交流电场和水分对褪色柳-东南景天混栽修复镉污染土壤的影响

刘波; 陈绩; 马嘉伟; 方先芝; 赵科理; 柳丹; 叶正钱

doi:10.11833/j.issn.2095-0756.20200725

交流电场和水分对褪色柳-东南景天混栽修复镉污染土壤的影响

DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200725

刘波^{1, 2,},
陈绩^{1, 2},
马嘉伟^{1, 2},
方先芝^{1, 2},
赵科理^{1, 2},
柳丹^{1, 2},
叶正钱^{1, 2, ,}

1.
浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室，浙江杭州 311300
2.
浙江农林大学浙江省土壤污染生物修复重点实验室，浙江杭州 311300

基金项目: 浙江省重点研发计划项目(2018C03028)

详细信息

作者简介: 刘波(ORCID: 0000-0003-0206-8634)，从事资源利用与植物保护研究。E-mail: 1341248569@qq.com

通信作者: 叶正钱(ORCID: 0000-0002-6321-815X)，教授，从事土壤重金属污染修复研究。E-mail: yezhq@zafu.edu.cn

中图分类号: X53

Effects of AC electric field and soil moisture on phytoremediation of cadmium contaminated soil by mixed planting of Salix discolor and Sedum alfredii

LIU Bo^{1, 2
,},
CHEN Ji^{1, 2},
MA Jiawei^{1, 2},
FANG Xianzhi^{1, 2},
ZHAO Keli^{1, 2},
LIU Dan^{1, 2},
YE Zhengqian^{1, 2
, ,}

1.
State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang A&F University, Hanghzou 311300, Zhejiang, China
2.
Key Laboratory of Soil Contamination Bioremediation of Zhejiang Province, Zhejiang A&F University, Hangzhou 311300, Zhejiang, China

摘要: 目的研究交流电场和土壤水分对褪色柳Salix discolor-东南景天Sedum alfredii混栽模式下镉污染土壤修复效率的影响。方法通过土壤盆栽试验，研究不同水分[湿润(60%土壤田间持水量)、高水分(100%土壤田间持水量)]和不同交流电场(0和0.5 V·cm⁻¹)的组合处理，对土壤镉活性、褪色柳和东南景天生长及镉吸收与积累的影响。结果交流电场显著提高土壤有效态镉质量分数、促进褪色柳和东南景天地上部对镉的积累，与对照相比，有效态镉质量分数显著提高16.13%(P＜0.05)，柳叶、东南景天地上部镉积累量分别提高12.61%、22.50%；高水分+电场处理有利于提高土壤pH、碱解氮质量分数，以及残渣态镉所占比例，与对照相比分别提高6.47%、12.09%、22.89%(P＜0.05)，但会影响褪色柳、东南景天积累重金属镉，与对照相比，柳叶、东南景天地上部镉积累量分别降低95.60%(P＜0.05)、18.02%。结论土壤湿润条件下施加电场有利于褪色柳-东南景天修复镉污染土壤，褪色柳和东南景天地上部镉总积累量分别是其他处理的1.13~1.93倍。表4参40
- 土壤水分 /
- 交流电场 /
- 褪色柳 /
- 东南景天 /
- 混栽 /
- 土壤镉 /
- 植物修复
Abstract: Objective This study is aimed to examine the effects of alternating current (AC) electric field and soil moisture on the remediation efficiency of cadmium (Cd) contaminated soil via the mixed planting of Salix discolor and Sedum alfredii. Method With a soil pot experiment, an investigation is conducted of the effects of 2 soil water treatments (moist, keeping 60% of the soil field capacity, and high water content, equivalent to paddy field condition, flooding) combined with 2 AC electric field gradients (0, 0.5 V·cm⁻¹) on soil Cd availability and plant growth of S. discolor and S. alfredii. Result The application of 0.5 V·cm⁻¹ AC electric field significantly increased soil available Cd concentration [by 16.13% (P＜0.05)], and promoted the absorption and accumulation of Cd in S. discolor and S. afredii, the soil available Cd and Cd accumulation in leaves of S. discolor and the above-ground parts of S. afredii were significantly higher (by 12.61% and 22.50% respectively) than those of the control. The integrated application of high moisture and electric field contributed to the increase of soil pH, alkali-hydrolysable nitrogen concentration and the proportion of residual cadmium by 6.47%, 12.09% and 22.89% (P＜0.05) compared with those of the control. This integrated application reduced the accumulation of Cd in S. discolor and S. afredii, the accumulation of Cd in leaves of S. discolor and the above-ground parts of S. afredii were lower than that of the control by 95.60% (P＜0.05) and 18.02% respectively. Conclusion Under moist condition, the AC electric field was beneficial to the phytoremediation of Cd contaminated soil via the mixed planting of S. discolor and S. afredii. And the Cd accumulated in the above-ground parts of S. discolor and S. afredii was 1.13−1.93 times of that achieved with other treatments. [Ch, 4 tab. 40 ref.]
- soil moisture /
- AC electric field /
- Salix discolor /
- Sedum alfredii /
- mixed planting /
- soil cadmium /
- phytoremediation

