阮彥楠，呂本春，楊偉，王應(yīng)學(xué)，陳檢鋒，尹梅，陳華，王偉，梁志妹，王志遠(yuǎn)*，付利波*

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明 650205；2.昆明市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，昆明 650118；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明 650201；4.昆明學(xué)院，昆明 650214；5.昆明市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，昆明 650118）

鎘（Cd）是一種有強遷移性和生物毒性的重金屬污染物，在植物體內(nèi)累積，抑制植物光合作用、影響根系生長、降低農(nóng)作物產(chǎn)量，進(jìn)而危害人體健康[1-2]。因此，降低農(nóng)田土壤Cd 的有效性，減少作物對Cd 的吸收，成為土壤科學(xué)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究的重點。生物炭、硅肥、鈣鎂磷肥等堿性鈍化劑通過改變土壤中重金屬形態(tài)，削弱其生物有效性和遷移性，從而降低土壤中重金屬對動植物的毒害作用[3-4]。張靜靜等[5]通過施用生物炭材料增強土壤pH值來降低微堿性土壤中Cd含量；Prabagars等[6]發(fā)現(xiàn)硅降低水稻根和莖葉中遷移性較強的乙醇提取態(tài)和去離子水提取態(tài)的Cd含量，促進(jìn)難遷移的醋酸提取態(tài)和鹽酸提取態(tài)Cd 形態(tài)的生成，降低水稻體內(nèi)Cd 的遷移性；鄢德梅等[4]研究發(fā)現(xiàn)在施用2 250 kg·hm-2鈣鎂磷肥的條件下，土壤中有效態(tài)Cd含量顯著降低46.97%，糙米中Cd含量降低至0.04 mg·kg-1。

綠肥在農(nóng)田重金屬污染修復(fù)中通過影響土壤中有機(jī)質(zhì)含量、pH值、還原性鐵和微生物群落[7]等，減少土壤中的活性Cd，進(jìn)而有效阻斷農(nóng)作物中的Cd 含量。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)施加綠肥油菜顯著降低土壤交換態(tài)Cd，增加土壤有機(jī)質(zhì)和微生物碳、氮含量，有效減輕Cd 在土壤中的毒性[8-9]。因此，種植綠肥減少土壤Cd 向農(nóng)作物的遷移是一項經(jīng)濟(jì)有效的措施。但是也有部分研究發(fā)現(xiàn)綠肥翻壓進(jìn)入土壤中容易受到后茬作物根系分泌物的影響，根系分泌物對土壤的酸化作用容易抵消綠肥產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)對重金屬的螯合作用，是影響綠肥應(yīng)用在土壤中重金屬有效性的主要限制因素[10-12]。另外綠肥翻壓進(jìn)入土壤中，在增加土壤中溶解有機(jī)物（DOM），降低Cd的有效性的同時，如果綠肥產(chǎn)生的DOM 分解時間較長時，一旦超過作物的生長周期，綠肥所產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)大部分仍為可溶性，這反而可能會增加重金屬Cd 對作物的毒性。由此可見，綠肥對交換態(tài)Cd 的影響不盡相同，有必要進(jìn)一步考慮綠肥與其他鈍化效果較好的材料相結(jié)合來減少植物對活性Cd的響應(yīng)。

前人研究發(fā)現(xiàn)，施加鈍化劑容易增加土壤的pH值，而綠肥翻壓后容易增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，土壤pH 值提高，可增加土壤膠體表面的負(fù)電荷，從而增強了土壤膠體對Cd 離子的吸附能力，而有機(jī)質(zhì)可通過絡(luò)合、離子交換和沉淀等過程增強土壤對Cd 的吸附能力，研究表明，土壤pH的提高可增加有機(jī)質(zhì)表面的負(fù)電荷，使其更有效地絡(luò)合Cd2+，從而可進(jìn)一步降低土壤中Cd 的活性，肖敏等[13]研究發(fā)現(xiàn)，紫云英與石灰配施時，土壤Cd 有效性和稻米Cd 含量均顯著降低。湯建等[14]研究發(fā)現(xiàn)紫云英與生物炭配施既可提高水稻產(chǎn)量，也更能降低水稻籽粒中Cd 的含量。另一種研究表明，施用鈍化劑對綠肥腐解及氮、磷、鉀養(yǎng)分釋放具有促進(jìn)作用，這是由于促進(jìn)綠肥腐解的多數(shù)微生物適合在中性或微堿性環(huán)境中活動，施用石灰能中和腐解過程和后茬作物根系釋放的有機(jī)酸等物質(zhì)，為微生物的生長繁殖提供更有利環(huán)境[15]，從而增加微生物數(shù)量，促進(jìn)綠肥腐解和氮、磷、鉀養(yǎng)分的釋放。因此可推斷出綠肥配施鈍化劑有助于加快綠肥的腐解，從而有利于降低土壤和當(dāng)季作物中Cd的有效性。綜上可知，綠肥與鈍化劑對Cd響應(yīng)存在兩方面的作用，一方面綠肥和鈍化劑協(xié)同作用下，可進(jìn)一步降低土壤有效Cd 的含量，另一方面鈍化劑有利于綠肥的腐解，有利于降低Cd的有效性。

