復(fù)合菌和雞糞生物炭對鎳和鎘污染土壤的修復(fù)效果研究

楊昳，陳元暉，張春燕，張羽，李明堂

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長春 130118）

重金屬污染土壤的治理修復(fù)一直是農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)，在碳達(dá)峰和碳中和背景下，研發(fā)低碳綠色修復(fù)技術(shù)對解決目前重金屬污染土壤治理修復(fù)中存在的問題，保障農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)安全和糧食安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。環(huán)境中存在著一類可通過自身的生產(chǎn)代謝過程誘導(dǎo)形成重金屬碳酸鹽沉淀的微生物，利用此類微生物能促進(jìn)重金屬形態(tài)的轉(zhuǎn)化，對土壤中的重金屬起到固定作用，并且可參與重金屬污染土壤的微生態(tài)調(diào)控，因此近幾年在重金屬污染土壤修復(fù)方面越來越受到人們的重視，但此類微生物在土壤中往往缺乏競爭力，且對重金屬的固定效果易受到土壤酸化的影響，因此提高微生物在土壤中的生存競爭力、增強(qiáng)微生物的修復(fù)效果已成為在實(shí)際應(yīng)用中需要迫切解決的問題。生物炭具有比表面積較大、孔隙結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)豐富、吸附性較強(qiáng)等特點(diǎn)，不僅能夠吸附固定土壤中的重金屬，對土壤酸化起到緩沖作用，而且能夠?yàn)槲⑸锏纳L提供載體環(huán)境，已有部分研究證明了利用微生物和生物炭共同作用對重金屬污染土壤的聯(lián)合修復(fù)效果優(yōu)于單一修復(fù)。目前，針對重金屬碳酸鹽礦化菌和生物炭對重金屬污染土壤進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)的研究相對較少，并且往往忽視了菌株的其他功能，植物促生菌可以通過產(chǎn)生吲哚乙酸和鐵載體等物質(zhì)促進(jìn)植物生長，增強(qiáng)植物對重金屬的抗性，降低植物對重金屬的吸收，利用微生物既能固定土壤中的重金屬又能促進(jìn)植物生長增強(qiáng)其抗性，研究其與生物炭對重金屬污染土壤的聯(lián)合修復(fù)效果，對重金屬污染土壤的修復(fù)治理具有重要意義。

吉林省磐石紅旗嶺礦區(qū)已經(jīng)有約60 年的開采歷史，周邊耕地土壤重金屬逐漸累積危及人體健康，成為亟待解決的土壤環(huán)境問題之一。研究表明該區(qū)域耕地土壤鎳（Ni）和鎘（Cd）的平均含量已達(dá)到吉林省土壤背景值的4.4 倍和1.3 倍，局部污染區(qū)域土壤Ni和Cd的超標(biāo)率高達(dá)50%以上，玉米籽粒中Ni和Cd的超標(biāo)率也在50%以上。目前，微生物和生物炭單一技術(shù)對重金屬污染土壤雖然具有較好的修復(fù)潛力，但在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多障礙，與單一技術(shù)相比，微生物-生物炭聯(lián)合修復(fù)技術(shù)不僅能夠克服單一修復(fù)穩(wěn)定性差、功能單一、持久性低的缺點(diǎn)，而且具有功能互補(bǔ)和協(xié)同增效的優(yōu)點(diǎn)。因此，本研究通過利用吉林省礦區(qū)污染土壤進(jìn)行玉米盆栽試驗(yàn)，研究了同時(shí)具有重金屬碳酸鹽礦化和植物促生功能的復(fù)合菌和生物炭在單一和聯(lián)合作用下對Ni 和Cd 污染土壤的修復(fù)效果，以期為利用具有多種功能的復(fù)合微生物和生物炭高效修復(fù)Ni 和Cd 污染土壤提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自吉林省磐石紅旗嶺鎳礦區(qū)周圍的耕地土壤，自然風(fēng)干過2 mm篩后用于玉米盆栽試驗(yàn)。供試土壤pH 為5.4，有機(jī)質(zhì)含量為2.5%，堿解氮含量為39.4 mg·kg，有效磷含量為15.3 mg·kg，速效鉀含量為159.0 mg·kg，土壤Ni的總量和有效態(tài)含量分別為292.5、42.1 mg·kg，土壤Cd 的總量和有效態(tài)含量分別為10.3、0.8 mg·kg。