现代农业中无土育苗技术的广泛应用，极大促进了种苗工厂化的发展。泥炭作为无土育苗的重要基质来源，具有质轻、透气、保水保肥能力强等多种优良特性，但其价格昂贵且不可再生，因此亟需寻找可替代泥炭的生态型育苗基质^[1]。园林废弃物堆肥产品作为一种廉价易得的育苗基质，富含有机质和其他营养成分，可有效替代泥炭用于基质育苗^[2]。但其容重较大，pH、电导率较高，营养元素不均衡^[3−4]，并且如果在育苗基质中高比例添加园林废弃物堆肥产品，可能会导致植物生长矮小、叶片黄化、出苗率低、品质差或产生“烧苗”现象^[5−6]，因此需要对园林废弃物堆肥产品进行改良和优化^[7−8]。

腐熟花生Arachis hypogaea壳质地较轻，营养元素丰富，将其作为基质组分可有效降低基质容重，增加基质通气性和持水性，提高基质肥力^[9]。朱巧莲等^[10]将腐熟花生壳替代泥炭用作金线莲Anoectochilus roxburghii的栽培基质后发现：腐熟花生壳可显著降低基质容重，增加其持水量和非毛管孔隙度，提高其全氮含量；梁新安等^[11]将腐熟花生壳替代草炭用作黄瓜Cucumis sativus的育苗基质后发现：添加适当比例腐熟花生壳可有效提高基质总孔隙度，改善其理化性质，增加其保水保肥性。腐植酸作为一种重要的基质改良剂，可有效改善基质物理结构，增加其养分^[12]。刘宇锋等^[13]将腐植酸添加至床垫料用作辣椒Capsicum annuum的栽培基质后发现：适当比例腐植酸的添加可显著降低基质容重，提高其总孔隙度和通气孔隙度，有效改善其品质；顾鑫等^[14]将腐植酸施入土壤用于玉米Zea mays种植后发现：适当比例腐植酸的施用可有效降低土壤盐碱特性，提高土壤肥力，达到良好的改良效果。因此，腐熟花生壳和腐植酸的协同作用是否可用作改良园林废弃物堆肥产品，使其可高效替代泥炭进行植物育苗值得研究。

紫苏Perilla frutescens为唇形科Labiatae的1年生草本植物，含有多种活性成分，具有较高的药用、食用和文化价值^[15]。紫苏叶、根和种子是天然营养物质的有效来源，含有丰富的酚类化合物，具有良好的抗过敏、抗中毒和抗肿瘤作用^[16]，因此，有关紫苏育苗的研究也逐渐成为热点。但是，将园林废弃物堆肥产品作为泥炭替代基质用于紫苏无土育苗的研究相对较少。本研究利用腐熟花生壳和腐植酸改良园林废弃物堆肥产品，并将其用于紫苏育苗。通过温室育苗试验，探讨不同处理的育苗基质对紫苏出苗的影响，以期筛选出适合紫苏育苗的最优育苗基质，为园林废弃物资源化再利用和药用植物紫苏的育苗基质开发探索新途径。

1. 材料与方法

1.1 材料

紫苏种子购于北京林业大学科技股份有限公司。供试园林废弃物堆肥产品来源于植物园堆肥厂，采用好氧堆肥法堆置。堆肥前，将园林废弃物粉碎至2 cm，调节含水量为60%，添加尿素调节碳氮比为25%~30%，并加入0.5 mg·kg⁻¹自制菌剂(主要成分为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis、乳酸菌和放线菌)；堆肥过程中隔7 d翻堆1次，并定期定量洒水，使堆体含水率维持约60%，堆肥周期为45 d。堆置后的园林废弃物堆肥产品质地疏松、无结块、无明显异臭味和可视杂物， pH为7.89，电导率为1.99 mS·cm⁻¹，质量分数全氮为17.73 g·kg⁻¹，全磷为4.46 g·kg⁻¹，全钾为3.14 g·kg⁻¹，铵态氮为714.09 mg·kg⁻¹，硝态氮为129.58 mg·kg⁻¹，速效磷为4 764.97 mg·kg⁻¹，速效钾为627.76 mg·kg⁻¹，符合GB/T 33891—2017《绿化用有机基质》的产品质量要求。

