 添加不同改良材料土壤pH、交換Al和有效Cd含量變化

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(=4)；ND表示未測出；同列不同小寫字母表示不同處理間差異在<0.05水平顯著。

如表2所示，對照處理土壤Al毒害嚴(yán)重，種植的伴礦景天幾乎停滯生長(剛種植時種苗生物量為0.18 g/株)，而添加檸檬酸并未改善Al毒害癥狀，伴礦景天生長和地上部Cd吸收狀況甚至更差。添加生物質(zhì)炭的兩個處理一定程度上緩解了鋁毒，伴礦景天地上部生物量和Cd吸收量有所增加，其中玉米秸稈生物質(zhì)炭的效果稍優(yōu)于水稻秸稈生物質(zhì)炭。施用生石灰的改良效果最好，伴礦景天生長正常，地上部Cd吸收量約為對照處理的50倍。

表2 盆栽試驗添加不同改良材料對伴礦景天生長和鎘吸收的影響

2.3 伴礦景天與蕎麥間作對鋁毒的緩解效果

單一種植伴礦景天的土壤pH最低，而種植蕎麥一定程度上提高了土壤pH(表3)。與單一種植伴礦景天處理相比，單一種植蕎麥處理下土壤pH提高了0.14個單位。不同種植措施下土壤交換Al含量的變化趨勢與土壤pH恰好相反，種植蕎麥處理(包括蕎麥單作與2個間作處理)都一定程度上降低土壤交換Al含量。值得注意的是，種植蕎麥雖然提高了土壤pH，卻未顯著影響土壤Cd的有效性。此外，各處理間根際土壤的DOC含量變化不一，種植蕎麥并未增加根際土壤的DOC含量。

表3 不同種植方式對土壤性質(zhì)的影響

注：JT表示伴礦景天單作，QM表示蕎麥單作，J+Q1表示伴礦景天與蕎麥間作密度1∶1，J+Q2表示伴礦景天與蕎麥間作密度2∶1；下同。

表4列出了不同種植措施對植物生長和金屬吸收的影響?？梢钥闯?，與單作相比，伴礦景天與蕎麥間作情況下單株生物量降低，其中，與JT處理相比，J+Q1處理下伴礦景天單株生物量顯著降低了50%，可能與蕎麥植株體型較大遮陰有關(guān)。相反，間作處理中蕎麥單株生物量與單作相比顯著增加。從地上部金屬含量看，伴礦景天地上部Cd含量顯著高于蕎麥，而蕎麥Al含量顯著高于伴礦景天。間作時，伴礦景天地上部Al含量較單作有所上升而Cd總吸收量降低。但比較伴礦景天單株Cd吸收量，J+Q2處理與單作相比并無顯著降低。從伴礦景天單株Al吸收量看，J+Q1處理伴礦景天對Al的吸收有所下降，而J+Q2處理反而有所上升。

表4 不同種植方式對伴礦景天生長和金屬含量與吸收量的影響

植物總Cd吸收量指的是蕎麥和伴礦景天所有植株疊加的Cd吸收量(圖3)。由于蕎麥單株Cd吸收量遠(yuǎn)低于伴礦景天，伴礦景天單作處理植物總Cd吸收量顯著高于其他間作處理。但值得注意的是，當(dāng)蕎麥與伴礦景天以1∶2間作時，植物總Cd吸收量與伴礦景天單作相比下降幅度并不是很大。

3 討論

酸性土壤中高活性Al顯著影響超積累植物生長和重金屬吸收去除。本研究中，與不添加Al的對照處理相比，Al脅迫下伴礦景天根表Cd2+吸收速率受到顯著抑制。前人研究發(fā)現(xiàn)，正常生長的植物其葉片中Al含量一般不超過200 mg/kg[20-21]，而本課題組之前的水培試驗發(fā)現(xiàn)，伴礦景天葉片Al含量在100 mg/kg左右就會出現(xiàn)Al毒癥狀[8]，表明伴礦景天可能比普通作物對Al更為敏感。在本試驗1.3中，無論是單作還是間作，伴礦景天地上部Al含量均超過200 mg/kg，這說明修復(fù)植物可能遭受了Al毒害；試驗中伴礦景天單株生物量平均值為0.36 g，而本課題組之前在未添加Al的相同土壤上盆栽試驗獲得的單株生物量為2.54 g，這進一步說明伴礦景天在供試土壤上受到了嚴(yán)重的Al毒害，生長明顯被抑制。