供試玉米（L.）為金苑玉z658（z658），品種審定編號為遼審玉20180155，品種來源CY04×TY04。

供試菌株為本實(shí)驗(yàn)室從Ni 和Cd 復(fù)合污染的土壤中分離篩選出對Ni 和Cd 均具有較高抗性的沙福芽孢桿菌N4 和睪丸酮叢毛單胞菌ZG2。菌株N4 為沙福芽孢桿菌，Genbank 登錄號為NR 041794.1，菌株ZG2 為睪丸酮叢毛單胞菌，Genbank 登錄號為NR 116138.1。菌株N4產(chǎn)吲哚乙酸能力強(qiáng)，并能協(xié)同生物炭降低小白菜對Ni 和Cd 的吸收。菌株ZG2 產(chǎn)脲酶、吲哚乙酸和鐵載體，并可誘導(dǎo)形成重金屬碳酸鹽沉淀來固定土壤中的Ni和Cd。

復(fù)合菌劑的制備：將菌株N4 和ZG2 在28 ℃和160 r·min振蕩培養(yǎng)24 h 的條件下利用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基進(jìn)行活化和富集培養(yǎng)，將富集培養(yǎng)液按2%的比例接種到新鮮的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中在相同條件下培養(yǎng)，將培養(yǎng)后的發(fā)酵液在4 ℃和8 000 r·min條件下離心5 min，棄去上清液，用無菌水沖洗菌體細(xì)胞2次，然后將其再懸浮于無菌水中，得到OD為0.3左右的單一菌株菌懸液，按照1∶1 的比例混合，即為用于土壤修復(fù)的復(fù)合菌劑。

參照已報(bào)道的研究方法，將雞糞在缺氧和600 ℃條件下熱解得到的產(chǎn)物為供試生物炭，供試生物炭的元素組成為C：39.3%、H：1.1%、O：35.4%、N：1.8%；pH 為12.8、EC 為10.9 mS·cm、灰分為21.6%。生物炭過200 目篩后，將剩余未過篩的生物炭放入研缽中研磨，如此重復(fù)直至全部過200 目篩后得到供試微米生物炭。供試生物炭的粒徑范圍為50.0～300.0 μm，中位粒徑D50為250.0 μm；供試微米生物炭的粒徑范圍為1.6～55.8 μm，中位粒徑為18.0 μm，顯著低于供試生物炭，處于微米級。生物炭的粒徑分布特征如表1所示。

表1 生物炭的粒徑分布特征Table 1 Particle size distribution characteristics of the biochar

1.2 土壤修復(fù)試驗(yàn)

向土壤樣品中添加0.2%的尿素，并混合均勻，用于土壤修復(fù)試驗(yàn)。設(shè)置以下處理：無任何添加的對照處理（CK）、只添加復(fù)合菌劑（T1）、只添加生物炭（T2）、只添加微米生物炭（T3）、添加復(fù)合菌劑和生物炭（T4）、添加復(fù)合菌劑和微米生物炭（T5）。每種處理用土1 500 g，設(shè)置3組平行。生物炭和復(fù)合菌劑的添加方式：按照3%的比例將生物炭和微米生物炭分別加入到土壤中，混合均勻，一部分裝入塑料盆（規(guī)格為上口直徑16 cm、下口直徑11 cm、高13 cm）作為T2和T3處理；將剩余部分先分別取少量平鋪于盆底，噴灑復(fù)合菌劑濕潤，再平鋪一層，再噴灑復(fù)合菌劑，如此重復(fù)，直至150 mL 復(fù)合菌劑均勻噴灑于1 500 g 土樣中，分別作為T4和T5處理；用同樣的方式向未添加生物炭的土樣中噴灑復(fù)合菌劑，作為T1處理。向未添加生物炭的土樣中噴灑150 mL 無菌水作為CK 處理。將上述處理后的土壤樣品中加入適量的蒸餾水進(jìn)行濕潤，然后移入人工氣候箱，在光照強(qiáng)度為2 000 lx，溫度為25 ℃，濕度60%，光暗比1∶1 條件下穩(wěn)定修復(fù)一周，2 d噴水一次以維持土壤濕度。