供试用改良剂腐熟花生壳、腐植酸均购于北京林业大学科技股份有限公司。腐熟花生壳使用前粉碎，过2 mm筛。其pH为6.8，电导率为1.51 mS·cm⁻¹，质量分数全氮为26.9 g·kg⁻¹，全磷为13.22 g·kg⁻¹，全钾为3.84 g·kg⁻¹，铵态氮为1 256.85 mg·kg⁻¹，硝态氮为207.00 mg·kg⁻¹，速效磷为9 601.65 mg·kg⁻¹，速效钾为765.84 mg·kg⁻¹。腐植酸为黑色粉末状，粒径为0.125~1.000 mm。其pH为5.6，电导率为0.95 mS·cm⁻¹，质量分数腐植酸为700.00 g·kg⁻¹，黄腐酸为200.00 g·kg⁻¹，全氮为10.29 g·kg⁻¹，全磷为11.39 g·kg⁻¹，全钾为3.63 g·kg⁻¹，铵态氮为536.80 mg·kg⁻¹，硝态氮为92.74 mg·kg⁻¹，速效磷为3 927.41 mg·kg⁻¹，速效钾为604.59 mg·kg⁻¹。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

本次育苗试验在北京林业大学科技股份有限公司温室苗圃进行。按表1设计，在园林废弃物堆肥产品中添加腐熟花生壳和腐植酸。共设9个育苗基质处理，每处理重复10盆。

表 1 正交试验设计

Table 1 Orthogonal experimental design

处理	不同育苗基质的原材料组成/%		处理	不同育苗基质的原材料组成/%		处理	不同育苗基质的原材料组成/%
处理	腐熟花生壳(干质量)	腐植酸(干质量)	处理	腐熟花生壳(干质量)	腐植酸(干质量)	处理	腐熟花生壳(干质量)	腐植酸(干质量)
T₁	0	0	T₄	1.5	0	T₇	3.0	0
T₂	0	3.0	T₅	1.5	3.0	T₈	3.0	3.0
T₃	0	6.0	T₆	1.5	6.0	T₉	3.0	6.0

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1.2.2 育苗基质制备

根据表1所示：分别将添加了9种不同质量分数腐熟花生壳和腐植酸的园林废弃物堆肥产品置于210 mm×150 mm×185 mm的塑料花盆(基质表面距花盆顶部约3 cm)，拌入质量比为0.1%的多菌灵，杀菌消毒后，灌水至饱和，置于温室稳定3 d，备用。在制备基质的同时，采集样品。

1.2.3 播种与管理

选取颗粒饱满、大小一致的紫苏种子，均匀播种于花盆，每粒种子埋于距基质表面1 cm处，每盆播种3粒，并对基质充足灌水。播种至幼苗发芽期间，始终保持基质湿润。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 幼苗指标与测定方法

播种后，每天观察出苗情况，统计出苗数，计算紫苏在21 d内的出苗率。紫苏播种后第40天统计其幼苗株数(紫苏在出苗后可能发生死亡现象，因此，紫苏在播种后第21天的出苗株数和第40天的出苗株数并不完全一致)、幼苗叶片数、被虫(小菜蛾Plutella xylostella)咬食叶片数和被虫咬食株数，计算其单株叶片数、死亡率、受虫害叶片率和受虫害株率。出苗率=(种子出苗数/供试种子粒数)×100%，受虫害叶片率=(被虫咬食叶片数/叶片总数)×100%，受虫害株率=(被虫咬食株数/总株数)×100%，死亡率=(死亡数/总株数)×100%。

1.3.2 基质指标与测定方法

参照ZHANG等^[8]和鲍士旦^[17]的方法，测定育苗基质的容重、最大含水量、总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙、水气比、pH、电导率以及全氮、全磷、全钾、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾和有机质质量分数等。其中：容重、最大含水量、总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙、水气比等指标用环刀法测定；pH用pH 400防水型笔式pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)测定；电导率用EC 400防水型笔式电导率/TDS/盐度计(上海仪电科学仪器股份有限公司)测定；全氮用H₂SO₄-H₂O₂消煮，凯氏定氮法(K1306型全自动凯氏定氮仪，上海晟声自动化分析仪器有限公司)测定；全磷用H₂SO₄-H₂O₂消煮，钼锑抗比色法(752型紫外光栅分光光度计，上海元析仪器有限公司)测定；全钾用H₂SO₄-H₂O₂消煮，火焰光度计法(FP640型火焰光度计，上海精密科学仪器有限公司)测定；铵态氮用2 mol·L⁻¹KCl浸提，靛酚蓝比色法测定；硝态氮用酚二磺酸比色法测定；速效磷用NaHCO₃浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾用NH₄OAc浸提，火焰光度法测定；有机质用稀释热法测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2019和SPSS 23.0软件进行数据处理与单因素方差分析；采用CANOCO 5.0分析紫苏育苗与育苗基质理化性质的关系；采用模糊数学的隶属函数法综合评价紫苏在不同处理基质的育苗情况。具体计算方法为^[2]：①若某指标与紫苏育苗呈正相关，则用公式R(x_i)=(x_i−x_min)/(x_max−x_min)求其隶属函数值。其中：x_i为某指标测定值，x_max、x_min分别为该指标的最大值和最小值，R(x_i)为指标x_i的隶属函数值；②若某指标与紫苏育苗呈负相关，则用公式R(x_i)=1−(x_i−x_min)/(x_max−x_min)求其隶属函数值。③将各指标的隶属函数值进行累加后求其平均值，即为紫苏幼苗的综合评价指数。值越大，说明紫苏育苗效果越好，育苗基质越适宜。

