植物修復(fù)用伴礦景天種苗質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研究

戴艷嬌，賀愛(ài)國(guó)，胡志鑫，柏連陽(yáng)，趙碩，聶陽(yáng)陽(yáng)，陳錦*

（1.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，長(zhǎng)沙 410125；2.長(zhǎng)沙市重金屬污染土壤植物修復(fù)技術(shù)創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙 410125；3.湖南艾布魯環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆L(zhǎng)沙 410071）

伴礦景天（Sedum plumbizincicola）喜生于鉛（Pb）、鋅（Zn）礦區(qū)，具有鎘（Cd）、Zn 超富集特性[1]，是土壤重金屬修復(fù)常用植物之一，應(yīng)用前景廣闊[2-4]。研究發(fā)現(xiàn)，伴礦景天植株生物量及其Cd 含量并不受重復(fù)提?。ǚN植）次數(shù)影響[5-6]，多茬種植可在2～3 年內(nèi)使輕度Cd 污染酸性水稻田Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至風(fēng)險(xiǎn)篩選值（0.3 mg/kg）以下[7]，土壤中添加有機(jī)酸[8]、石海劑[9]或進(jìn)行地膜覆蓋[10]均可促進(jìn)伴礦景天對(duì)Cd的吸收與累積。此外，種植伴礦景天可使土壤中細(xì)菌、真菌數(shù)量增加，脲酶、過(guò)氧化氫酶和磷酸酶活性提高[11]；將伴礦景天與玉米[9]、小麥[12]、毛竹[13]等進(jìn)行間作，在有效降低土壤Cd含量的同時(shí)可使作物生產(chǎn)不受影響或受影響較小[6]?？梢?jiàn)，運(yùn)用伴礦景天修復(fù)Cd 污染農(nóng)田對(duì)于保障我國(guó)糧食安全具有重要意義。

景天屬植物繁殖方法主要為種子繁殖和扦插繁殖，但其種子細(xì)小，存在采收困難、萌發(fā)條件復(fù)雜等缺點(diǎn)，故生產(chǎn)上多采用扦插繁殖培育種苗[14-15]。然而目前并未形成相應(yīng)的種苗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致種苗質(zhì)量參差不齊，不利于Cd污染土壤修復(fù)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化和機(jī)械化。在現(xiàn)有污染土壤修復(fù)實(shí)例中，伴礦景天種苗供應(yīng)方案通常為“就地育苗，剪枝移栽”。該技術(shù)方案省時(shí)、簡(jiǎn)單，但剪枝移栽多在秋季，晝夜溫差大，不利于插穗田間生根，且插穗成活率低；同時(shí)，待修復(fù)土壤所育種苗Cd 含量較高，若栽培成活率低，可能造成二次污染，增加技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。上述不足有望通過(guò)規(guī)范種苗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)得到有效解決。

為克服以上問(wèn)題，研究人員嘗試“集中育苗，帶根移栽”，即在基質(zhì)苗床集約化育苗，待秋季取苗后帶根移栽，以此提高種苗移栽成活率。本研究通過(guò)異地集約化育苗，采用相關(guān)性分析、主成分分析、K-中心點(diǎn)聚類(lèi)分析等方法對(duì)不同質(zhì)量種苗進(jìn)行分級(jí)，再利用不同等級(jí)種苗進(jìn)行Cd 污染農(nóng)田植物修復(fù)驗(yàn)證，討論不同等級(jí)種苗修復(fù)效率差異，提出Cd 污染農(nóng)田修復(fù)用伴礦景天種苗質(zhì)量分級(jí)方案，為規(guī)范修復(fù)植物種苗供應(yīng)市場(chǎng)，提升植物修復(fù)效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田修復(fù)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

伴礦景天種苗來(lái)源于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境修復(fù)植物種苗繁育基地（長(zhǎng)沙市），為扦插繁殖30 d 的伴礦景天帶根種苗，扦插時(shí)間為2019年12月。

驗(yàn)證試驗(yàn)土壤為湖南省某地休耕農(nóng)田，修復(fù)實(shí)例土壤為江西省某地晚稻收獲后的冬閑期農(nóng)田，土壤基本性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physico-chemical properties of the test soils