以上綠肥配施鈍化劑的相關(guān)研究主要集中在紫云英配施不同鈍化劑上，目前已證明豆科綠肥光葉紫花苕（Vicia villosa var.）在降低土壤和作物有效Cd 含量具有很大的應(yīng)用潛力[7，16]，但對光葉紫花苕配施不同鈍化劑對植物Cd的解毒作用尚未見系統(tǒng)報道。娃娃菜因其生長快、易栽培管理常被用作重金屬污染相關(guān)研究的指示蔬菜作物。生物炭、硅肥、鈣鎂磷肥等鈍化劑在修復(fù)酸性Cd 污染土壤中應(yīng)用廣泛[3-6]，但對修復(fù)微堿性Cd 污染土壤報道較少。因此，本文采用盆栽試驗，以東川微堿性農(nóng)田Cd 污染土壤為供試土壤，娃娃菜為研究對象，探究旱地綠肥光葉紫花苕配施鈍化劑生物炭、硅肥、鈣鎂磷肥對蔬菜產(chǎn)量、根系形態(tài)、光合作用及其Cd 轉(zhuǎn)運效應(yīng)等的影響。本研究通過尋求最佳的緩解Cd 毒害的綠肥配施鈍化劑種類，以期為準(zhǔn)確評估綠肥與鈍化劑配施體系對蔬菜生長和土壤重金屬Cd有效性的影響提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

盆栽試驗于云南省昆明市嵩明縣農(nóng)科院嵩明基地大棚內(nèi)進(jìn)行（25°28'N，102°41'E）。該地區(qū)屬于低緯亞熱帶高原季風(fēng)氣候，年平均氣溫和年平均降水量分別為11~22 ℃和899.8 mm。

盆栽土取自云南省昆明市東川區(qū)Cd 污染農(nóng)田（25°57'~26°32'N，102°47'~103°18'E），海拔1 000 m。土壤類型為沖積土，pH 值為7.54，土壤養(yǎng)分含量為有效磷15.2 mg·kg-1、速效鉀76.5 mg·kg-1、堿解氮62.8 mg·kg-1、全磷1.52 g·kg-1、全鉀16.9 g·kg-1、全氮1.37 g·kg-1、有機(jī)質(zhì)10.71 g·kg-1。供試土壤Cd含量為1.56 mg·kg-1，未超過GB 15618—2018的風(fēng)險篩選值，故研究區(qū)域?qū)儆谳p度重金屬Cd污染農(nóng)田。

供試蔬菜品種為高麗余娃娃菜（Brassicapekinen?sis），為當(dāng)?shù)貜V泛種植的蔬菜作物。供試豆科綠肥作物為光葉紫花苕（Vicia villosa var.），種子來源于國家綠肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系昆明綜合試驗站。生物炭購自南京勤豐秸稈科技有限公司（全氮1.4 g·kg-1、全磷1.4 g·kg-1、全鉀13.2 g·kg-1、有機(jī)碳478 g·kg-1、pH 值10.16、Cd 0.026 mg·kg-1），鈣鎂磷肥購自浙江農(nóng)得惠肥業(yè)有限公司（P2O515%、CaO 45%、SiO220%，MgO 12%、pH 值9.79、Cd 0.04 mg·kg-1），硅肥購自昆明懿堂春科技有限公司（SiO≥30%，pH 值10.78，Cd 含量0.013 mg·kg-1）。盆栽裝置盆體為PVC 材質(zhì)，高17.5 cm，內(nèi)徑18.5 cm。