2. 结果与分析

2.1 不同处理对育苗基质物理性质的影响

由表2可知：与T₁相比，添加腐熟花生壳和腐植酸的基质(T₂~T₉)容重显著(P＜0.05)降低，分别降低了11.49%、13.54%、14.80%、17.36%、18.21%、22.38%、32.57%、24.27%；最大含水量显著(P＜0.05)增加，分别增加了6.13%、6.12%、11.81%、17.62%、18.31%、22.71%、29.56%、24.56%；总孔隙度显著(P＜0.05)增加，分别增加了3.42%、11.82%、15.64%、17.58%、23.25%、25.48%、31.65%、25.86%；通气孔隙度显著(P＜0.05)增加，分别增加了23.43%、21.12%、52.07%、53.15%、34.49%、122.27%、124.04%、88.33%；持水孔隙度显著(P＜0.05)增加，分别增加了0.22%、10.34%、9.81%、11.89%、21.45%、9.99%、16.86%、15.87%；水气比降低但不显著，分别降低了18.82%、8.92%、27.81%、26.96%、9.71%、50.52%、47.85%、38.49%。

表 2 不同基质的物理性质

Table 2 Physical properties of different substrates

处理	容重/(g·cm⁻³)	最大含水量/%	总孔隙度/%	通气孔隙度/%	持水孔隙度/%	水气比/%
T₁	0.44±0.02 a	64.59±0.72 g	62.92±0.08 e	8.68±0.04 d	54.24±0.14 e	6.25±0.06 a
T₂	0.39±0.03 b	68.55±1.09 f	65.07±0.09 e	10.71±0.03 c	54.36±0.13 e	5.07±0.07 a
T₃	0.38±0.05 b	68.54±1.11 f	70.36±0.10 d	10.51±0.05 c	59.85±0.12 c	5.69±0.04 a
T₄	0.37±0.04 b	72.22±0.11 e	72.76±0.11 c	13.20±0.03 b	59.56±0.09 d	4.51±0.02 a
T₅	0.36±0.01 b	75.97±1.14 d	73.98±0.13 c	13.29±0.09 b	60.69±0.18 b	4.57±0.02 a
T₆	0.36±0.03 b	76.42±1.08 c	77.55±0.10 b	11.67±0.08 c	65.87±0.20 a	5.64±0.07 a
T₇	0.34±0.06 c	79.26±0.65 b	78.95±0.09 b	19.29±0.11 a	59.66±0.32 d	3.09±0.04 a
T₈	0.30±0.02 e	83.68±0.54 a	82.83±0.06 a	19.45±0.10 a	63.39±0.18 a	3.26±0.02 a
T₉	0.33±0.02 d	80.45±0.45 b	79.19±0.06 b	16.35±0.14 a	62.85±0.21 a	3.84±0.07 a
理想范围	＜0.40^[8]	70.00~85.00^[8]	70.00~90.00^[8]	10.00~30.00^[18]	45.00~−65.00^[18]	2.00~4.00^[19]
说明：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著 (P＜0.05)

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2.2 不同处理对育苗基质化学性质的影响

由表3可知：与T₁相比，添加腐熟花生壳和腐植酸的基质(T₂~T₉) pH显著(P＜0.05)降低，分别降低了1.77%、3.30%、3.93%、5.32%、7.22%、8.62%、9.63%、11.53%；电导率显著(P＜0.05)降低，分别降低了13.57%、20.10%、23.12%、24.12%、25.63%、23.62%、26.13%、30.15%；全氮质量分数显著(P＜0.05)增加，分别增加了1.07%、0.73%、14.44%、13.25%、11.73%、30.34%、28.82%、25.83%；全磷质量分数显著(P＜0.05)增加，分别增加了38.34%、31.83%、41.48%、23.77%、23.54%、63.90%、65.47%、60.09%；全钾质量分数无显著变化；铵态氮质量分数显著(P＜0.05)增加，分别增加了12.62%、0.94%、28.84%、50.53%、48.09%、85.52%、85.53%、85.59%；硝态氮质量分数显著(P＜0.05)增加，分别增加了0.08%、9.71%、16.86%、14.63%、3.89%、11.06%、27.54%、6.53%；除T₃外，其他处理的速效磷质量分数显著(P＜0.05)增加，T₂、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈、T₉分别增加了1.54%、6.82%、18.13%、10.03%、22.15%、31.45%、20.27%；速效钾质量分数显著(P＜0.05)增加，分别增加了1.51%、1.90%、1.86%、2.06%、2.80%、0.60%、0.99%、3.05%；有机质质量分数显著(P＜0.05)增加，分别增加了0.05%、0.17%、13.26%、12.77%、13.09%、22.66%、23.24%、22.73%。