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種苗質(zhì)量測(cè)定項(xiàng)目與方法

對(duì)所取種苗（共150株）的苗高、莖粗、分枝數(shù)（種苗僅有一級(jí)分枝）、冠幅、地上部干物質(zhì)量、地下部干物質(zhì)量、生物量這7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定并編號(hào)。一級(jí)分枝指從主莖上長(zhǎng)出的分枝，二級(jí)分枝指從一級(jí)分枝上長(zhǎng)出的分枝，三級(jí)分枝指從二級(jí)分枝上長(zhǎng)出的分枝。用直尺測(cè)量苗高、冠幅，精確到0.1 cm；用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗，精確到0.01 cm。采集植株樣后，分為地上部和地下部并用去離子水洗凈，再于105 ℃條件下殺青2 h，80 ℃烘干至恒量，用電子天平（精確到0.000 1 g）稱(chēng)量，根據(jù)公式（1）計(jì)算生物量。生物量/g=地下部干物質(zhì)量/g+地上部干物質(zhì)量/g.（1）

1.2.2 種苗質(zhì)量分級(jí)

對(duì)所測(cè)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析各指標(biāo)間相關(guān)性。分別對(duì)苗高、莖粗、分枝數(shù)、冠幅進(jìn)行主成分分析和K-中心點(diǎn)聚類(lèi)分析，結(jié)合生產(chǎn)中實(shí)際情況，根據(jù)聚類(lèi)分析結(jié)果制定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.3 分級(jí)檢驗(yàn)與修復(fù)實(shí)例

1）初步檢驗(yàn)。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)所用的同一批次種苗的壯苗指數(shù)，用生物量和壯苗指數(shù)2 項(xiàng)指標(biāo)初步檢驗(yàn)分級(jí)結(jié)果，其中壯苗指數(shù)按公式（2）[16]計(jì)算。2）驗(yàn)證試驗(yàn)。根據(jù)所制定的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)伴礦景天待出圃種苗進(jìn)行分級(jí)，種苗按等級(jí)分別種植于湖南省某地休耕農(nóng)田，共4個(gè)小區(qū)，各小區(qū)面積均為10 m2，行株距為30 cm×10 cm，密度為3.0×105株/hm2，種植90 d（種植時(shí)間2020 年1—4 月）后取樣。3）修復(fù)實(shí)例。將Ⅰ、Ⅱ級(jí)苗混植于江西省某地晚稻收獲后的冬閑期農(nóng)田，種植面積為20 hm2，行株距為30 cm×20 cm，密度為1.5×105株/hm2，種植120 d（種植時(shí)間2020年1—5月）后取樣。

壯苗指數(shù)=（莖粗/mm÷苗高/cm+地下部干物質(zhì)量/g÷地上部干物質(zhì)量/g）×生物量/g. （2）

1.2.4 Cd 含量測(cè)定及分析

根據(jù)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《土壤和沉積物 12種金屬元素的測(cè)定 王水提取-電感耦合等離子體質(zhì)譜法》（HJ 803—2016）測(cè)定土壤總Cd 含量；采用HNO3-HClO4消解，電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定植株地上部的Cd含量。每公頃Cd凈移除量按公式（3）計(jì)算。

Cd 凈移除量/(g/hm2)=收獲時(shí)單株地上部Cd 含量/(mg/kg)×10－3×收獲時(shí)單株地上部干物質(zhì)量/g×每公頃株數(shù)×成活率/%－移栽前單株地上部Cd 含量/(mg/kg)×10－3×移栽前單株地上部干物質(zhì)量/g×每公頃株數(shù). （3）

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，采用最小顯著差數(shù)法（least significant difference,LSD）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，以P＜0.05 和P＜0.01表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 種苗形態(tài)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果分析

對(duì)種苗的苗高、冠幅、分枝數(shù)、莖粗和生物量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表2 所示。其中：分枝數(shù)變異系數(shù)最大，為103.04%；其次是生物量、莖粗、苗高和冠幅，分別為56.70%、21.49%、20.60%和

表2 伴礦景天種苗農(nóng)藝性狀統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of agronomic traits of S.plumbizincicola seedlings