1.3 玉米盆栽試驗(yàn)

挑選顆粒飽滿無破損的玉米種子，以2%的NaClO溶液浸泡10 min 后用蒸餾水沖洗干凈，在28 ℃下用蒸餾水浸種6 h，均勻擺放于鋪有濕潤紗布的育苗盤中避光催芽，出芽后恢復(fù)光照并挑選長勢一致的玉米幼苗均勻移栽于修復(fù)后的土壤中，每盆2 株。移栽完成后，向T1、T4、T5 處理幼苗根際土壤施加10 mL 復(fù)合菌懸液。向每盆補(bǔ)充水分至水從盆底孔隙中微微滲出，移入人工氣候箱（光照強(qiáng)度2 000 lx，溫度25 ℃，濕度60%，光暗比1∶1）進(jìn)行培養(yǎng)，每5 d 澆水一次保證玉米幼苗的正常生長，培養(yǎng)30 d后將玉米幼苗取出，收集與幼苗根部緊密結(jié)合的土壤即為根際土壤樣品，然后用去離子水將幼苗根部洗凈吸干水分，分離根部與地上部，置于105 ℃烘箱殺青30 min，調(diào)為60 ℃烘干至恒質(zhì)量，粉碎后備測。

1.4 測定方法

用CEM MARS6 微波消解儀對土壤和植物樣品進(jìn)行消解，采用Tessier 五步法對土壤中Ni 和Cd 的化學(xué)形態(tài)進(jìn)行提取，采用DTPA 浸提法提取土壤中Ni和Cd 的有效態(tài)，參考閆雷等的方法對葉片Ni 和Cd的亞細(xì)胞分布及化學(xué)形態(tài)進(jìn)行分離和提取，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS 7900）對上述過程獲得的溶液進(jìn)行Ni和Cd含量的測定。

葉片SPAD 值采用SPAD-502Plus 手持葉綠素儀測定，超氧化物歧化酶（SOD）活力采用總超氧化物歧化酶試劑盒（T-SOD）測定，丙二醛（MDA）含量采用丙二醛測試盒測定。

玉米根系逐層剪開，分批放入玻璃皿內(nèi)并用鑷子展開分枝，用EPSON V800 高分辨率掃描儀掃描根部圖像，再用WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)對掃描得到的全部圖像進(jìn)行分析，最后將每張圖像對應(yīng)的全部數(shù)據(jù)相加，即為測得的根系形態(tài)數(shù)據(jù)。

土壤微生物多樣性檢測由北京奧維森基因科技有限公司完成。細(xì)菌選取16S rDNA 區(qū)域擴(kuò)增，真菌選取ITS1 區(qū)域擴(kuò)增，利用Illumina Miseq 高通量測序平臺測序。

1.5 數(shù)據(jù)分析

不同處理數(shù)據(jù)的差異性分析采用SPSS 23中單因素ANOVA檢驗(yàn)，使用＜0.05確定數(shù)據(jù)的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同修復(fù)處理對根際土壤Ni和Cd 形態(tài)分布和有效態(tài)含量的影響

根際土壤中Ni 和Cd 的形態(tài)分布如圖1a 和1b 所示。從圖中可以看出，各處理均降低了根際土壤中可交換態(tài)Ni和Cd 的比例，使可交換態(tài)Ni向碳酸鹽結(jié)合態(tài)及鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化，使可交換態(tài)Cd 向碳酸鹽結(jié)合態(tài)及殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，并且聯(lián)合修復(fù)的效果大于單一修復(fù)。與CK 相比，T5 處理使碳酸鹽結(jié)合態(tài)Ni 和Cd 的含量分別升高了59.9%和68.4%，碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Ni 的占比分別提高了67.9%和34.5%，碳酸鹽結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)Cd的占比分別提高了88.3%和14.9%。根際土壤Ni 和Cd 的有效態(tài)含量如圖1c 和1d 所示，與CK 相比，各處理均不同程度降低了根際土壤Ni 和Cd 的有效態(tài)含量，聯(lián)合處理的效果優(yōu)于單一處理，其中T5處理使Ni和Cd有效態(tài)含量分別降低了66.5%和53.8%。

