摘要
为探究生物有机肥治理镉污染土壤的可行性及对土壤重金属污染修复的效果，采集河南省淅川县2种镉污染土壤，分别设置6种施肥处理：CK（不施用任何物料）、NPK（常规施NPK肥）、NPK+0.5% OF（常规施肥+0.5%商品有机肥）、NPK+1% OF（NPK+1%商品有机肥）、NPK+0.5% BF（NPK+0.5%生物有机肥）和NPK+1% BF（NPK+1%生物有机肥），测定种植前后土壤全镉含量、土壤各化学形态镉、玉米植株根系及籽粒镉含量。结果显示，以添加1%生物有机肥的治理效果最佳，NPK+1% BF处理下2种土壤有效态镉含量相较于NPK+1% OF降幅分别为19.74%、7.09%；施用有机物料降低土壤弱酸提取态镉含量，提高残渣态镉含量，NPK+1.0% BF弱酸提取态镉含量相比CK下降11%、残渣态镉上升16%；施用有机物料各处理玉米植株根系、籽粒镉含量显著降低，以NPK+1.0% BF处理效果最佳，相比NPK处理，土壤Ⅰ的玉米根系、籽粒镉含量降幅达34.41%、31.59%。综上，在镉污染土壤中施用生物有机肥，可显著降低土壤有效态镉含量，促进土壤弱酸提取态镉向残渣态镉转化，降低镉危害；玉米根系及籽粒镉含量均显著下降，综合治理效果表现为生物有机肥优于商品有机肥。
土壤是社会经济可持续发展的重要物质基础，土壤质量关系人类生存和健康，随着我国工业化规模扩大，产生了大量重金属污染
针对重金属污染修复问题，国内外学者做了大量的研究。目前修复重金属污染土壤通常采用化学修复、物理修复等方法，但这些技术具有成本高、耗时长等缺点，因此，难以在农业生产上推广。而生物修复具有对土壤生态系统影响小、成本低且无二次污染风险等诸多优点，在镉污染土壤治理方面展现出巨大潜力。
生物有机肥是以特定功能微生物及动植物残体为原材料，兼具微生物肥料和有机肥效应的多功能肥
白腐菌作为一种高效吸附重金属的丝状真菌，在污染治理领域的研究主要集中在污水中的有机物和重金属以及土壤中的有机物修复上，而针对土壤重金属修复的研究尚显不
供试镉污染土壤样品2种，均采自河南省淅川县，土壤类型为黄棕壤，风干后过2 mm筛，基本理化性状见
土壤样品 Soil samples | pH | 有机质/(g/kg) Organic matter | 全氮/(g/kg) Total nitrogen | 速效磷/(mg/kg) Available phosphorous | 速效钾/(mg/kg) Available potassium | 全镉/(mg/kg) Total cadmium | 有效态镉/(mg/kg) Available cadmium |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 土壤Ⅰ Soil Ⅰ | 6.07 | 27.12 | 1.37 | 19.72 | 136.55 | 3.72 | 0.29 |
| 土壤Ⅱ Soil Ⅱ | 6.01 | 21.57 | 1.33 | 17.89 | 124.50 | 2.96 | 0.19 |
盆栽试验于2022年7-11月在华中农业大学温室大棚进行。每盆分装7.5 kg土壤，种植1株玉米。2种镉污染土壤分别设置6个处理：CK处理（不施用任何物料）、NPK处理（常规施NPK肥，每盆施用2.9 g三元复合）、NPK+0.5% OF处理（常规施肥+0.5%商品有机肥）、NPK+1% OF处理（NPK+1%商品有机肥）、NPK+0.5% BF处理（NPK+0.5%生物有机肥）和NPK+1% BF处理（NPK+1%生物有机肥）。所有肥料做基肥与土壤充分混匀，每处理重复4次，完全随机区组排列 。按照优质玉米生产技术进行管理。
于玉米成熟后采集整株植物样及根际土壤，每株玉米用自来水和纯水清洗，分别采集分装根、茎、叶、籽粒，于105 ℃杀青30 min后，在65 ℃下烘干至恒质量，经粉碎机粉碎后过0.150 mm筛备用；去除玉米植株根系大块土壤后，收集根系表面2 mm的根际土壤，装入50 mL离心管，风干后分别过0.850和0.150 mm筛备用。
土壤pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解N、速效P、速效K含量参照文献［