表 3 不同基质的化学性质

Table 3 Chemical properties of different substrates

处理	pH	电导率/(mS·cm⁻¹)	全氮/(g·kg⁻¹)	全磷/(g·kg⁻¹)	全钾/(g·kg⁻¹)
T₁	7.89±0.08 a	1.99±0.74 a	17.73±0.68 e	4.46±1.07 b	3.14±0.04 a
T₂	7.75±0.12 a	1.72±0.14 a	17.92±1.54 e	6.17±1.25 a	3.20±0.03 a
T₃	7.63±0.02 a	1.59±0.12 b	17.86±2.11 e	5.88±0.45 a	3.45±0.27 a
T₄	7.58±0.10 a	1.53±0.03 b	20.29±1.38 c	6.31±1.00 a	3.16±0.06 a
T₅	7.47±0.08 b	1.51±0.06 b	20.08±3.10 c	5.52±0.45 a	3.27±0.03 a
T₆	7.32±0.04 c	1.48±0.05 b	19.81±1.14 d	5.51±1.03 a	3.19±0.14 a
T₇	7.21±0.05 d	1.52±0.08 b	23.11±2.03 a	7.31±0.75 a	3.38±0.09 a
T₈	7.13±0.09 e	1.47±0.02 b	22.84±1.98 a	7.38±0.96 a	3.34±0.11 a
T₉	6.98±0.06 f	1.39±0.01 c	22.31±2.87 b	7.14±0.42 a	3.51±0.19 a

处理	铵态氮/(mg·kg⁻¹)	硝态氮/(mg·kg⁻¹)	速效磷/(mg·kg⁻¹)	速效钾/(mg·kg⁻¹)	有机质/(mg·kg⁻¹)
T₁	714.09±44.38 d	129.58±5.24 c	4 764.97±82.52 e	627.76±3.24 d	548.69±12.91 f
T₂	804.24±62.78 c	129.69±0.93 c	4 838.35±130.58 d	637.22±2.24 b	548.98±14.93 f
T₃	720.83±111.33 d	142.16±8.82 b	4 690.12±175.35 e	639.70±1.25 a	549.65±18.31 f
T₄	920.03±28.44 b	151.43±17.54 a	5 090.17±168.04 c	639.44±7.95 a	621.43±9.22 d
T₅	1074.94±32.49 b	148.54±2.33 a	5 628.76±202.95 b	640.71±2.23 a	618.78±9.37 e
T₆	1 057.53±173.67 b	134.62±18.06 b	5 242.77±45.47 c	645.31±0.25 a	620.52±11.54 d
T₇	1 324.80±115.38 a	143.91±5.24 b	5 820.21±331.18 b	631.53±8.20 c	673.02±15.90 c
T₈	1 324.87±85.48 a	165.26±4.36 a	6 263.58±89.33 a	633.95±1.50 c	676.22±8.56 b
T₉	1 325.27±28.26 a	138.04±3.55 b	5 730.77±117.63 b	646.93±3.00 a	673.43±18.88 c
说明：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著 (P＜0.05)

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2.3 不同处理对紫苏出苗的影响

由图1可知：T₄、T₅、T₇、T₈、T₉紫苏种子在播种后第7天开始出苗，T₆在播种后第8天开始出苗，T₃在播种后第9天开始出苗，T₁和T₂在播种后第10天开始出苗。其中，T₈和T₉紫苏种子出苗速度较快，并且在播种后第11天出苗率已达80%以上，分别为84%和88%；T₁和T₂紫苏种子出苗速度较慢，在播种后第21天出苗率仍均不足60%，分别为55%和58%。在播种后的第21天，紫苏在不同基质内的出苗率从高到低依次为T₉、T₈和T₆、T₇、T₅、T₄、T₃、T₂、T₁，其中T₆~T₉的出苗率大于80%，分别为91%、88%、91%、93%，T₁~T₅的出苗率小于80%，分别为55%、58%、65%、71%、75%。