1.2 試驗設(shè)計

娃娃菜于2021 年8 月15 日播種育苗，9 月2 日移栽。試驗設(shè)5個處理，分別為：（1）空白（CK）；（2）豆科綠肥光葉苕子（G）；（3）光葉苕子+生物炭（GB）；（4）光葉苕子+硅肥（GS）；（5）光葉苕子+鈣鎂磷肥（GP）；每個處理5 個重復(fù)，共計25 個盆栽，前期試驗研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)綠肥光葉苕子用量為39.6 g·pot-1時對降低土壤（23.20%）和蔬菜（22.34%）Cd 含量效果最佳，而生物炭、硅肥和鈣鎂磷肥的用量參照改良張靜靜等[5]的用量，具體施用量見表1，將豆科綠肥光葉紫花苕和鈍化劑與土壤混合均勻后裝盆，每盆土4 kg，定量澆去離子水，控制土壤含水量約為田間持水量的60%。裝盆2周后，每盆移栽娃娃菜幼苗1株，娃娃菜生長期間根據(jù)需要澆水施肥。收獲后分別采集土壤與植株樣品。

表1 盆栽試驗有機(jī)物料和鈍化劑用量Table 1 Pot experiment of organic materials and immobilization amendment dosage

1.3 測試指標(biāo)與方法

1.3.1 娃娃菜地上部指標(biāo)

娃娃菜收獲時先測定葉長、葉寬和葉片數(shù)，并計算根冠比和葉面積。于08：30—11：30 使用SPAD-502 葉綠素儀和便攜式光合速率測定儀（LI-6400XT，美國）測定同一葉位（第三片展開葉）葉片葉綠素含量、凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）。

1.3.2 娃娃菜地下部指標(biāo)

自來水沖洗泥土后用去離子水清洗瀝干水后測量地上部產(chǎn)量，并用EPSON PERFECTIONV 700 儀掃描娃娃菜根系后用根分析軟件WinRHIZO-Pro 2013（Regent Instruments Inc.）測定根長、根表面積、根體積、平均根系直徑、根尖數(shù)和分枝數(shù)）。同時取植株樣洗凈晾干水分后置于烘箱、105 ℃殺青30 min 后調(diào)制70 ℃烘干至恒質(zhì)量，分別稱質(zhì)量、記錄地上部和地下部干物質(zhì)量。不銹鋼粉碎機(jī)粉碎烘干樣品、混勻，過0.25 mm 篩后備用。娃娃菜收獲后采集0~20 cm 表層土壤樣，風(fēng)干混勻后用瑪瑙研缽反復(fù)磨細(xì)直至全部過0.149 mm孔徑尼龍篩，裝袋保存、備用。

1.3.3 土壤及娃娃菜Cd含量

土壤有效Cd采用0.01 mol·L-1CaCl2浸提-石墨爐原子吸收分光光度法測定[17]。植物Cd 含量測定采用HNO3-HClO4消解-石墨爐原子吸收分光光度法測定[18]。植物Cd 累積特征用Cd 累積量、富集系數(shù)（En?richment coefficient，EC）、轉(zhuǎn)運系數(shù)（Transfer factor，TF）表示[19]，植物Cd鈍化特征用鈍化效率表示[16]：

Cd 累積量=娃娃菜Cd 含量（mg·kg-1）×娃娃菜生物量（kg）；

富集系數(shù)（EC）=娃娃菜Cd 含量（mg·kg-1）/土壤Cd含量（mg·kg-1）；

轉(zhuǎn)運系數(shù)（TF）=娃娃菜地上部分Cd 含量（mg·kg-1）/娃娃菜地下部分Cd含量（mg·kg-1）；

鈍化效率=（1-Ce/Ci）×100%

式中：Ce 為鈍化處理后單一金屬元素有效態(tài)含量，mg·kg-1；Ci 為對照處理單一金屬元素有效態(tài)含量，mg·kg-1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差采用Excel 2021 軟件處理，采用Duncan 新復(fù)極差法檢驗不同品種之間數(shù)據(jù)差異的顯著性（P<0.05）。采用SPSS 26.0 軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，并利用Origin 2021軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 光葉苕子配施鈍化劑對娃娃菜農(nóng)藝性狀的影響