有机物料主要通过增加土壤有机质含量以及影响土壤pH的方式抑制土壤有效Cd。由
土壤样品 Soil samples | 处理 Treatments | pH | 有机质/(g/kg) Organic matter |
|---|---|---|---|
|
土壤Ⅰ Soil Ⅰ | CK | 6.10±0.05bc | 27.55±0.54ab |
| NPK | 6.00±0.07c | 27.30±0.66ab | |
| NPK+0.5% OF | 5.61±0.32d | 27.65±0.26ab | |
| NPK+1.0% OF | 5.69±0.12d | 28.03±0.50a | |
| NPK+0.5% BF | 6.13±0.08b | 26.23±0.53c | |
| NPK+1.0% BF | 6.32±0.04a | 26.88±0.77bc | |
|
土壤Ⅱ Soil Ⅱ | CK | 6.58±0.03a | 22.03±0.99b |
| NPK | 6.36±0.23b | 21.83±0.49b | |
| NPK+0.5% OF | 6.26±0.07c | 24.05±0.49a | |
| NPK+1.0% OF | 5.97±0.15d | 24.93±0.38a | |
| NPK+0.5% BF | 6.36±0.02b | 22.38±0.68b | |
| NPK+1.0% BF | 6.41±0.07b | 24.53±0.42a |
由
图1 不同处理土壤有效Cd含量
Fig.1 Effective Cd content of soil under different fertilization treatments
采用BCR连续提取法测定了土壤中镉形态，并将弱酸提取态、可还原态、可氧化态归为生物有效性镉，而将残渣态镉归为非生物有效性组分。如
图2 不同施肥处理下土壤Ⅰ（A）和土壤Ⅱ（B）中镉化学形态分布
Fig.2 Distribution of chemical forms of cadmium under different fertilization treatments
of soil Ⅰ（A）and soil Ⅱ （B）
图3 不同施肥处理对Cd污染土壤Ⅰ（A）和土壤Ⅱ（B）玉米Cd含量的影响
Fig.3 Effects of different fertilization treatments on Cd content of maize in Cd-contaminated soil Ⅰ（A） and soil Ⅱ（B）
同一土壤进行显著性分析并用不同字母表示差异显著性，不同土壤间无相关关系。Significance analysis on the same soil and use different letters to indicate the significance of differences. There is no correlation between different soils.
BF处理籽粒Cd含量最低，降幅21.49%。本试验结果表明，接种白腐菌的生物有机肥，对抑制镉污染土壤玉米体内Cd含量的效果要优于普通的商品有机肥。
施用有机物料对镉污染土壤的改良途径可能有3个方面，一是施用有机物料后，其增加的土壤有机质具有较大的比表面积，表面附着大量活性基团，对土壤中镉离子有较强的吸附作
白腐菌是一类对重金属具有优异吸附能力的丝状真
本研究结果表明，施用有机物料均显著降低了土壤中有效态镉含量，促进土壤弱酸提取态镉向残渣态镉转化，降低镉危害。接种白腐菌的有机肥，相比市面上商品有机肥，显著降低了土壤中有效Cd、弱酸提取态Cd含量，提高了残渣态镉含量，且明显降低玉米籽粒中镉含量。此外，土壤Ⅰ施用商品有机肥后土壤pH值显著降低，这可能导致有机质-重金属络合物的稳定性降低，造成生物有效性镉的含量提高，不利于土壤中镉离子钝化。
综上，在镉污染土壤中施用生物有机肥，可显著降低土壤有效态镉含量，促进土壤弱酸提取态镉向残渣态镉转化，降低镉危害；玉米根系及籽粒镉含量均显著下降，综合治理效果表现为生物有机肥优于商品有机肥。
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