图 1 紫苏播种21 d内出苗情况

Figure 1 Seedling emergence rates in 21 days of P. frutescens

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由表4可知：不同基质的紫苏幼苗单株叶片数、幼苗死亡率、幼苗受虫害叶片率和幼苗受虫害株率有显著(P＜0.05)差异。其中，T₈和T₉紫苏幼苗单株叶片数较多，T₃和T₄紫苏幼苗单株叶片数较少；T₁和T₂紫苏幼苗死亡率较高，T₈和T₉紫苏死亡率较低；T₁和T₆紫苏幼苗受虫害叶片率较高，T₃和T₅紫苏幼苗受虫害叶片率较低；T₅和T₆紫苏幼苗受虫害株率较高，T₃和T₈紫苏幼苗受虫害株率较低。

表 4 不同基质的紫苏幼苗单株叶片数、死亡率、受虫害叶片率和受虫害株率

Table 4 Number of leaves per plant, mortality rate, leaf infestation rate and plant infestation rate of P. frutescens seedlings in different substrates

处理	单株叶片数/片	死亡率/%	受虫害叶片率/%	受虫害株率/%
T₁	5.40±1.51 b	36.12±1.44 a	12.46±0.43 b	19.54±0.76 e
T₂	5.37±1.03 b	33.17±2.63 b	8.56±0.58 f	19.43±0.31 e
T₃	4.21±1.57 d	22.89±2.63 d	6.99±0.89 h	18.57±0.99 f
T₄	4.46±0.50 d	21.30±1.88 e	11.83±0.54 c	21.78±0.76 c
T₅	4.50±2.22 d	32.20±1.64 c	7.43±1.11 g	23.84±1.98 b
T₆	5.03±0.81 c	14.31±0.92 f	17.73±1.02 a	26.46±1.53 a
T₇	4.82±1.31 c	12.67±2.75 g	10.84±0.98 d	23.72±0.92 b
T₈	6.12±0.59 a	10.74±1.75 i	9.93±0.47 e	17.65±0.83 g
T₉	6.43±0.62 a	11.34±2.42 h	11.95±0.87 c	20.68±0.54 d
说明：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著 (P＜0.05)

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2.4 紫苏育苗与育苗基质理化性质的关系

冗余分析结果显示：多个理化性质间存在共线性，因此选用向前选择法筛选出方差膨胀因子小于10的容重、总孔隙度、pH、电导率以及全氮、全磷、全钾、速效钾质量分数等8个理化性质作为解释变量。图2为紫苏育苗情况与筛选后基质理化性质间的冗余分析排序图。在基质理化性质中，容重、pH、电导率、总孔隙度和全氮质量分数对紫苏育苗情况有较高的解释量；紫苏幼苗出苗率、受虫害叶片率和受虫害株率与育苗基质总孔隙度以及全氮、全磷、全钾、速效钾质量分数呈正相关，与育苗基pH、电导率、容重呈负相关；紫苏幼苗单株叶片数与育苗基质全氮、全磷、全钾质量分数以及总孔隙度呈正相关，与育苗基质pH、容重呈负相关，与育苗基质速效钾质量分数、电导率相关性较弱；紫苏幼苗死亡率与育苗基质pH、电导率、容重呈正相关，与育苗基质总孔隙度以及全氮、全磷、全钾、速效钾质量分数呈负相关。

图 2 紫苏育苗情况与筛选后育苗基质理化性质间的冗余分析

Figure 2 Redundancy analysis of P. frutescens seedling state and physicochemical characters of seedling substrate after screening

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2.5 紫苏育苗的综合评价

通过模糊数学的隶属函数法，计算T₁~T₉基质的紫苏育苗综合评价指数。由表5可知：T₂~T₉的紫苏幼苗综合评价指数均高于T₁，其中T₈的紫苏幼苗综合评价指数最高，表明T₈的紫苏育苗效果最优。

表 5 不同育苗基质对紫苏育苗情况的综合评价

Table 5 Comprehensive evaluation of P. frutescens seedlings on different substrates

处理	单指标评价指数					综合评价指数
处理	出苗率	单株叶片数	死亡率	受虫害叶片率	受虫害株率	综合评价指数
T₁	0.00	0.54	0.00	0.49	0.79	0.36
T₂	0.08	0.52	0.12	0.85	0.85	0.48
T₃	0.26	0.00	0.52	1.00	0.92	0.54
T₄	0.42	0.11	0.58	0.55	0.65	0.46
T₅	0.53	0.13	0.15	0.96	0.48	0.45
T₆	0.95	0.37	0.86	0.00	0.25	0.49
T₇	0.87	0.27	0.92	0.64	0.49	0.64
T₈	0.95	0.86	1.00	0.73	1.00	0.91
T₉	1.00	1.00	0.98	0.54	0.74	0.85