17.00%。

對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3 所示。從中可以看出，各指標(biāo)兩兩間存在極顯著相關(guān)性，說(shuō)明所選指標(biāo)均能較好地反映種苗質(zhì)量。考慮到生物量為破壞性取樣檢測(cè)所得結(jié)果，測(cè)量較其他指標(biāo)復(fù)雜且耗時(shí)較長(zhǎng)，故初步篩選苗高、冠幅、分枝數(shù)和莖粗為伴礦景天種苗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。

表3 伴礦景天種苗農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of agronomic traits of S.plumbizincicola seedlings

2.2 種苗主要形態(tài)指標(biāo)的主成分分析

對(duì)伴礦景天種苗苗高、冠幅、分枝數(shù)和莖粗4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果（表4）顯示，前3 個(gè)特征值累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)95.184%，說(shuō)明前3 個(gè)主成分基本包含了全部的指標(biāo)信息。取前3個(gè)特征值并計(jì)算出相應(yīng)的特征向量。

表4 伴礦景天種苗質(zhì)量指標(biāo)主成分分析Table 4 Principal component analysis of quality index of S.plumbizincicola seedlings

前3個(gè)主成分分別為：

式中：X1為苗高，X2為冠幅，X3為分枝數(shù)，X4為莖粗。在第一主成分（F1）表達(dá)式中，除冠幅外，苗高、分枝數(shù)和莖粗的系數(shù)均較大，又因第一主成分的方差貢獻(xiàn)率最高，故把苗高、分枝數(shù)和莖粗篩選為伴礦景天種苗分級(jí)的主要指標(biāo)。

2.3 種苗質(zhì)量分級(jí)結(jié)果

用SPSS 20.0 軟件對(duì)伴礦景天種苗的苗高、分枝數(shù)和莖粗3 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行K-中心點(diǎn)聚類(lèi)分析，獲得4 個(gè)聚類(lèi)中心值（表5）。

表5 伴礦景天種苗分級(jí)最終聚類(lèi)中心Table 5 Clustering centers of grading of S.plumbizincicola seedlings

根據(jù)伴礦景天種苗質(zhì)量分級(jí)指標(biāo)的最終聚類(lèi)中心值，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，將伴礦景天種苗分為4個(gè)等級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表6。該分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)遵循最低級(jí)原則，即當(dāng)各等級(jí)中任何一項(xiàng)不達(dá)標(biāo)，則降一級(jí)。

表6 伴礦景天種苗分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（農(nóng)藝性狀）Table 6 Grading standards for S.plumbizincicola seedlings(agronomic traits)

2.4 種苗質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)

壯苗指數(shù)是衡量種苗素質(zhì)的一個(gè)綜合性指標(biāo)，生物量與種苗健康、茁壯程度密切相關(guān)，但這2個(gè)指標(biāo)均為破壞性取樣，且測(cè)定過(guò)程較為復(fù)雜，不適于大田生產(chǎn)中快速、便捷地評(píng)價(jià)種苗等級(jí)，因此用壯苗指數(shù)和生物量對(duì)種苗分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)合理與否進(jìn)行初步檢驗(yàn)。從表7中可知，隨種苗等級(jí)數(shù)增加，壯苗指數(shù)和生物量下降，除Ⅲ級(jí)苗和Ⅳ級(jí)苗的壯苗指數(shù)、生物量差異不顯著外，其余各等級(jí)種苗間壯苗指數(shù)與生物量的差異均達(dá)到極顯著水平。

表7 不同等級(jí)伴礦景天種苗的壯苗指數(shù)和生物量Table 7 Sound seedling index and biomass of S.plumbizincicola seedlings with different grades