由于伴礦景天對Al的敏感性，實際修復(fù)過程中酸性土壤Al毒的緩解問題應(yīng)格外引起重視。常用的Al毒緩解方式可分為兩類：①提高土壤pH，降低Al活性，如施用石灰；②改變土壤Al形態(tài)，降低其毒性，如添加有機酸。本試驗1.2中，施用石灰緩解鋁毒的效果最好，不僅緩解了伴礦景天的生長抑制，還顯著提高了伴礦景天地上部Cd含量(表2)。一方面，施用石灰可以中和土壤酸度，降低Al活性，促進植物生長[22]；另一方面，石灰中的鈣(Ca)可能通過離子競爭作用抑制根系A(chǔ)l的吸收。李其星[23]發(fā)現(xiàn)，2 mmol/L CaCl2處理的黑麥草(L.)根尖Al的含量與對照相比減少了68.0%；Chen等[24]發(fā)現(xiàn)，Al脅迫下加入5 mmol/L CaCl2顯著降低了擬南芥體內(nèi)Al含量，增大了其葉面積。但是本研究水培體系中，添加CaCl2短期(48 h)并未緩解Al脅迫對根表Cd2+吸收速率的抑制，相反根尖Cd2+流向由吸收變?yōu)橥馀?。這也間接說明石灰對Al的緩解作用主要體現(xiàn)在提高土壤pH而不是Ca的作用。Ca與Cd存在競爭吸收，高濃度Ca2+或者Ca2+通道阻滯劑處理會顯著抑制伴礦景天根系Cd的吸收和轉(zhuǎn)運[19]。因此，施用石灰緩解Al毒時需注意石灰用量，充分考慮Ca與Cd競爭吸收以及pH提高對Cd鈍化效應(yīng)的影響，將土壤調(diào)至合適pH(pH 5.0 ～ 5.5)。與石灰作用相似，添加生物質(zhì)炭也能提高土壤pH降低Al活性。此外，生物質(zhì)炭還可以通過吸附作用固定土壤中的活性Al。在試驗1.2中，添加生物質(zhì)炭顯著提高了土壤pH，降低了交換Al含量(表1)，同時對土壤Cd的有效性降低幅度不大，一定程度上促進了伴礦景天生長與Cd吸收。但與石灰處理相比，其緩解Al毒、促進伴礦景天Cd吸收的效果并不理想，同時考慮土壤改良的成本，生物質(zhì)炭(本研究用量為2%)的選擇需要謹(jǐn)慎。

圖3 伴礦景天與蕎麥間作盆栽試驗下不同種植處理植物總Cd吸收量

土壤中添加有機酸如檸檬酸、草酸等能夠與游離態(tài)Al形成絡(luò)合物，降低Al的活性，從而緩解Al毒對植物生長的抑制作用。與諸多研究結(jié)果[25-26]不一致的是，本研究水培或者土培條件下添加檸檬酸對Al毒的緩解效果都不明顯，甚至造成了土壤的進一步酸化，這可能與檸檬酸的用量和檸檬酸形態(tài)有關(guān)。有研究指出，低濃度有機酸對鋁毒有較好的緩解作用，高濃度反而不利于植物生長[27-28]。Prijambada和Proklamasiningsih[25]發(fā)現(xiàn)檸檬酸與土壤交換Al的摩爾比為1∶1，蘋果酸和乳酸與交換Al的摩爾比為1∶2時改良效果較好。此外，檸檬酸是微生物的碳源，易被礦化，所以檸檬酸的施用時間和施用方式(拌土或者土表噴施)也是影響改良效果的重要因素。

耐Al作物根系能夠分泌有機酸等多種化合物，降低根際土壤Al的活性以及Al向植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移。因此，超積累植物與耐Al作物間(套)作是一種經(jīng)濟生態(tài)的緩解修復(fù)植物Al毒脅迫的方式，有助于實現(xiàn)生產(chǎn)資源的充分利用，達到邊生產(chǎn)邊修復(fù)的目的。本試驗1.3的結(jié)果表明，伴礦景天與蕎麥間作提高了土壤pH，也一定程度上降低了土壤交換態(tài)Al含量，說明間作蕎麥能夠降低土壤Al的活性。通過分析根際土壤DOC，其含量在種植蕎麥的情況下與種植伴礦景天相比并未升高。推測伴礦景天作為超積累植物，為促進土壤固相重金屬的釋放，同樣具有很強的根系分泌活性。但兩種植物根系分泌物組成和功能可能存在很大差異以實現(xiàn)對金屬活性不同的影響，這需要進一步分析明確。間作蕎麥降低了伴礦景天的單株生物量，間作蕎麥不利于伴礦景天生長的原因一方面可能是蕎麥根系發(fā)達，與伴礦景天競爭有效養(yǎng)分，另一方面是蕎麥植株體型較大遮擋部分光照使伴礦景天生物量降低。但間作條件下，J+Q2處理伴礦景天單株地上部Cd吸收量與對照相比并未降低，表明在適宜的間作種植密度下伴礦景天的Cd吸收不會因間作蕎麥影響伴礦景天生長而降低。因此，控制間作種植密度以及采用合適措施促進伴礦景天生長是緩解Al毒癥狀和維持植物高效Cd吸收的關(guān)鍵。