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3. 讨论

3.1 不同处理影响育苗基质物理性质的原因分析

除T₁ (100%园林废弃物堆肥产品)外，T₂~T₉的容重均小于0.40 g·cm⁻³，表明腐熟花生壳和腐植酸可以降低基质紧实度，使其更为疏松透气。这与已有研究结果^[10−12]一致。在一定范围内，孔隙度越大，基质容纳的空气和水分越多，基质的排水能力和保水能力就越好^[20]。添加适宜比例腐熟花生壳和腐植酸可显著增加基质的含水量和孔隙度，改善基质中大、小孔隙的比例，从而改善园林废弃物堆肥产品的保水性和通气性，使其处于理想范围。其主要原因可能是由于腐熟花生壳质地疏松，具有较大的孔隙，腐植酸含羧基、羟基等亲水基团，可促进基质中水稳性大团聚体的形成，减少微团聚体的含量，因此将两者结合可降低基质容重，提高基质水分供给和气体交换能力，从而起到保水保肥作用^{[8, 21]}。

3.2 不同处理影响育苗基质化学性质的原因分析

理想基质的pH为6.0~7.5^[7]。未添加腐熟花生壳和腐植酸的园林废弃物堆肥产品(T₁)的pH大于7.5，呈碱性，不利于种子萌发和幼苗生长；添加腐熟花生壳和腐植酸后(T₂~T₉)，基质环境变成中性，达到理想要求。这可能是因为腐熟花生壳和腐植酸中含有较多羧基、酚羟基等酸性基团可解离出较多的H⁺，可与园林废弃物堆肥产品中的碱性物质发生中和反应，使基质的pH下降^{[21, 22]}。这表明腐熟花生壳和腐植酸作为改良剂可有效调节园林废弃物堆肥产品的pH，使基质酸碱环境可达理想范围。

理想育苗基质的电导率应小于0.65 mS·cm⁻¹(GB/T 33891—2017)。本研究中，T₁~T₉的电导率均不在理想范围，但是腐熟花生壳和腐植酸的添加可降低基质可溶性盐的含量，其主要原因可能是由于腐熟花生壳和腐植酸中含有较多的酚羟基，此类官能团上的H⁺可与基质水溶液的K⁺、Na⁺等盐基离子发生离子交换作用，减少基质水溶液的可溶性盐含量，达到降低基质电导率的效果^[23]。

腐熟花生壳和腐植酸的添加可提高基质中铵态氮和硝态氮质量分数，主要原因可能是由于腐植酸可提高脲酶活性，促进尿素分解，还可与尿素分解产生的NH₄⁺结合生成稳定的腐植酸铵盐，避免了氨的挥发，增加了NH₄⁺质量分数；腐熟花生壳含有丰富的纤维素，质地坚硬，疏松多孔，利于硝化细菌附着或将其作为固体碳源进行利用，从而提高了硝化细菌的活性，增加了NO₃⁻质量分数^[24−25]。因此，将腐熟花生壳和腐植酸作为改良剂添加至园林废弃物堆肥产品中，可增强基质供应氮元素的能力，有助于植物对基质养分的吸收。

添加腐熟花生壳和腐植酸可提高基质中全磷和速效磷质量分数，主要原因可能是由于腐熟花生壳和腐植酸自身含有较多的磷素，且腐熟花生壳疏松多孔的结构适合微生物生长，又可为其提供所需的碳源，增强微生物活动和数量，两者的添加可显著加速有机磷向无机磷的转化。另外，腐植酸含有的胡敏酸可与基质的铁、铝等金属发生络合反应，减缓磷的固定；腐植酸含有的酸性基团还可活化基质的无机固定态磷^[23]。因此，将两者联合添加可提高基质的全磷和速效磷质量分数，增强基质供应磷素的能力。

添加腐植酸可在一定程度上增强基质供应速效钾的能力，可能是由于腐植酸粉末具有巨大的表面积，带有大量的电荷，可与基质的K⁺进行吸附交换作用，补充基质溶液的钾质量分数，从而增加基质的钾利用率^{[14, 23]}。

添加腐熟花生壳和腐植酸可以有效增加基质的有机质供应，主要原因可能是由于腐熟花生壳含大量的纤维素、半纤维素和木质素等含碳有机化合物和蛋白质等含氮化合物，同时，腐植酸也是一种大分子有机物质，有机质丰富，将两者联合添加可有效增加基质肥力，提高有机质供应水平^[14]。

3.3 不同处理影响紫苏出苗的原因分析

种子的出苗率和出苗速度是衡量育苗基质优劣的重要指标，其中种子出苗率达80%是判断基质适宜的首要依据^{[2, 7, 26]}。本研究表明：紫苏种子在T₆~T₉的出苗率达80%，出苗情况较好。可能是由于T₆~T₉的基质容重、pH、电导率等较低，总孔隙度以及全氮、全磷、全钾、速效钾质量分数等较高，可为紫苏种子提供合适的水分、氧气、温度和养分，比较适合紫苏种子出苗。