為進(jìn)一步驗(yàn)證該分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的合理性，開(kāi)展大田驗(yàn)證試驗(yàn)。根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)伴礦景天待出圃種苗進(jìn)行分級(jí)，并按等級(jí)分別種植。種植90 d后統(tǒng)計(jì)成活率和地上部干物質(zhì)量，結(jié)果（圖1）表明：90 d后Ⅰ級(jí)苗地上部干物質(zhì)量最大，Ⅱ級(jí)苗次之，Ⅲ級(jí)苗地上部干物質(zhì)量為Ⅰ級(jí)苗的49%，Ⅳ級(jí)苗植株長(zhǎng)勢(shì)最差，其地上部干物質(zhì)量?jī)H為Ⅰ級(jí)苗的24%，不同等級(jí)種苗間地上部干物質(zhì)量差異均達(dá)到顯著水平。Ⅰ級(jí)苗和Ⅱ級(jí)苗成活率顯著高于Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)苗，均達(dá)到98%以上，Ⅲ級(jí)苗成活率為93.96%，Ⅳ級(jí)苗成活率最低，僅為91.06%。說(shuō)明不同等級(jí)種苗在生長(zhǎng)方面差異很大，Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)苗成活率高，且分枝數(shù)、地上部干物質(zhì)量較大。

圖1 種植90 d后不同等級(jí)伴礦景天種苗地上部干物質(zhì)量（A）及成活率（B）Fig.1 Shoot dry mass (A) and survival rate (B) of S. plum‐bizincicola seedlings with different grades after 90 d

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，分枝數(shù)是不同等級(jí)種苗地上部干物質(zhì)量差異的主要原因（圖2），具體表現(xiàn)為Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)苗的一級(jí)分枝數(shù)均在每株20個(gè)以上，相鄰等級(jí)種苗的一級(jí)分枝數(shù)差異不顯著，但Ⅰ級(jí)苗與Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)苗的一級(jí)分枝數(shù)差異分別達(dá)到顯著和極顯著水平，Ⅱ級(jí)與Ⅳ級(jí)苗的一級(jí)分枝數(shù)差異達(dá)到顯著水平，其中Ⅳ級(jí)苗的一級(jí)分枝數(shù)僅為Ⅰ級(jí)苗的70%、Ⅱ級(jí)苗的76%；Ⅰ級(jí)苗的二級(jí)分枝數(shù)高于其他等級(jí)種苗，且差異均達(dá)到極顯著水平，Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)苗的二級(jí)分枝數(shù)差異不顯著，但均顯著高于Ⅳ級(jí)苗，Ⅳ級(jí)苗的二級(jí)分枝數(shù)僅為Ⅰ級(jí)苗的18%、Ⅱ級(jí)苗的24%、Ⅲ級(jí)苗的27%；僅Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)苗有三級(jí)分枝，且差異達(dá)到極顯著水平。就總分枝數(shù)而言，Ⅰ級(jí)苗的總分枝數(shù)最多且極顯著高于其他等級(jí)苗，分別為Ⅱ級(jí)苗的1.4倍、Ⅲ級(jí)苗的1.6倍、Ⅳ級(jí)苗的3.6倍，其中Ⅱ級(jí)苗的總分枝數(shù)顯著大于Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)苗，Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)苗的總分枝數(shù)差異亦達(dá)到極顯著水平。

圖2 種植90 d后不同等級(jí)伴礦景天種苗單株分枝情況Fig.2 Branches per plant of S. plumbizincicola seedlings with different grades after 90 d

此外，田間觀察還發(fā)現(xiàn)，按種苗等級(jí)分批種植90 d后，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)苗的冠幅分別為32、25、22、16 cm，同一級(jí)苗植株長(zhǎng)勢(shì)均一、一致性高，其中Ⅰ級(jí)苗已完全封行，Ⅱ級(jí)苗接近封行，Ⅲ級(jí)苗次之，Ⅳ級(jí)苗封行效果最差。

2.5 不同等級(jí)種苗修復(fù)效率比較

本研究制定的伴礦景天種苗分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，所用Ⅰ～Ⅳ級(jí)苗苗期植株含Cd 量分別為3.10、3.06、3.13、3.09 mg/kg，不同等級(jí)苗期植株含Cd 量差異不顯著，即用此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)并不影響苗期植株Cd 含量。不同等級(jí)種苗移栽90 d 后，植株Cd 含量與Cd 凈移除量呈負(fù)相關(guān)，主要表現(xiàn)為：Ⅰ～Ⅳ級(jí)苗的植株Cd 含量逐漸增加，而90 d 內(nèi)Cd 凈移除量則表現(xiàn)為Ⅰ級(jí)＞Ⅱ級(jí)＞Ⅲ級(jí)＞Ⅳ級(jí)，除Ⅰ、Ⅱ級(jí)苗間差異不顯著外，其余各等級(jí)種苗間均達(dá)到顯著差異，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)苗的Cd 凈移除量分別是Ⅳ級(jí)苗的3.9 倍、3.4 倍、2.0 倍（圖3），故認(rèn)為達(dá)到Ⅰ、Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的種苗為優(yōu)先推薦修復(fù)用種苗，Ⅲ級(jí)苗次之，Ⅳ級(jí)種苗或達(dá)不到Ⅳ級(jí)苗標(biāo)準(zhǔn)的種苗不作推薦。

