生物炭和雞糞改良劑對(duì)鉛脅迫下番茄生理生化、鉛吸收及土壤性質(zhì)的影響

胡靜姝　周新萍

摘要：以鉛（Pb）污染土壤（526.51 mg/kg）為基質(zhì)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，設(shè)置Pb脅迫下施用生物炭（30、60 g/kg，B1、B2）、雞糞（30、60 g/kg，M1、M2）及其組合（B1+M1、B1+M2、B2+M1、B2+M2）處理，以不添加改良劑為對(duì)照處理（CK），探索生物炭和雞糞改良劑對(duì)Pb脅迫下番茄生理生化、Pb吸收及相關(guān)土壤性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，生物炭、雞糞相關(guān)處理均可提高番茄干物質(zhì)量、株高、SPAD值、根系性狀指標(biāo)、根際土壤酶活性以及葉片抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性，降低丙二醛含量，從而減輕Pb脅迫對(duì)番茄產(chǎn)生的氧化應(yīng)激。生物炭、雞糞相關(guān)處理可顯著降低番茄根系、地上部的Pb含量，介導(dǎo)土壤Pb形態(tài)轉(zhuǎn)變，降低有效Pb含量。單施雞糞改良劑對(duì)于促進(jìn)番茄生長(zhǎng)和提高葉片抗氧化酶活性更有效；單施生物炭處理在誘導(dǎo)土壤堿化和固定Pb方面更有效。生物炭和雞糞的組合使用具有疊加效應(yīng)，對(duì)番茄生長(zhǎng)發(fā)育、葉片抗氧化酶活性和土壤酶活性的影響更大。與B1+M1處理相比，其他處理的番茄組織中的Pb含量和土壤有效Pb含量顯著提高，番茄Pb生物富集系數(shù)、轉(zhuǎn)移系數(shù)分別提高1.23%～58.28%、7.83%～40.89%。綜上，生物炭和雞糞組合使用在降低土壤Pb生物有效性、減少番茄Pb吸收、改良土壤性質(zhì)以及促進(jìn)番茄生長(zhǎng)方面具有良好效果，以30 g/kg生物炭配施30 g/kg雞糞改良劑效果最佳。

關(guān)鍵詞：生物炭；雞糞；鉛吸收；番茄生長(zhǎng)；抗氧化系統(tǒng)；土壤酶活性

中圖分類號(hào)：S641.206文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）09-0181-08

農(nóng)田土壤重金屬污染已成為全球性的嚴(yán)重問題，大量研究表明，重金屬對(duì)植物有毒，會(huì)抑制植物生長(zhǎng)發(fā)育，降低作物產(chǎn)量［1］。鉛（Pb）是一種典型的有害重金屬，主要通過礦產(chǎn)開采、廢水灌溉以及化學(xué)肥料、農(nóng)藥等人類行為在土壤中富集，進(jìn)而威脅農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展［2］。Pb極易被植物吸收富集，對(duì)植物具有極強(qiáng)的破壞性，可顯著抑制植物的增殖、發(fā)育代謝以及養(yǎng)分吸收，引起植物生理系統(tǒng)紊亂［3-4］。被植物吸收的Pb可通過食物鏈對(duì)人畜健康造成威脅，導(dǎo)致動(dòng)物體血壓升高、神經(jīng)功能減退、腎臟損傷及嚴(yán)重的腦損傷［5］。Pb污染土壤的修復(fù)對(duì)于確保土壤安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要［2-4］。目前使用的重金屬修復(fù)手段主要包括物理、化學(xué)以及生物修復(fù)，其中物理修復(fù)是使用頻率最高、最簡(jiǎn)便的措施［6］，生物質(zhì)炭類、有機(jī)物類是應(yīng)用最廣泛、常規(guī)的物理型修復(fù)技術(shù)。