圖1 修復(fù)對根際土壤Ni和Cd形態(tài)分布和有效態(tài)含量的影響Figure 1 Effects of remediation on the fraction distribution and available contents of Ni and Cd in rhizosphere soil

2.2 不同修復(fù)處理對玉米幼苗生長發(fā)育和抗氧化能力的影響

從表2 可以看出，復(fù)合菌和生物炭修復(fù)對盆栽玉米幼苗產(chǎn)生了多方面的促進(jìn)作用，玉米幼苗的主根長、株高、生物量、葉綠素值SPAD 均不同程度地增大，幼苗葉片的SOD 活力增強(qiáng)，MDA 的累積量降低?？傮w作用順序?yàn)門5＞T4＞T3＞T2＞T1。與CK 相比，T5處理使玉米幼苗的株高、主根長、生物量、葉綠素值SPAD 分別增加了103.6%、159.6%、550.9%、77.1%，幼苗葉片的SOD 活力增強(qiáng)了35.0%，MDA 含量降低了90.1%。

表2 修復(fù)對玉米幼苗生長發(fā)育和抗氧化能力的影響Table 2 Effects of remediation on growth and antioxidant capacity of maize seedlings

2.3 不同修復(fù)處理對玉米幼苗根系形態(tài)的影響

從表3 可以看出，修復(fù)后的土壤環(huán)境顯著促進(jìn)了玉米幼苗的根系發(fā)育，使玉米根系各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)均顯著升高，促進(jìn)了玉米幼苗根部伸長的同時(shí)顯著增加了玉米幼苗須根的數(shù)量，有利于玉米幼苗形成更發(fā)達(dá)的次生根系，總體作用順序?yàn)門5＞T4＞T3＞T2＞T1。與CK 相比，T5 處理使玉米總根長、根投影面積、根表面積、根直徑與根體積分別增大了57.1、42.0、41.2、7.2、31.3倍。

表3 修復(fù)對玉米幼苗根系形態(tài)的影響Table 3 Effects of remediation on root morphology of maize seedlings

2.4 不同修復(fù)處理對玉米幼苗Ni和Cd含量的影響

如圖2 所示，不同修復(fù)處理均降低了玉米根部和地上部對Ni 和Cd 的吸收，減少了玉米根部、地上部Ni和Cd的含量，總體修復(fù)效果順序?yàn)門5＞T4＞T2＞T3＞T1。與CK相比，T5處理使玉米根部與地上部的Ni含量分別降低了49.3%、69.4%，Cd 含量分別降低了41.9%、53.0%。

圖2 修復(fù)對玉米幼苗Ni和Cd含量的影響Figure 2 Effects of remediation on Ni and Cd contents in maize seedlings

2.5 不同修復(fù)處理對葉片Ni和Cd 亞細(xì)胞分布和形態(tài)分布的影響

從圖3a 和3b 可以看出，復(fù)合菌和生物炭單一及聯(lián)合修復(fù)均增加了葉片細(xì)胞壁和可溶性部分結(jié)合Ni和Cd 的比例，減少了細(xì)胞器中Ni 和Cd 的比例，從而減輕了葉片細(xì)胞受到的毒害，提高了幼苗的抗性；從圖3c 和3d 可以看出，復(fù)合菌和生物炭修復(fù)降低了葉片中兩種遷移活性強(qiáng)的高毒性形態(tài)Ni 和Cd（F、F）的分布比例之和，增加了其他四種活性較弱的低毒性形態(tài)Ni 和Cd（F、F、F、F）的分布比例之和，因此減弱了Ni 和Cd 在葉片中的遷移活性，從而降低其毒性。與CK 相比，T5 處理使細(xì)胞器組分中Ni 和Cd的分布比例分別下降了25.6%和22.9%；使F、F兩種形態(tài)的Ni 和Cd 的分布比例之和分別降低了40.2%、42.8%，F(xiàn)、F、F、F四種形態(tài)的Ni 和Cd分布比例之和分別增加了27.9%、19.2%，修復(fù)效果最顯著。

圖3 修復(fù)對葉片Ni和Cd亞細(xì)胞和形態(tài)分布的影響Figure 3 Effects of remediation on sub cellular and fractional distribution of Ni and Cd in leaves