2.6 種苗分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)在修復(fù)實(shí)例中的應(yīng)用

選擇質(zhì)量達(dá)到Ⅱ級(jí)及以上的種苗混植，應(yīng)用于大面積（20 hm2）土壤修復(fù)。修復(fù)120 d后植株含Cd量為45.44 mg/kg，較驗(yàn)證試驗(yàn)中植株Cd含量低，其主要原因是土壤Cd含量差異較大。土壤中Cd含量越高，伴礦景天植株Cd 含量越高，驗(yàn)證試驗(yàn)土壤含Cd 量為2.38 mg/kg，修復(fù)90 d 后植株含Cd 量為63.93～71.86 mg/kg（圖3）；而大面積土壤修復(fù)應(yīng)用供試土壤含Cd量?jī)H為0.45 mg/kg，故修復(fù)實(shí)例中植株Cd 含量較低，為45.44 mg/kg（表8）。此外，修復(fù)實(shí)例的種植密度（1.5×105株/hm2）僅為驗(yàn)證試驗(yàn)（3.0×105株/hm2）的一半，且種植時(shí)間較驗(yàn)證試驗(yàn)長(zhǎng)30 d，因此其地上部干物質(zhì)量顯著高于驗(yàn)證試驗(yàn)Ⅰ級(jí)苗，Cd凈移除量亦達(dá)到222.35 g/hm2（表8）。

圖3 不同等級(jí)伴礦景天種苗修復(fù)90 d后Cd移除情況Fig.3 Shoot Cd uptake by S. plumbizincicola seedlings with different grades after 90 d of remediation

表8 修復(fù)120 d后伴礦景天Cd移除情況Table 8 Shoot Cd uptake by S.plumbizincicola after 120 d of remediation

2.7 種苗Cd含量的確定

根據(jù)本研究所制定的種苗標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)苗均可用于修復(fù)，若修復(fù)過(guò)程中種苗投入量為1.5×105株/hm2，則標(biāo)準(zhǔn)種苗干物質(zhì)量為40～160 kg/hm2，其種苗和育苗基質(zhì)用量大致相當(dāng)于作物栽培過(guò)程中復(fù)合肥用量的2 倍，為防止修復(fù)過(guò)程中因種苗移栽死亡造成待修復(fù)農(nóng)田二次污染事件的發(fā)生，需對(duì)種苗Cd 含量進(jìn)行限定。參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《肥料中有毒有害物質(zhì)的限量要求》（GB 38400—2019），無(wú)機(jī)肥料中總鎘含量應(yīng)不高于10 mg/kg。因此本研究認(rèn)為，結(jié)合伴礦景天種苗培育生產(chǎn)實(shí)際，不論是何等級(jí)伴礦景天種苗，其含Cd量均應(yīng)不高于5 mg/kg。結(jié)合農(nóng)藝性狀，本研究制定的伴礦景天種苗質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)具體如表9所示。

表9 伴礦景天種苗質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 9 Quality grading standards for S.plumbizincicola seedlings