生物炭是基于生物殘?bào)w在無(wú)氧環(huán)境中熱解產(chǎn)生的一種富碳產(chǎn)品［7］。生物炭具有弱堿性、比表面積廣、孔隙率大、穩(wěn)定性高、富含多種氧官能團(tuán)等特點(diǎn)［8］，且含有一定量的大量和微量營(yíng)養(yǎng)元素，可在一定程度上促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育［9］。大量研究表明，生物炭可通過沉淀、吸附、離子交換反應(yīng)、提高土壤微生物活性以及改變微生物群落結(jié)構(gòu)等途徑影響重金屬形態(tài)，并降低重金屬的植物有效性［10］。黃連喜等以農(nóng)作物殼（花生、水稻）與椰殼制備的生物炭作為土壤調(diào)理劑，研究發(fā)現(xiàn)，不同生物炭均可顯著降低土壤有效態(tài)Pb、鎘（Cd）含量及油麥菜可食用部位Pb、Cd積累量，并對(duì)油麥菜有明顯的促生長(zhǎng)效果［11］。毛欣宇等研究表明，生物炭可將土壤中的有效態(tài)Pb向其潛在活化形態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)化、鈍化穩(wěn)定程度與改性生物炭用量密切相關(guān)［12］。然而，目前關(guān)于多種有機(jī)型改良劑組合使用對(duì)重金屬的固定效果尚不清楚。

一般而言，生物炭由于環(huán)境差異與炭老化等因素，對(duì)重金屬的固定能力表現(xiàn)出較大差異［13］，且養(yǎng)分含量較少，無(wú)法深刻影響土壤肥力和植物生長(zhǎng)［14］。農(nóng)家肥是常用的有機(jī)物料，因具備較高的肥力水平而受到廣泛關(guān)注［15］。其中雞糞是穩(wěn)定的土壤改良劑，可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善保水性和土壤結(jié)構(gòu)，并可提供大、中、微量有效養(yǎng)分元素，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng)［16］。已有研究表明，雞糞改良劑對(duì)有機(jī)絡(luò)合位點(diǎn)具有親和力，可減少土壤可交換性重金屬組分含量，且可通過降低土壤容重來(lái)稀釋金屬濃度［17］。然而，目前關(guān)于生物炭、雞糞對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)效果的探索主要集中在鎘、砷方面，對(duì)Pb的固定效果知之甚少，且對(duì)設(shè)施園藝的研究更鮮有涉及?；诖耍狙芯刻剿魃锾?、雞糞單施或混合施用對(duì)Pb污染土壤中番茄生長(zhǎng)、葉片抗氧化酶活性、Pb吸收和土壤性質(zhì)的影響，以期為Pb污染土壤的治理及番茄安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2022年5—8月在東莞城市學(xué)院大棚試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行。供試番茄品種為中雜9號(hào)，種子來(lái)自廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所。供試土壤取自廣東省東莞市某電子拆卸區(qū)原番茄種植區(qū)，pH值為5.88，有機(jī)質(zhì)含量為19.26 g/kg，有效氮、磷、鉀含量分別為65.52、14.15、123.73 mg/kg，土壤有效鉛含量為526.51 mg/kg，根據(jù)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》［18］，當(dāng)土壤pH值為5.5～6.5時(shí)，農(nóng)田土壤鉛（Pb）污染的臨界值為90 mg/kg，供試土壤Pb嚴(yán)重超標(biāo)，為中輕度污染水平。生物炭原料為花生殼，購(gòu)自廣東炭都生物科技控股有限公司；雞糞為腐熟干雞糞，購(gòu)自東莞市圣茵生物有機(jī)肥有限公司，2個(gè)供試改良劑基本信息見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用2因素2水平隨機(jī)設(shè)計(jì)，2因素分別為生物炭（B）、雞糞（M），2水平分別為施用量30、60 g/kg，相應(yīng)單施和組合施用處理分別為B1、B2、M1、M2、B1+M1、B1+M2、B2+M1、B2+M2；以不施生物炭與不施雞糞改良劑為對(duì)照（CK），其中施用量30、60 g/kg為生物炭或雞糞用量與盆栽用土比（以干基計(jì)），試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，每處理3次重復(fù)。盆栽所用器具為廣口圓桶，上半徑、下半徑分別為13.5、11.0 cm，每盆裝土5 kg。相應(yīng)處理按上述施用量與土壤混合均勻后，每盆播撒種子3粒，1周后間苗至1株，培育周期為50 d，期間保持60%～75%的土壤持水量。