2.6 不同修復(fù)處理對根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

2.6.1 根際土壤微生物OTU分布

從圖4 可以看出，與CK 相比，修復(fù)后根際土壤的細(xì)菌OTU 總數(shù)增多了70.6%～97.0%，真菌OTU 總數(shù)增多了176.2%～285.0%。各處理與CK 共有的細(xì)菌OTU 數(shù)目為1 289個(gè)，真菌OTU 數(shù)目為133個(gè)，特有細(xì)菌的OTU 數(shù)目增加了18.9%～70.8%，總體順序?yàn)門3＞T5＞T1＞T2＞T4，特有真菌的OTU 數(shù)目增加了1.8～2.8倍，總體順序?yàn)門5＞T1＞T2＞T4＞T3。

圖4 修復(fù)對根際土壤細(xì)菌（a）和真菌（b）OTU分布的影響Figure 4 Effects of remediation on OTU distribution of bacteria（a）and fungi（b）in rhizosphere soil

2.6.2 根際土壤微生物群落Alpha多樣性指數(shù)

從表4 可以看出，各處理改變了根際土壤的細(xì)菌群落Alpha 多樣性指數(shù)。與CK 相比，各處理使Chao1、Shannon、Observed species 和PD whole tree 指數(shù)均明顯升高，其中T5 處理的Chao1、Observed species和PD whole tree指數(shù)相對其他處理最高。

表4 修復(fù)對根際土壤細(xì)菌群落多樣性的影響Table 4 Effects of remediation on bacterial community diversity in rhizosphere soil

從表5 可以看出，與CK 相比，不同處理使根際土壤的真菌群落Alpha 多樣性指數(shù)均明顯增長。其中，除Chao1 的T2 處理外，T5 處理的各項(xiàng)指數(shù)均高于其他處理。

表5 修復(fù)對根際土壤真菌群落多樣性的影響Table 5 Effects of remediation on fungal community diversity in rhizosphere soil

2.6.3 不同修復(fù)處理對根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

從圖5a 可以看出，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢門為變形菌（Proteobacteria）、擬桿菌（Bacteroidota）、髕骨菌（Patescibacteria）、單胞菌（Gemmatimonadota）、放線菌（Actinobacteriota）、酸桿菌（Acidobacteriota），相對豐度之和占各處理總序列量的85.7%～95.9%。與CK相比，復(fù)合菌和生物炭修復(fù)明顯減少了變形菌（Proteobacteria）的相對豐度，增大了擬桿菌（Bacteroidota）的相對豐度，并且明顯增加了根際土壤中后6 個(gè)相對豐度較小細(xì)菌門在總序列量中的比例。

從圖5b 可以看出，各處理降低了根際土壤中未被識別的菌（unidentified）的占比，并且顯著提高了子囊菌（Ascomycota）、擔(dān)子菌（Basidiomycota）、壺菌（Chytridiomycota）、被 孢 霉（Mortierella）和 球 囊 菌（Glomeromycota）等真菌門在根際土壤中的相對豐度，提高了根際土壤優(yōu)勢真菌門的豐富度和均勻度。

圖5 門水平上根際土壤細(xì)菌（a）和真菌（b）的相對豐度Figure 5 The relative abundance of bacteria（a）and fungi（b）in rhizosphere soil at phylum level

2.6.4 根際土壤微生物群落相對豐度的變化和聚類分析

從圖6a 可以看出，不同處理均使土壤中大多數(shù)優(yōu)勢細(xì)菌在屬水平上的相對豐度均呈現(xiàn)升高的趨勢，顯著增加了土壤中優(yōu)勢細(xì)菌屬的數(shù)量和種類，但也有少量細(xì)菌屬在修復(fù)后相對豐度降低，如酸球菌（）、朱氏桿菌（）、微小寄生菌（）。

從圖6b 可以看出，在屬水平上不同處理的根際土壤真菌群落結(jié)構(gòu)與CK相比均存在較大的差異。各處理土壤中共檢測到20 個(gè)真菌屬，CK 中檢測到4 個(gè)相對豐度大于1%的真菌屬，T1、T2、T3、T4、T5處理分別檢測到16、14、10、15、17 個(gè)相對豐度大于1%的真菌屬，土壤中優(yōu)勢真菌屬的數(shù)量和種類顯著增加，但多孢霉菌（）在修復(fù)后相對豐度降低。