3 討論

規(guī)?；N苗繁育難題是伴礦景天在農(nóng)田重金屬污染修復(fù)技術(shù)中推廣應(yīng)用的瓶頸之一[17]，其中種苗Cd含量高、移栽后成活率低、生長(zhǎng)速度慢、修復(fù)效率低等是規(guī)模化種苗生產(chǎn)中常面臨的問(wèn)題。目前伴礦景天種苗繁育主要技術(shù)途徑為扦插繁殖，扦插苗質(zhì)量直接影響修復(fù)效果。制定種苗分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是伴礦景天規(guī)?；N苗繁育中必不可少的環(huán)節(jié)，也是提升修復(fù)效果的重要保障。壯苗指數(shù)是衡量種苗質(zhì)量的綜合性指標(biāo)。本研究的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，莖粗、苗高是計(jì)算壯苗指數(shù)的主要指標(biāo)，與壯苗指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，分枝數(shù)與生物量呈正相關(guān)關(guān)系，隨質(zhì)量等級(jí)降低，種苗成活率降低，且莖粗漸細(xì)，株高漸矮，分枝數(shù)減少，說(shuō)明質(zhì)量等級(jí)越低，壯苗指數(shù)也越低，種苗質(zhì)量越差。

本研究參考了其他植物種苗分級(jí)研究[18-21]，主要針對(duì)適合伴礦景天特征的數(shù)量性狀進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合相關(guān)性分析、主成分分析和K-中心聚類(lèi)分析法等，最終結(jié)合修復(fù)實(shí)際確定適宜修復(fù)的種苗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在植物修復(fù)過(guò)程中，地上部干物質(zhì)量和重金屬富集系數(shù)是決定重金屬超富集植物修復(fù)能力、修復(fù)效率的關(guān)鍵指標(biāo)[22]?？蒲腥藛T曾通過(guò)添加生物質(zhì)炭[23]、秸稈[24]、化肥[25]以及地膜覆蓋[10]等方法增加修復(fù)植物地上部干物質(zhì)量，最終達(dá)到提高修復(fù)效率的目的。然而，不同生長(zhǎng)環(huán)境下伴礦景天長(zhǎng)勢(shì)差異較大[26]，甚至相同種植環(huán)境其修復(fù)效率也存在差異[5-7]，因此，通過(guò)種苗質(zhì)量分級(jí)篩選出地上部干物質(zhì)量發(fā)展?jié)摿^大的種苗，可較大程度地提高修復(fù)效率，保證修復(fù)效果。從本研究的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果可以看出，伴礦景天種植90 d后，Ⅰ～Ⅳ級(jí)苗的成活率、地上部干物質(zhì)量均顯著降低，說(shuō)明本研究所制定的標(biāo)準(zhǔn)可較好地鑒別、篩選出修復(fù)效率潛力高的伴礦景天種苗。此外，莖粗、分枝數(shù)、苗高均為表觀農(nóng)藝性狀，其測(cè)量方便且無(wú)損，易于實(shí)踐操作，是區(qū)分種苗質(zhì)量等級(jí)的適宜指標(biāo)。

伴礦景天為修復(fù)用植物，其種植目的為修復(fù)重金屬污染土壤，因此篩選出修復(fù)成本低、時(shí)間短、效率高的種苗是制定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的最終目標(biāo)。本研究中，各級(jí)種苗Cd 含量和移栽90 d 后植株Cd 含量差異均不顯著，但受地上部干物質(zhì)量影響，Ⅰ～Ⅲ級(jí)苗90 d內(nèi)Cd凈移除量均為Ⅳ級(jí)苗的2倍以上，在Ⅰ、Ⅱ級(jí)苗混合種植的大面積土壤修復(fù)應(yīng)用中，120 d 內(nèi)Cd凈移除量高達(dá)222.35 g/hm2。對(duì)比前人進(jìn)行的田間修復(fù)研究發(fā)現(xiàn)，不同研究中伴礦景天修復(fù)效果差異很大，甚至同一研究中相同種植環(huán)境下其修復(fù)效果亦存在較大差異[5,7]。栽培環(huán)境、管理措施和種苗Cd含量差異大是不同研究中修復(fù)效果差異大的主要原因，而相同栽培環(huán)境和管理措施下修復(fù)效率差異大的主要原因則是種苗質(zhì)量參差不齊，主要包括種苗長(zhǎng)勢(shì)不一致和種苗Cd 含量差異大。從表10 可看出，在種植密度低于或與前人種植密度相同的情況下，本研究中Ⅰ、Ⅱ級(jí)苗3個(gè)月內(nèi)的修復(fù)效果達(dá)到或高于前人研究中6～8 個(gè)月的修復(fù)效果，且Ⅰ、Ⅱ級(jí)苗混合種植4 個(gè)月的修復(fù)效果更好，可見(jiàn)種苗質(zhì)量好不但能有效提高修復(fù)效率，還能降低修復(fù)成本、縮短修復(fù)時(shí)間，因此規(guī)范種苗質(zhì)量意義重大。