1.3 樣品采集及測(cè)定分析

1.3.1 番茄植株生長(zhǎng)參數(shù)及抗氧化系統(tǒng)參數(shù)測(cè)定

盆栽結(jié)束后，采用卷尺測(cè)量株高，根系形狀（體積、總根長(zhǎng)、直徑、表面積）采用EPSON V700掃描、WinRHizo 2021軟件分析測(cè)定。

在培養(yǎng)第35天時(shí)，采用手持葉綠素計(jì)（YLS-A1，石家莊泛勝有限公司）對(duì)番茄功能葉（由下往上數(shù)第4張葉片）的相對(duì)葉綠素含量（SPAD值）進(jìn)行測(cè)定。番茄葉片的抗氧化系統(tǒng)參數(shù)包括丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性以及過氧化氫酶（CAT）活性，均采用北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)的Elisa試劑盒進(jìn)行測(cè)定，試劑盒型號(hào)分別為BC0020、BC5250、BC0090及BC0200。

1.3.2 番茄生物量及Pb含量測(cè)定

在培養(yǎng)第50天時(shí)，將番茄根、莖、葉進(jìn)行分離，并用自來(lái)水和蒸餾水仔細(xì)清洗后，放入烘箱中烘干至恒重，記錄干燥根、莖、葉的生物量。將干燥的植物樣品剪碎，在實(shí)驗(yàn)室用小型球磨機(jī)（Retsch MM 400，德國(guó)萊馳公司）研磨至＜0.25 mm并儲(chǔ)存，用于鉛含量分析。將磨細(xì)后的樣品采用HNO3 ∶HClO4=2 ∶1（體積比）溶液進(jìn)行酸解，在原子吸收分光光度計(jì)（TAS-986，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）中采用原子吸收法［19］進(jìn)行Pb含量測(cè)定。

1.3.3 土壤養(yǎng)分含量及土壤酶活性測(cè)定

在培養(yǎng)第50天時(shí)，用手搖動(dòng)番茄根，去除松散黏附的土壤，以收集根際土壤，將根際土壤樣品干燥、研磨并過篩（2 mm篩孔）。采用pH計(jì)測(cè)定土壤pH值（水 ∶土=5 ∶1）；采用電導(dǎo)率儀（AR8211，東莞萬(wàn)創(chuàng)電子制品有限公司）測(cè)定土壤電導(dǎo)率；土壤有機(jī)碳（SOC）含量采用重鉻酸鉀-硫酸比色法測(cè)定；土壤有效氮（AN）、有效磷（AP）、速效鉀（AK）含量分別采用堿解擴(kuò)散法、鉬藍(lán)比色法、火焰光度法［20］測(cè)定。土壤酶包括脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶及幾丁質(zhì)酶的活性均采用北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)的試劑盒進(jìn)行測(cè)定，試劑盒型號(hào)分別為BC0120、BC0240、BC0100及BC1930。

1.3.4 土壤鉛分級(jí)測(cè)定

將土壤中的鉛分為離子交換態(tài)鉛（EPb）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)鉛（CPb）、鐵錳氧化態(tài)鉛（FPb）、有機(jī)結(jié)合態(tài)鉛（OPb）以及殘?jiān)鼞B(tài)鉛（DPb），其中EPb采用CH3COO（NH4）2溶液提取，其他鉛形態(tài)（CPb、FPb、OPb、DPb）采用二乙烯三胺五乙酸（DTPA）、Tessier連續(xù)提取法［21］浸提，所有形態(tài)鉛含量采用原子吸收法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

鉛的生物富集系數(shù)（BCF）、轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF）按照以下公式［22］計(jì)算：