圖6 屬水平上根際土壤細(xì)菌（a）和真菌（b）的相對豐度聚類熱圖Figure 6 The cluster heat map of relative abundance of bacteria（a）and fungi（b）in rhizosphere soil at genus level

3 討論

土壤Ni 和Cd 污染會嚴(yán)重影響作物生長發(fā)育并進(jìn)入食物鏈，危害人體健康。研究表明利用具有特定功能的微生物可對土壤重金屬污染進(jìn)行修復(fù)，MOHAMMADZADEH 等研究發(fā)現(xiàn)沙福芽孢桿菌促進(jìn)了高濃度Ni 的土壤中向日葵根部、地上部的生長，顯著緩解了Ni對植物生長的毒害作用。SHI等利用分離得到的叢毛單胞菌XL8減輕了Cd對水稻幼苗的影響。沙福芽孢桿菌N4和睪丸酮叢毛單胞菌ZG2的單一菌株已被證實(shí)能夠產(chǎn)植物促生物質(zhì)IAA、鐵載體并能夠誘導(dǎo)形成碳酸鹽沉淀，降低小白菜對Ni 和Cd的吸收。本研究利用二者的復(fù)合菌修復(fù)Ni 和Cd污染土壤，發(fā)現(xiàn)利用復(fù)合菌可促進(jìn)土壤中可交換態(tài)Ni和Cd向碳酸鹽結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化，降低Ni和Cd的有效態(tài)含量，同時(shí)可促進(jìn)玉米的生長發(fā)育，降低其對Ni和Cd的吸收，表明菌株N4和ZG2具有明顯的聯(lián)合修復(fù)作用。

近年來，生物炭在重金屬污染修復(fù)方面得到了廣泛應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)施用生物炭能降低Cd 對甜菜的毒性并降低其對Cd的吸收；張藝騰利用雞糞生物炭固定了土壤中的Cu 和Zn，減少小白菜對Cu 和Zn的吸收；王雨琦等研究表明雞糞生物炭促進(jìn)了可交換態(tài)Ni 和Cd 向低毒害形態(tài)轉(zhuǎn)化并促進(jìn)了小白菜的生長。本研究發(fā)現(xiàn)雞糞生物炭具有固定土壤中的Ni和Cd 的作用，降低Ni 和Cd 對玉米幼苗的毒害，進(jìn)而促進(jìn)其生長發(fā)育，降低玉米對Ni 和Cd 的吸收，表明雞糞生物炭在Ni 和Cd 污染土壤修復(fù)方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

有研究表明芽孢桿菌與生物炭具有良好的協(xié)同效應(yīng)，復(fù)合使用利于重金屬污染土壤的修復(fù)；戚鑫等研究表明微生物與生物炭聯(lián)合對Cd 的去除作用大于單一微生物。本研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合菌和生物炭聯(lián)合修復(fù)時(shí)效果大于單一修復(fù)，能在更大程度上促進(jìn)土壤中可交換態(tài)Ni 向碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化，可交換態(tài)Cd向碳酸鹽結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，降低土壤中Ni 和Cd 有效態(tài)的含量；同時(shí)多方面促進(jìn)了玉米幼苗生長，提升其抗氧化能力，顯著增強(qiáng)了玉米次生根系的發(fā)育；降低了玉米對Ni 和Cd 的吸收；降低Ni和Cd在葉片細(xì)胞器的分布和葉片中遷移活性較強(qiáng)的高毒性形態(tài)Ni 和Cd 的比例。已有研究表明，通過調(diào)節(jié)重金屬亞細(xì)胞水平上的選擇性分布和重金屬在植物體內(nèi)的化學(xué)形態(tài)可以減弱重金屬的毒害。此外，復(fù)合菌和微米生物炭聯(lián)合修復(fù)的作用效果大于復(fù)合菌和生物炭聯(lián)合，這可能是由于微米生物炭粒徑較小，改善污染土壤理化性質(zhì)的能力較強(qiáng)，有研究表明，與常規(guī)粒徑的生物炭相比，顆粒較小的生物炭有利于改良土壤容重和田間持水量，對土壤物理性質(zhì)有更強(qiáng)的積極影響，能夠提升土壤質(zhì)量，改善土壤結(jié)構(gòu)；并且因其比表面積較大，表面吸附位點(diǎn)較多，吸附性能較強(qiáng)，增強(qiáng)了對重金屬的鈍化能力，進(jìn)而限制了重金屬在土壤中的遷移，改善酸化土壤的pH。