值得注意的是，在本試驗1.1中發(fā)現(xiàn)，Al脅迫下加入高濃度的Zn能夠促進根表Cd2+的吸收，表明Zn在緩解伴礦景天Al毒對Cd的吸收抑制方面發(fā)揮著一定的作用。Zn是抗氧化酶Cu/Zn-SOD的重要組成部分，供應(yīng)更多的Zn可能有助于提高植物抗氧化酶體系的活性，有效清除Al脅迫下產(chǎn)生的氧自由基[29]，但是具體的機制需要進一步探究。

4 結(jié)論

在土培條件下，添加生物質(zhì)炭一定程度上能提高土壤pH和促進伴礦景天生長，但成本較高；水培或者土培條件下，添加檸檬酸均未緩解土壤Al毒，反而使土壤進一步酸化，需要謹(jǐn)慎考慮。短期培養(yǎng)過程中營養(yǎng)液中提高Zn濃度，能夠提高Al脅迫下根表Cd2+的吸收速率；而土壤中添加石灰顯著提高了土壤pH，從而顯著提高了伴礦景天的生物量和地上部Cd含量。間作耐Al作物蕎麥的農(nóng)藝措施一定程度上能提高土壤pH，降低交換Al含量，在適宜的間作種植密度下并不會影響伴礦景天單株Cd的吸收量，具有實現(xiàn)邊生產(chǎn)邊修復(fù)的前景。

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Alleviating Aluminum Toxicity to Cadmium Hyperaccumulatorin Acid Soils

DONG Bei1, ZHOU Jiawen2 *, ZHAN Juan2, CHENG Xinfeng1, ZHOU Tong2, WANG Yuyang2, ZHOU Shoubiao1, WU Longhua2

(1 School of Ecology and Environment, Anhui Normal University, Wuhu, Anhui 241002, China; 2 CAS Key Laboratory of Soil Environment and Pollution Remediation, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

To alleviate aluminum (Al) toxicity to the normal growth and efficient metal removal by hyperaccumulators in acid soils, the efficiencies of different strategies to relieve Al stress on cadmium (Cd) hyperaccumulatorwere compared. The results show that in the hydroponic experiment, Zn addition significantly enhances root Cd2+uptake rate byunder Al stress while adding CaCl2or citric acid to solution has no significant effect on root Cd2+uptake. In the pot experiment, adding lime significantly increases soil pH, and enhances the growth and shoot Cd uptake of the hyperaccumulating plant. However, adding rice or maize biochars, or citric acid in soil does not significantly alleviate the inhibition of plant growth and Cd uptake raised by Al stress. In contrast, adding citric acid aggravates soil acidification. Agricultural strategy of intercropping withand buckwheat was also used to alleviate Al stress, which decreases soil Al activity to some extent and does not significantly affect shoot Cd uptake per plant bywith appropriate planting density. Above all, using a combined strategy of intercropping with the hyperaccumulator and Al-tolerant crop with the application of soil amendment to alleviate Al toxicity will not significantly decrease soil Cd availability and plant Cd uptake, thus can realize remediation and crop production simultaneously in Al-stressed soils.

Aluminum toxicity;; Lime; Biochar; Intercropping with buckwheat

X53

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.06.019

董蓓,周嘉文, 詹娟, 等. 酸性土壤上伴礦景天鋁毒的緩解技術(shù)研究. 土壤, 2022, 54(6): 1240–1246.

國家自然科學(xué)基金重大項目(41991334)資助。

通訊作者(jwzhou@issas.ac.cn)

董蓓(1992—)，女，江蘇徐州人，碩士研究生，主要從事土壤重金屬污染與修復(fù)研究。E-mail: d3664234@163.com