BCF=番茄植株P(guān)b含量/土壤Pb含量；

TF=植株地上部Pb含量/根系Pb含量；

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 27.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 12繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭和雞糞對(duì)Pb脅迫下番茄生長(zhǎng)發(fā)育的影響

由表2可知，生物炭處理（B1、B2）、雞糞鈍化劑處理（M1、M2）、生物炭與雞糞組合處理（B1+M1、B1+M2、B2+M1、B2+M2）與對(duì)照處理（CK）在干物質(zhì)量、株高、SPAD值、根系性狀（表面積、直徑、總長(zhǎng)度、體積）等7個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)上均存在一定差異，其中根系直徑表現(xiàn)為CK＜B1＜B2＜M1＜M2＜B1+M1、B1+M2、B2+M1＜B2+M2，與CK相比，B1處理提高8.77%，但二者無(wú)顯著差異，其他處理則較CK顯著提高10.53%～38.60%。與CK相比，生物炭、雞糞鈍化劑及其組合處理（B1、B2、M1、M2、B1+M1、B1+M2、B2+M1、B2+M2）的干物質(zhì)量、株高、SPAD值、根系表面積、根系總長(zhǎng)度及根系體積分別提高30.21%～100.81%、35.28%～92.75%、15.69%～61.04%、16.09%～98.60%、6.26%～46.17%及42.52%～110.99%；且各指標(biāo)的極大值均出現(xiàn)在生物炭與雞糞鈍化劑組合施用處理（B1+M1、B1+M2、B2+M1、B2+M2）中。說(shuō)明生物炭、雞糞鈍化劑對(duì)番茄植株生長(zhǎng)發(fā)育有顯著影響，二者結(jié)合處理效果更佳。

2.2 生物炭和雞糞對(duì)Pb脅迫下番茄葉片抗氧化系統(tǒng)參數(shù)的影響

由圖1可知，番茄葉片的丙二醛（MDA）含量表現(xiàn)為CK高于生物炭、雞糞鈍化劑及其組合處理（B1、B2、M1、M2、B1+M1、B1+M2、B2+M1、B2+M2），而在超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性上的表現(xiàn)則相反。與CK相比，生物炭、雞糞鈍化劑處理下的SOD、POD、CAT活性分別提高4.56%～54.28%、36.54%～112.68%、30.74%～71.73%，且酶活性較大值主要集中出現(xiàn)在30 g/kg生物炭處理（B1+M1、B1+M2）上。丙二醛（MDA）含量表現(xiàn)為B2+M2處理＜M1處理＜BC2處理＜B2+M1處理＜B1處理＜B1+M2處理＜B1+M1處理＜B2+M2處理＜CK，與CK相比，生物炭、雞糞鈍化劑相關(guān)處理顯著下降11.83%～31.76%。

2.3 生物炭和雞糞對(duì)Pb脅迫下番茄土壤性質(zhì)的影響

由表3可知，各處理番茄土壤pH值在5.55～6.75范圍內(nèi)，其中以B2+M2處理最高，其他處理較其降低4.00%～17.78%。土壤有機(jī)碳含量以單施雞糞處理（M1、M2）高于單施生物炭處理（B1、B2），而與CK相比，生物炭、雞糞鈍化劑處理提高4.76%～37.67%，其中M2、B1+M1、B2+M2處理顯著高于CK。單施生物炭處理與單施雞糞鈍化劑處理的電導(dǎo)率均無(wú)顯著差異，且皆顯著大于CK；在生物炭與雞糞鈍化劑組合處理中，以B2+M2處理電導(dǎo)率最高，其次為B1+M2，二者均顯著大于單施生物炭、單施雞糞處理。各處理堿解氮含量由低到高表現(xiàn)為CK＜B1處理＜B2處理＜M1處理＜M2處理＜B2+M1處理＜B1+M2處理＜B1+M1處理＜B2+M2處理，與CK相比，生物炭、雞糞鈍化劑處理提高6.08%～30.29%，其中M2、生物炭與雞糞鈍化劑組合處理（B1+M1、B1+M2、B2+M1、B2+M2）均顯著大于CK。各處理有效磷含量差異規(guī)律與堿解氮含量基本一致。速效鉀含量仍以CK最低，生物炭、雞糞鈍化劑處理較其顯著提高6.77%～55.83%；而在生物炭、雞糞鈍化劑處理中，以單施雞糞鈍化劑處理高于單施生物炭處理，且在組合處理中，以M2處理高于M1處理。