表10 不同栽培條件下伴礦景天修復(fù)效果Table 10 Remediation effects of S.plumbizincicola planted in different cultivation conditions

與雜草相比，伴礦景天苗期肥水競(jìng)爭(zhēng)力弱，若苗期雜草過(guò)多則其長(zhǎng)勢(shì)不佳易死亡，在造成修復(fù)效率低的同時(shí)增加了修復(fù)成本，易造成二次污染。本研究發(fā)現(xiàn)，種苗質(zhì)量等級(jí)越高，栽培后封行成苗越快，越有利于抑制雜草生長(zhǎng)。相較Ⅳ級(jí)苗而言，用Ⅰ、Ⅱ級(jí)苗進(jìn)行修復(fù)時(shí)，僅需移栽后第6—8 周除草1 次，10 周以后完成封行，每季可節(jié)省除草用工約2 人次/667 m2，Ⅲ級(jí)苗分別在移栽后第6—8 周和12 周各除草1 次，14 周以后完成封行，每季可節(jié)省除草用工約1人次/667 m2，既可有效節(jié)約人工成本，又能減少或避免施用除草劑。此外，伴礦景天的Cd凈移除量不但與種植密度及收獲時(shí)植株Cd 含量有關(guān)，還與種苗Cd含量呈顯著負(fù)相關(guān)，較低的種苗Cd含量更有利于植株Cd 的累積，宜于提高修復(fù)效率，同時(shí)可有效避免種苗死亡帶入Cd 導(dǎo)致的二次污染事件，因此種苗Cd含量應(yīng)作為種苗分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之一。

目前對(duì)伴礦景天的研究多集中于修復(fù)機(jī)制及修復(fù)效率的提高等方面，有關(guān)其種苗繁育的報(bào)道較少。鑒于當(dāng)前伴礦景天種苗繁育主要技術(shù)途徑為扦插繁殖，本研究以伴礦景天扦插苗為研究對(duì)象，通過(guò)制定伴礦景天種苗質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，明確了各級(jí)種苗的具體數(shù)量性狀、質(zhì)量性狀指標(biāo)，并以此為依據(jù)篩選種苗，對(duì)判斷種苗質(zhì)量、培育壯苗、種苗規(guī)模化生產(chǎn)及機(jī)械化種植等具有重要指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

伴礦景天是Cd污染土壤常用修復(fù)植物，本研究以提高修復(fù)效率為目標(biāo)，根據(jù)伴礦景天種苗農(nóng)藝性狀指標(biāo)及種苗Cd含量將其分為4級(jí)，其中質(zhì)量達(dá)到或高于Ⅱ級(jí)苗（莖粗≥5.0 mm，單株分枝數(shù)≥2個(gè)，苗高≥6.0 cm，種苗含Cd量≤5 mg/kg），為優(yōu)先推薦修復(fù)用種苗，Ⅲ級(jí)苗次之，低于Ⅲ級(jí)苗標(biāo)準(zhǔn)則不建議用于修復(fù)。根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)篩選的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)苗種植后成長(zhǎng)迅速、封行快，種植90 d 后Cd 凈移除量分別是Ⅳ級(jí)苗的3.9 倍、3.4 倍、2.0 倍，其中Ⅰ、Ⅱ級(jí)苗90 d 內(nèi)Cd 凈移除量均超過(guò)200 g/hm2，修復(fù)效率遠(yuǎn)高于不分級(jí)直接種植的種苗。伴礦景天種苗質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的制定將有利于規(guī)范出圃苗質(zhì)量，解決規(guī)?；N苗繁育中所面臨的種苗Cd含量高、移栽后成活率低、生長(zhǎng)速度慢、修復(fù)效率低、栽培成本高等問(wèn)題，對(duì)提高修復(fù)效果至關(guān)重要，可為將來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)田修復(fù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化提供依據(jù)。