由表2 可見，與空白對照相比，單獨施用光葉苕子顯著增加娃娃菜地下部生物量、產(chǎn)量，分別增加28.88%和80.38%，且地上部生物量、根冠比和葉片數(shù)也有一定增加，但差異不顯著。與單施光葉苕子相比，光葉苕子配施生物炭、硅肥、鈣鎂磷肥顯著增加娃娃菜地上部分生物量，增幅分別為35.24%、17.70%、33.70%；光葉苕子配施三種不同鈍化劑降低了娃娃菜地下部分生物量（41.44%、33.10%、31.69%）、葉片數(shù)（16.67%、27.78%、16.67%）和 根 冠 比（56.76%、43.24%、48.65%），而光葉苕子和生物炭配施增加娃娃菜葉面積（30.05%）。

表2 光葉苕子配施鈍化劑對娃娃菜農(nóng)藝性狀的影響Table 2 Effects of smooth vetcha combined with immobilization amendment on agronomic traits of baby cabbage

2.2 光葉苕子配施鈍化劑對娃娃菜根系形態(tài)的影響

由圖1 可見，與空白對照相比，施用光葉苕子顯著增加了娃娃菜根長、根表面積、根體積、根尖數(shù)和分枝數(shù)（P<0.05），分別增加89.20%、43.24%、51.15%、85.16%和48.86%，但在一定程度上降低了娃娃菜的平均根系直徑（19.83%，P<0.05）。光葉苕子配施生物炭、硅肥、鈣鎂磷肥卻顯著減小了根表面積（54.82%、35.67%、43.31%，P<0.05）、根尖數(shù)（47.98%、39.06%、52.06%，P<0.05）和分枝數(shù)（48.91%、22.22%、56.11%，P<0.05）。光葉苕子配施生物炭和硅肥則顯著減小了娃娃菜根長（P<0.05），分別減小61.09%和70.43%，但增加了娃娃菜平均根系直徑，分別增加42.56%和154.91%。而對娃娃菜根體積則存在不同程度的影響，光葉苕子配施硅肥最高，相比增加了30.99%，而光葉苕子配施生物炭和鈣鎂磷肥則是減?。?1.37%和61.90%）。由此可見，與對照相比，施用光葉苕子可顯著促進(jìn)娃娃菜根部的生長發(fā)育，有利于植物地下生物量積累；而與單施光葉苕子處理相比，光葉苕子配施鈍化劑則容易降低娃娃菜根表面積、根尖數(shù)和分枝數(shù)，進(jìn)而減小植物地下生物量積累，但有利于娃娃菜地上部分有機(jī)物積累，其中光葉苕子配施硅肥能顯著增加根體積和平均根系直徑（P<0.05），對娃娃菜地下根系生長貢獻(xiàn)較高，不利于提高其可食用部分產(chǎn)量。

圖1 光葉苕子配施鈍化劑對娃娃菜根系形態(tài)的影響Figure 1 Effects of smooth vetcha combined with immobilization amendment on root morphology of baby cabbage

2.3 光葉苕子配施鈍化劑對光合作用和葉綠素含量的影響

光葉苕子單施和配施鈍化劑對娃娃菜光合作用和葉綠素含量有不同的影響。由圖2 可知，與對照相比，單施光葉苕子處理增加了娃娃菜氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和葉綠素含量，分別增加了76.33%、174.05%和10.05 %。

圖2 光葉苕子配施鈍化劑對娃娃菜光合作用和葉綠素含量的影響Figure 2 Effects of smooth vetcha combined with immobilization amendment on photosynthesis and chlorophyll content of baby cabbage

與單施光葉苕子處理相比，光葉苕子配施生物炭、硅肥、鈣鎂磷肥顯著降低蒸騰速率（17.62%~61.05%，P<0.05），光葉苕子配施生物炭和硅肥又可顯著增加氣孔導(dǎo)度（29.29%、18.06%，P<0.05），其中配施硅肥可顯著降低娃娃菜6.43%的葉綠素含量。光葉苕子配施鈣鎂磷肥可顯著增加光合速率和胞間CO2濃度（P<0.05，87.63%和7.25%），可降低娃娃菜氣孔導(dǎo)度（55.10%）。綜上可知，與對照相比，單獨施用光葉苕子可增加娃娃菜部分光合指標(biāo)，利于光合產(chǎn)物的積累；而光葉苕子配施鈍化劑容易增加娃娃菜光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和葉綠素，也在一定程度上增加了娃娃菜光合指標(biāo)，但也存在降低了其胞間CO2濃度。與單施光葉苕子相比，光葉苕子配施鈍化劑只增加了光合速率，降低了蒸騰速率，而其他光合指標(biāo)配施不同鈍化劑呈現(xiàn)不同的規(guī)律。