2.4 生物炭和雞糞對(duì)Pb脅迫下番茄土壤酶活性的影響

由圖2可知，番茄土壤脲酶（URE）活性以B2+M2處理最高，CK、B1、B2、M1、M2較其分別顯著降低53.42%、34.12%、35.87%、25.87%、20.79%，其他處理與B2+M2處理無(wú)顯著差異。各處理土壤蔗糖酶（SUC）活性表現(xiàn)為CK＜B1處理＜B2處理＜M1處理＜M2處理＜B2+M1處理＜B1+M2處理＜B1+M1處理＜B2+M2處理，其中與CK相比，生物炭、雞糞鈍化劑相關(guān)處理提高33.81%～96.94%。土壤過氧化氫酶（CAT）活性以CK最低，生物炭、雞糞鈍化劑相關(guān)處理較其顯著提高14.43%～97.56%，其中生物炭與雞糞組合處理整體大于單施生物炭或單施雞糞處理，且以B1+M2處理最高。幾丁質(zhì)酶（CHI）活性以CK最低，生物炭、雞糞鈍化劑相關(guān)處理較其顯著提高117.91%～202.99%；就生物炭、雞糞鈍化劑相關(guān)處理而言，以B1+M1處理最高，且顯著大于CK、B1、B2、M1處理。

2.5 生物炭和雞糞對(duì)Pb脅迫下番茄Pb含量及土壤Pb形態(tài)的影響

由圖3可知，在Pb脅迫下，對(duì)照處理（CK）番茄根系及地上部的Pb含量均明顯高于施用生物炭、雞糞鈍化劑相關(guān)處理，與CK相比，生物炭、雞糞鈍化劑相關(guān)處理根系、地上部的Pb含量及植株的Pb總含量分別顯著降低27.48%～57.10%、37.97%～69.55%及32.49%～63.06%，其中均以B1+M1處理存在最低值。在番茄根系土壤不同形態(tài)Pb含量中，不同形態(tài)Pb含量均表現(xiàn)為殘?jiān)鼞B(tài)＜有機(jī)結(jié)合態(tài)＜可交換態(tài)＜碳酸鹽結(jié)合態(tài)＜鐵錳氧化態(tài)，其中可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)及殘?jiān)鼞B(tài)分別占總生物活性物質(zhì)含量的13.98%～28.43%、16.68%～27.25%、27.22%～40.67%、10.92%～21.36%及6.19%～11.47%?？山粨Q態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb含量整體以B1+M1、B2+M2處理較高，CK較低，而鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)Pb含量則與之相反。

2.6 生物炭和雞糞對(duì)Pb脅迫下番茄Pb生物富集及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由圖4可知，在Pb脅迫下，鉛（Pb）的生物富集系數(shù)（BCF）以對(duì)照處理（CK）最高，為1.157，施用生物炭、雞糞鈍化劑相關(guān)處理較其顯著降低21.69%～36.82%；就生物炭、雞糞鈍化劑相關(guān)處理而言，以B1+M1處理最低，其他處理較其提高1.23%～58.28%，其中與B1+M2、B2+M1、B2+M2處理無(wú)顯著差異，而顯著小于其他單施生物炭或單施雞糞鈍化劑處理。各處理轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF）差異規(guī)律與BCF總體一致，即各處理表現(xiàn)為B1+M1處理＜B1處理＜B2+M2處理＜B2處理＜B1+M2處理＜M2處理＜B2+M1處理＜M1處理＜CK，也以CK最高，B1+M1處理最低，其中與B1+M1處理相比，其他處理提高7.83%～40.89%。