重金屬污染會影響土壤中微生物的生長代謝反應(yīng)，降低酶活性，抑制保護(hù)性基因的表達(dá)，可能造成土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)單一，致使土壤生態(tài)系統(tǒng)紊亂，減弱對外界環(huán)境脅迫的抵抗能力。有研究表明，在重金屬鈍化過程中，土壤微生物群落代謝得到增強(qiáng)，因此能提高土壤中有益菌的數(shù)量，促進(jìn)土壤與微生物的協(xié)同穩(wěn)定，本研究發(fā)現(xiàn)在門水平上，各處理增大了根際土壤中后六個(gè)相對豐度較小細(xì)菌門在總序列量中的比例，增加了常見優(yōu)勢真菌子囊菌、擔(dān)子菌等真菌的相對豐度，子囊菌對重金屬具有很強(qiáng)的耐受性，擔(dān)子菌可以有效地轉(zhuǎn)移重金屬，其衍生物對土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定具有重要作用，這表明復(fù)合菌和生物炭通過對Ni 和Cd 的修復(fù)固定，能夠顯著降低Ni 和Cd污染對土壤微生物的毒害，提高了土壤微生物的生物量和多樣性，促進(jìn)了有益菌的生長繁殖。屬水平上，各處理提高了土壤大多數(shù)優(yōu)勢細(xì)菌、真菌的豐度，但降低了細(xì)菌屬中酸球菌、朱氏桿菌、微小寄生菌及真菌屬中多孢霉菌的豐度。酸球菌是屬于酸桿菌門的一類嗜酸菌，該類細(xì)菌豐度的降低可能與修復(fù)后土壤理化性質(zhì)的改變有關(guān)；朱氏桿菌是被歸類于變形菌門黃單胞菌科的一類植物病原菌，其減少說明修復(fù)抑制了植物致病菌生長；微小寄生菌是一種極小的需要寄生在宿主細(xì)菌表面進(jìn)行生長和增殖的寄生細(xì)菌，同時(shí)對宿主細(xì)菌具有選擇性，目前研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)微小寄生菌的宿主細(xì)菌為放線菌、酸桿菌，因此酸桿菌的豐度降低也可能是導(dǎo)致其豐度降低的原因。多孢霉菌是一類抑制寄生植物的出苗率的植物致病真菌，此類真菌減少也表明了復(fù)合菌和生物炭能夠通過對Ni 和Cd 的修復(fù)固定促進(jìn)了土壤中微生物菌群結(jié)構(gòu)的改善，抑制了土壤中植物致病菌的存活，有助于植物抵抗病害。

4 結(jié)論

（1）沙福芽孢桿菌N4 和睪丸酮叢毛單胞菌ZG2組成的復(fù)合菌與雞糞生物炭在單一和聯(lián)合作用下對Ni 和Cd 污染土壤均具有不同程度的多重修復(fù)效應(yīng)，作用大小順序?yàn)閺?fù)合菌聯(lián)合微米生物炭＞復(fù)合菌聯(lián)合生物炭＞微米生物炭＞生物炭＞復(fù)合菌。

（2）復(fù)合菌和微米生物炭的聯(lián)合作用更大程度上促進(jìn)了根際土壤中可交換態(tài)Ni 和Cd 向碳酸鹽結(jié)合態(tài)等較穩(wěn)定的形態(tài)轉(zhuǎn)化，一方面降低了土壤Ni 和Cd有效態(tài)含量，緩解了Ni 和Cd 對玉米生長發(fā)育和抗氧化能力的影響，降低了玉米對Ni 和Cd 的吸收；另一方面還可以實(shí)現(xiàn)土壤中碳的同步固定。

（3）復(fù)合菌和生物炭修復(fù)能使Ni 和Cd 污染土壤中細(xì)菌、真菌群落組成產(chǎn)生較大改變，增加土壤中細(xì)菌、真菌的數(shù)量和物種多樣性，提高微生物群落結(jié)構(gòu)的豐富度和均勻度，并抑制植物致病菌的生長繁殖。