2.4 光葉苕子配施鈍化劑對土壤-娃娃菜Cd 含量的影響

光葉苕子單施和配施鈍化劑對土壤重金屬Cd有效態(tài)含量有不同的影響。由圖3 可知，與空白對照相比，單施光葉苕子和配施鈍化劑均可降低土壤有效態(tài)Cd含量，其中單施光葉苕子的降低幅度為23.82%，而在所有的處理中，光葉苕子配施生物炭對土壤有效Cd 鈍化效果最佳，差異最為明顯，降低幅度為43.84%。其次在配施不同鈍化劑處理中，與單施光葉苕子、配施硅肥和鈣鎂磷肥處理相比，光葉苕子和生物炭配施均可顯著降低土壤有效Cd 的含量，效果最好；與單施光葉苕子相比，光葉苕子與硅肥配施卻增加了18.34%的土壤有效Cd含量。

圖3 光葉苕子配施鈍化劑對土壤有效Cd含量的影響Figure 3 Effects of smooth vetcha combined with immobilization amendment on soil available Cd content

光葉苕子單施和配施鈍化劑對娃娃菜體內(nèi)Cd含量與累積量有不同影響。由圖4 可知，與空白對照相比，單施光葉苕子可顯著降低娃娃菜地上和地下部分Cd 含量，分別降低22.34%和15.83%。與單施光葉苕子處理相比，光葉苕子配施生物炭、硅肥和鈣鎂磷肥處理可顯著降低地下部分Cd累積量（48.13%、15.32%和26.40%），但增加了地上部分Cd 累積量（48.80%、30.86%和74.99%），且鈣鎂磷肥處理地上部分Cd 累積量為最高（31.21%，P<0.05）；其中，光葉苕子和生物炭配施可顯著降低地下部分Cd 含量（11.34%，P<0.05），顯著低于配施硅肥和鈣鎂磷肥處理，而光葉苕子和硅肥配施則增加地下部分Cd 含量（26.71%，P<0.05），顯著高于其他配施處理。在所有的配施處理中，與空白對照相比，光葉苕子配施生物炭對降低娃娃菜地上和地下Cd 含量差異最明顯（14.56% 和25.37%，P<0.05），效果最好。

圖4 光葉苕子配施鈍化劑對娃娃菜Cd含量和累積量的影響Figure 4 Effects of smooth vetcha combined with immobilization amendment on Cd content and accumulation in baby cabbages

綜上可知，與空白對照相比，單施光葉苕子容易降低土壤有效Cd 和娃娃菜Cd 含量，特別是在降低地上部分Cd 含量效果最好，而配施鈍化劑均可降低土壤有效Cd 含量，對地上和地下Cd 含量影響不同，但配施生物炭效果最佳。光葉苕子配施硅肥較單施光葉苕子容易增加土壤有效Cd（18.34%）和娃娃菜地下部Cd 含量（26.71%），地下部Cd 含量甚至高于空白、配施生物炭和硅肥處理，說明硅肥易導(dǎo)致地下部Cd積累；配施鈣鎂磷肥對娃娃菜地上部Cd貢獻(xiàn)最大，顯著高于配施生物炭和硅肥處理，對降低娃娃菜可食用部分Cd 效果最差；而光葉苕子配施生物炭可進(jìn)一步降低土壤有效Cd 含量，其中光葉苕子配施生物炭對鈍化土壤中Cd、降解娃娃菜地上和地下部分Cd 效果較好，較空白對照分別降低43.84%、14.56% 和25.37%，在降低地上部分Cd 含量上與配施硅肥差異不顯著。

2.5 光葉苕子配施鈍化劑對娃娃菜Cd 富集和轉(zhuǎn)運的影響

由表3 可知，與對照相比，單施光葉苕子可降低Cd 地上和地下富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)；與單施光葉苕子處理相比，光葉苕子配施生物炭增加了Cd 地上富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運系數(shù)，降低了Cd 地下富集系數(shù)，光葉苕子配施硅肥增加了地上和地下富集系數(shù)，降低了轉(zhuǎn)運系數(shù)。光葉苕子配施鈣鎂磷肥增加了Cd 地上、地下富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運系數(shù)。綜合表明光葉苕子配施鈍化劑容易增加娃娃菜植株對Cd的吸收和轉(zhuǎn)運。