3 討論

生物炭、雞糞均是目前常用的重金屬鈍化劑，有研究表明，施用生物炭和雞糞可有效減輕重金屬對(duì)植物的毒害作用［8，23］。本研究結(jié)果表明，所有生物炭、雞糞鈍化劑處理均可在一定程度上提高Pb脅迫下的番茄干物質(zhì)量、株高、SPAD值、根系性狀（表面積、直徑、總長(zhǎng)度、體積），該結(jié)果與前人的研究基本一致，劉領(lǐng)等的研究表明，不同秸稈生物炭、雞糞添加量均可顯著增大Pb脅迫下玉米的株高、鮮重、光合色素含量及光合性能［24］。這可能是因?yàn)殡u糞為有機(jī)肥，可直接為番茄提供必需的營(yíng)養(yǎng)元素，進(jìn)而促進(jìn)植株生長(zhǎng)［23］。本研究中，單施或聯(lián)合施用生物炭、雞糞，番茄葉片的超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶活性有所增加，而丙二醛含量顯著降低，這表明生物炭和雞糞均可有效降低Pb脅迫導(dǎo)致的活性氧損傷。此外，研究結(jié)果進(jìn)一步顯示，與單施生物炭相比，單施雞糞改良劑在促進(jìn)番茄生長(zhǎng)發(fā)育和提高葉片抗氧化酶活性方面更有效，而生物炭與雞糞配施對(duì)提高葉片抗氧化酶活性的效果更大。

土壤有機(jī)碳、有效養(yǎng)分是影響作物生長(zhǎng)的主要限制因素，其含量高低決定著當(dāng)季作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的形成［25］。在本研究中，與對(duì)照處理（CK）相比，生物炭、雞糞鈍化劑相關(guān)處理均增加土壤有機(jī)碳、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，同時(shí)降低土壤有效鉛含量，這可能是因?yàn)樯锾恐泻写罅康奶荚?，且含有一定量的大量元素和中微量礦質(zhì)養(yǎng)分，可有效提高土壤基礎(chǔ)肥力［9］。此外，生物炭的表面電荷、官能團(tuán)、多孔結(jié)構(gòu)、較大的表面積等有利于保留土壤水分、養(yǎng)分，增加土壤孔隙度、降低容重，為植物生長(zhǎng)提供有利環(huán)境［26］。而雞糞中含有多種養(yǎng)分，可以增加土壤養(yǎng)分含量，改善土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，增強(qiáng)土壤微生物活性［27］。

土壤酶受土壤微生物群落分泌的胞內(nèi)和胞外酶所介導(dǎo)，參與植物的養(yǎng)分循環(huán)和利用，其活性可作為判斷土壤是否健康的指標(biāo)［28］。本研究結(jié)果表明，生物炭和雞糞處理均可顯著提高Pb脅迫下土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶和幾丁質(zhì)酶的活性。這與前人的研究結(jié)果總體趨于一致，即雞糞、生物炭是優(yōu)質(zhì)的土壤改良劑，可通過促進(jìn)土壤微生物增殖來(lái)提高土壤酶活性［29］。本研究中，與CK相比，在生物炭和雞糞的組合施用處理下，鉛污染土壤中的蔗糖、脲酶、過氧化氫酶及幾丁質(zhì)酶活性總體較高。土壤中酶活性的增加可能是由于鉛脅迫降低、微生物活性提高造成的［30］。本研究中，在生物炭和雞糞處理下鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)Pb含量增加，說(shuō)明通過將Pb結(jié)合在土壤中并將其轉(zhuǎn)化為不可用的形態(tài)，可能是生物炭、雞糞降低Pb脅迫的潛在機(jī)制之一。

前人研究發(fā)現(xiàn)，施用秸稈生物炭、農(nóng)家肥均可顯著降低玉米根系、莖及葉片中的Pb含量，同時(shí)減少玉米根和地上部組織中的Pb、Zn、Cu、Cd含量［24］。本研究結(jié)果表明，施用生物炭和/或雞糞鈍化劑均可降低番茄Pb含量，其中生物炭和雞糞組合施用最大程度地降低了番茄對(duì)Pb的吸收，而生物炭在降低番茄組織中Pb含量方面比雞糞更有效。施用生物炭后番茄的Pb含量減少，可能是由于生物炭具有較大的表面積、多孔結(jié)構(gòu)和高表面電荷密度，具有吸收重金屬的能力［31］。本研究中，與單施雞糞處理相比，生物炭在提高土壤pH值方面更有效。土壤pH值的提高有利于將重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰滓苿?dòng)的離子形式，降低重金屬的生物利用度，從而減少重金屬離子從土壤到植物組織的轉(zhuǎn)移［10］。雞糞改良劑對(duì)番茄組織中Pb濃度的降低作用可能與表面電荷、金屬結(jié)合化合物、腐殖質(zhì)等能與重金屬產(chǎn)生吸附、絡(luò)合、沉淀反應(yīng)有關(guān)［32］。

本研究中，生物炭和雞糞組合使用對(duì)于減少番茄對(duì)Pb的吸收更有效，生物炭和雞糞之間存在附加相互作用，二者結(jié)合使用可有效減輕Pb毒性，并改善Pb脅迫下的番茄生長(zhǎng)。生物炭和雞糞聯(lián)合施用的疊加效應(yīng)有多種機(jī)制，一方面，施用雞糞可彌補(bǔ)生物炭自身的營(yíng)養(yǎng)缺乏［23-24］，而施用生物炭可以增加養(yǎng)分保留，延長(zhǎng)雞糞中養(yǎng)分的釋放期，有效提高有機(jī)肥的利用率［24］；生物炭與雞糞組合使用可以提高土壤有機(jī)碳含量、電導(dǎo)性、pH值以及物理吸附和沉淀能力，有利于吸附和固定重金屬［33-34］。另一方面，生物炭和雞糞之間存在積極的相互作用，生物炭表面可被有機(jī)肥中的腐殖質(zhì)和微生物氧化，且生物炭和雞糞混合物中的腐殖質(zhì)和礦物氧化物可以產(chǎn)生重金屬絡(luò)合物［29］。此外，生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)可以提供生態(tài)位，作為雞糞和土壤中微生物的載體，從而為微生物生長(zhǎng)提供有利的環(huán)境來(lái)固定重金屬［35］。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，生物炭、雞糞單施或聯(lián)合施用均能改善鉛脅迫下的番茄生長(zhǎng)發(fā)育、抗氧化酶活性和土壤酶活性，同時(shí)生物炭、雞糞處理均可降低番茄植株中的鉛含量，介導(dǎo)改變土壤鉛形態(tài)，以降低有效鉛含量。單施生物炭在提高土壤pH值、減少Pb從土壤到番茄的易位以及促進(jìn)Pb固定方面更有效；單施雞糞對(duì)促進(jìn)番茄生長(zhǎng)和提高葉片抗氧化酶活性更有效；生物炭和雞糞聯(lián)合施用具有累加效應(yīng)，對(duì)于改善番茄生長(zhǎng)、提高抗氧化酶活性和降低番茄組織、土壤中的鉛含量更有效，其中以 B1+M1處理效果較佳，與B1+M1處理相比，其他處理生物富集系數(shù)、轉(zhuǎn)移系數(shù)分別提高1.23%～58.28%、7.83%～40.89%。

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收稿日期：2024-01-03

基金項(xiàng)目：東莞城市學(xué)院基金（編號(hào)：2020QJY006Z）。

作者簡(jiǎn)介：胡靜姝（1983—），女，湖北武漢人，碩士，講師，主要從事農(nóng)作物安全生產(chǎn)與化學(xué)工程研究。E-mail：Hjingsu2023@163.com。

通信作者：周新萍，碩士，講師，主要從事環(huán)境工程、環(huán)境微生物研究。E-mail：Zhouxp2020@163.com。