表3 光葉苕子配施鈍化劑對娃娃菜Cd富集和轉(zhuǎn)運的影響Table 3 Effects of smooth vetcha combined with immobilization amendments on Cd accumulation and translocation in baby cabbage

2.6 相關(guān)性分析和冗余分析

從圖5 可知，有效態(tài)Cd 含量與產(chǎn)量和葉面積呈顯著負(fù)相關(guān)，地上部分Cd含量與根體積、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率呈顯著負(fù)相關(guān)，與胞間CO2濃度呈顯著正相關(guān)。地下部分Cd 含量與產(chǎn)量、葉面積和蒸騰速率呈顯著負(fù)相關(guān)。Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù)與葉面積呈顯著正相關(guān)，與根冠比、根表面積、根體積和分枝數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。

圖5 植物生理因子與Cd生物有效性的相關(guān)性分析Figure 5 Correlation between plant physiological factors and Cd bioavailability

3 討論

3.1 光葉苕子與鈍化劑配施對娃娃菜生長及Cd 解毒的影響

根系是植物最先感知Cd 等有毒物質(zhì)的器官，土壤中Cd對植物的危害也首先表現(xiàn)在根系變化上。重金屬Cd 脅迫嚴(yán)重影響著植物根系的生長發(fā)育，而根系形態(tài)和結(jié)構(gòu)的變化反過來會影響根系對Cd吸收和木質(zhì)部的裝載效率，從而影響Cd 在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運和累積[20-21]。有研究表明，Cd對植物的影響與其自身重金屬含量有關(guān)，低含量有刺激作用，當(dāng)含量超過一定量時就會抑制其生長發(fā)育，且隨著含量升高抑制作用顯著提高[22]。前人研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用生物炭能夠增加水稻根系生理功能，且根系指標(biāo)隨著生物炭施入量的加大而逐漸增加[23]。這是由于生物炭特殊的孔隙結(jié)構(gòu)具有較大的C/N，使其吸附Cd2+的同時也吸附大量的NH+4和NO-3，進(jìn)而減少N 素的淋溶損失[24]，保持長期供肥作用，從而促進(jìn)植物根系生長發(fā)育。李明等[25]的研究表明通過向重金屬污染土壤中加入玉米秸稈生物炭能夠通過靜電效應(yīng)吸附Cd2+，幼苗的根長和干物質(zhì)隨著生物炭的施用而增加，而根系中Cd 的累積隨著生物炭的施用而減少。而劉阿梅等[26]的研究表明Cd 污染土壤中添加生物炭促進(jìn)了小青菜的生長發(fā)育，株高和鮮質(zhì)量均顯著增加，生物炭對蔬菜葉片生長的影響顯著大于對根系的影響，這說明生物炭對蔬菜主要可食部位的產(chǎn)量有一定的促進(jìn)作用。本研究發(fā)現(xiàn)，光葉苕子與生物炭配施根冠比和根表面積在所有處理中最小，為0.016 cm2·株-1和15.773 cm2·株-1，而這與前人研究的促進(jìn)植物根系生長和干物質(zhì)累積不同，推測可能是由于生物炭施用的比例過高造成土壤水分、養(yǎng)分的流失和土壤pH 升高抑制了娃娃菜根的生長[27]，除根冠比外，與單施綠肥光葉苕子處理相比，光葉苕子配施生物炭還容易降低娃娃菜根長、根體積、根尖數(shù)和分枝數(shù)等根系參數(shù)，降低31.37%~61.09%，但是生物炭依然促進(jìn)了娃娃菜的生長發(fā)育，地上部生物量、產(chǎn)量、葉面積在所有處理中最高，這與前人研究結(jié)果相同，主要原因可能是生物炭對地上部生長的影響顯著大于對根系的影響，對娃娃菜主要可食部位的產(chǎn)量有一定的促進(jìn)作用[25-27]。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)，光葉苕子與硅肥配施其根冠比、根體積和平均根系直徑在所有處理中最大，而地上部生物量、產(chǎn)量和葉片數(shù)在所有處理中最低，且根表面積、根尖數(shù)和分枝數(shù)也顯著大于光葉苕子配施生物炭處理（P<0.05），有研究表明，硅肥對植物地下根系生長有明顯促進(jìn)作用，增強了植株根系活力，但會降低植物部分產(chǎn)量和地上部生長[28-29]。綜上可推斷出光葉苕子可顯著增加土壤肥力，而生物炭的合理應(yīng)用可減少養(yǎng)分流失，故兩者結(jié)合施加，可在Cd污染土壤中長期持續(xù)為娃娃菜提供充足養(yǎng)分，進(jìn)而滿足植株地上部分的生長發(fā)育，提高主要可食部位的產(chǎn)量，但也可在苗期適量施用硅肥，增加植物根系生長，擴(kuò)大養(yǎng)分吸收，后期適量施用生物炭，增加地上部可食部位產(chǎn)量。

娃娃菜通過根系吸收重金屬Cd，Cd 向地上部分轉(zhuǎn)運后容易影響植物光合作用，植物的光合作用對重金屬Cd 非常敏感，低含量的Cd 就能抑制水稻、玉米等植物的光合作用，使植物的生長受阻，生物量降低[30-31]。Cd2+可以通過部分陽離子通道進(jìn)入細(xì)胞或阻滯細(xì)胞通道，同時干擾其各項功能。此外，Cd 還能抑制原葉綠素脂還原酶的活性，干擾葉片中葉綠素的合成[32]。研究表明，有機(jī)物料還田的適宜施用能增加玉米葉綠素含量、凈光合速率、光合效率、蒸騰速率，使作物產(chǎn)量顯著增加[33]。這與本研究中發(fā)現(xiàn)光葉苕子能夠增加光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和葉綠素含量的結(jié)論一致，增加了10.05%~174.05%，這是由于Cd 抑制了植物的光合作用，施加光葉苕子后這種抑制作用得到了緩解，且與空白對照相比，光葉苕子配施不同鈍化劑光合速率和葉綠素含量存在不同程度的增加，地上部分Cd含量存在不同程度的減少，因此當(dāng)葉片細(xì)胞中Cd含量降低時，植物光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率與葉綠素含量也相應(yīng)增加。

3.2 光葉苕子配施鈍化劑對娃娃菜Cd累積的影響

生物炭含有較多的H+、Ca2+和K+等可交換態(tài)陽離子以及較大的比表面積，可通過離子交換作用將Cd固持于表面，從而降低Cd 的有效性。硅肥能夠顯著增加土壤有效硅的含量，與Cd形成硅酸鹽化合物，增加殘渣態(tài)Cd的相對含量。而鈣鎂磷肥由于其含磷量高，還能提供鈣、鎂等必需元素，Ca2+、Mg2+與Cd2+共沉淀以及根表面Ca2+、Mg2+和Cd2+的競爭吸收，降低了Cd 的有效性。在本研究中發(fā)現(xiàn)，光葉苕子和生物炭配施雖然降低了娃娃菜根系對Cd 的吸收（降低48.13%），但卻增加了Cd 向地上部分的轉(zhuǎn)運系數(shù)（增加1.730），同時光葉苕子與鈣鎂磷肥配施也增加了Cd 向地上部分轉(zhuǎn)運（增加1.700），且與單施光葉苕子處理相比，光葉苕子和鈍化劑配施顯著減小了根冠比、根表面積、根尖數(shù)和分枝數(shù)（56.11%~22.22%，P<0.05）。在相關(guān)性分析中，葉面積與Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù)呈顯著正相關(guān)，而根冠比、根體積、根表面積和分枝數(shù)與Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，地上部分Cd 含量與根體積也呈顯著負(fù)相關(guān)，推測原因是光葉苕子與生物炭和鈣鎂磷肥配施阻礙了作物根系發(fā)育，而植物根系生長發(fā)育可以影響植株對重金屬Cd 的吸收，有利于重金屬Cd 與根系細(xì)胞壁和液泡等非活性部位相結(jié)合，從而減少Cd 通過木質(zhì)部向地上部分進(jìn)行轉(zhuǎn)運，降低Cd的毒害作用，從而使得地上部分Cd 含量相應(yīng)增加[23-25，29]；另一種原因可能是施用生物炭和鈣鎂磷肥會使葉面積增大，使地上部水分虧缺，滲透壓增加，從而引起地下部水分?jǐn)y帶Cd2+向地上部轉(zhuǎn)移，造成Cd轉(zhuǎn)運系數(shù)和地上部Cd 含量相應(yīng)增加[34-35]。另外在本研究中發(fā)現(xiàn)，光葉苕子配施硅肥較單施光葉苕子容易增加土壤有效態(tài)Cd 含量（18.34%）和娃娃菜地下部Cd 含量（26.71%），可能原因是光葉苕子配施硅肥可增加土壤中微生物活性和數(shù)量，同時光葉苕子C/N 較低容易產(chǎn)生激發(fā)效應(yīng)，使土壤中原有的有機(jī)質(zhì)被土壤中微生物分解，從而使得土壤中有機(jī)質(zhì)含量降低，土壤中的Cd 釋放得到促進(jìn)，從而Cd 有效性增加[7]，而光葉苕子與硅肥配施卻降低Cd 向地上部分轉(zhuǎn)運，這是由于外源硅能夠抑制質(zhì)外體運輸途徑，阻塞細(xì)胞壁孔隙度，影響Cd 的質(zhì)外體運輸，從而降低Cd 向地上部運輸[36-37]。因此，在光葉苕子和鈍化劑配施體系中，單施光葉苕子對娃娃菜地上部分Cd含量降低效果最好，光葉苕子配施生物炭和硅肥對降低地上部分Cd含量無顯著差異，生物炭處理略低于硅肥處理；而與空白對照處理相比，光葉苕子配施生物炭和硅肥可以顯著降低地上部分Cd含量。另外本研究還發(fā)現(xiàn)地上部分Cd 與氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率呈顯著負(fù)相關(guān)，與胞間CO2濃度呈顯著正相關(guān)；有研究表明Cd 含量升高能抑制光合作用相關(guān)酶的活性，破壞類囊體的堆疊并影響控制氣孔保衛(wèi)細(xì)胞開合的相關(guān)離子，而且由于光合作用的抑制，進(jìn)而導(dǎo)致植物細(xì)胞間的CO2利用率下降，最后導(dǎo)致胞間CO2濃度升高[30]；而地下部分Cd 含量與葉面積和蒸騰速率呈顯著負(fù)相關(guān)，當(dāng)?shù)叵虏糠諧d 含量升高時，根系細(xì)胞壁破裂，抑制了營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，進(jìn)而影響地上部生長和光化作用[20-21]。

綜上可知，豆科綠肥光葉苕子與鈍化劑配施對Cd 的影響不同，光葉苕子與生物炭配施可進(jìn)一步降低Cd 的有效性，減少娃娃菜根系對Cd 的吸收，且顯著低于硅肥處理，但容易增加娃娃菜Cd的轉(zhuǎn)運系數(shù)；光葉苕子與硅肥配施容易增加土壤有效Cd 含量，促進(jìn)娃娃菜根系對Cd 的吸收，降低Cd 的轉(zhuǎn)運系數(shù)。而光葉苕子與鈣鎂磷肥配施容易增加Cd 的轉(zhuǎn)運系數(shù)，增加了地上部分Cd 含量。綜合得出，光葉苕子和生物炭配施對土壤Cd 修復(fù)和娃娃菜Cd 解毒效果最佳，但應(yīng)注意生物炭的合理用量。

4 結(jié)論

（1）豆科綠肥光葉苕子單施和配施生物炭可在微堿性Cd 污染土壤中促進(jìn)娃娃菜地上部分生長，提高產(chǎn)量；而配施硅肥可增加植物地下部生長，擴(kuò)大養(yǎng)分吸收，因此可在娃娃菜不同生長時期配施不同鈍化劑最終實現(xiàn)增加地上部可食部位產(chǎn)量的目的。

（2）單施光葉苕子和配施鈍化劑能夠不同程度上減少地上部分Cd 含量，降低其Cd 毒害作用，增加植物光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和葉綠素含量。

（3）與單施光葉苕子相比，光葉苕子配施生物炭對土壤有效Cd 含量鈍化效率為26.88%，可降低地下部分Cd 含量11.34%，但對地上部分Cd 無顯著影響；光葉苕子配施硅肥可增加土壤有效Cd含量和娃娃菜地下部分Cd 含量18.34%和26.71%，但對地上部分Cd 含量無顯著影響；光葉苕子配施鈣鎂磷肥對土壤有效Cd 含量和娃娃菜地下部分Cd 含量無顯著影響，但可增加地上部分Cd含量31.22%。

（4）在所有處理中，光葉苕子配施生物炭較空白對照對土壤Cd 鈍化效果、娃娃菜地上和地下部分Cd含量降低效果最佳，分別為43.84%、14.56% 和25.37%，因此推薦光葉苕子與生物炭合理配施來降低Cd污染地區(qū)Cd活性和緩解Cd對娃娃菜的毒性。