叶片数量是影响生态系统服务的植物功能性状之一，可反映植株的生长情况^[27]。本研究表明：T₈和T₉的紫苏生长发育较好，可生长出更多的叶片进行光合作用和蒸腾作用，可能是由于T₈和T₉的容重和pH较低，总孔隙度以及全氮、全磷、全钾质量分数等较高，其通气性较好且供肥能力较强，可提供给幼苗更多的养分，利于幼苗生长和叶片建成。

本研究表明：紫苏幼苗死亡率受总孔隙度、容重、pH、电导率以及全氮、全磷、全钾、速效钾质量分数的影响较大，且随基质容重、pH、电导率的增加而增加，随基质总孔隙度以及全氮、全磷、全钾、速效钾质量分数的增加而减少。T₆~T₉的紫苏幼苗死亡比例较低，可能是由于T₆~T₉的基质容重、pH、电导率较低，总孔隙度以及全氮、全磷、全钾、速效钾质量分数较高，可为紫苏提供良好的基质环境，比较适合紫苏幼苗成活。

T₈的紫苏幼苗虫害发生率较低，抗虫性较好，可能是由于T₈的养分质量分数较高，酸碱性适宜，可溶性盐质量分数较低，不仅可为紫苏幼苗提供充足的合成次生代谢产物等防御性物质所需的原料，使其加强化学防御，提高其对害虫直接或间接的防御能力，也可以为其提供适宜的基质环境，增加其营养和根系活力，进而增强紫苏幼苗对害虫的耐受性，提高其抗虫性。

4. 结论

添加腐熟花生壳和腐植酸可显著降低园林废弃物堆肥产品的容重、pH、电导率，提高其最大含水量和孔隙度，增加其全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾和有机质质量分数。表明腐熟花生壳和腐植酸可使园林废弃物堆肥产品质量得到一定程度的提高。改良后的园林废弃物堆肥产品可显著提高紫苏幼苗发芽率和发芽速度，降低幼苗死亡率和虫害发生率，提高抗虫性，有利于紫苏快速出苗和成活，同时具有一定的生物防治效果。在9种不同基质中，紫苏幼苗综合效果由高向低依次为T₈、T₉、T₇、T₃、T₆、T₂、T₄、T₅、T₁，表明T₈ (即3.0%腐熟花生壳+3.0%腐植酸)为最优组配。这一组配不仅可以改善园林废弃物堆肥产品的理化性质，增加养分质量分数，还可以提高紫苏出苗率，降低幼苗受虫害程度。

表 1 不同处理对土壤理化性质的影响

Table 1. Effects of different treatments on basic soil chemical properties

处理	pH	有机质/(g·kg⁻¹)	碱解氮/(mg·kg⁻¹)	有效磷/(mg·kg⁻¹)	速效钾/(mg·kg⁻¹)
ck	6.18±0.13 b	38.71±2.12 a	192.97±8.17 b	72.85±3.40 a	465.00±13.08 ab
E	6.25±0.19 ab	42.75±1.05 a	190.63±12.01 b	72.95±6.95 a	483.30±16.26 a
W	6.46±0.18 ab	43.30±4.08 a	214.20±12.14 a	76.58±3.93 a	450.67±16.26 b
EW	6.58±0.17 a	43.39±2.13 a	216.30±11.57 a	76.71±5.93 a	469.67±12.58 ab
说明：同列不同字母表示处理间差异显著(P＜0.05)

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表 2 不同处理对土壤有效态镉质量分数和镉形态的影响

Table 2. Effects of different treatments on soil available Cd and its fractionations

处理	有效镉/(mg·kg⁻¹)	酸可提取态/%	可还原态/%	可氧化态/%	残渣态/%
ck	0.31±0.02 b	14.23±1.37 a	37.45±2.29 a	2.53±0.49 b	45.79±2.19 b
E	0.36±0.04 a	14.59±1.17 a	38.90±2.04 a	3.13±0.66 ab	43.38±2.63 b
W	0.31±0.03 b	11.45±0.76 b	31.29±2.13 b	3.70±0.48 a	53.56±1.51 a
EW	0.35±0.01 ab	11.51±0.62 b	29.01±2.42 b	3.22±0.27 ab	56.27±1.90 a
说明：同列不同字母表示处理间差异显著(P＜0.05)

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表 3 不同处理对植物生物量以及褪色柳光合参数的影响

Table 3. Effects of different treatments on plant biomass and photosynthesis of S. discolor

处理	柳叶干质量/ (g·盆⁻¹)	柳枝干质量/ (g·盆⁻¹)	东南景天地上部干质量/(g·盆⁻¹)	T_r / (mmol·m⁻²·s⁻¹)	P_n / (μmol·m⁻²·s⁻¹)	C_i / (μmol·mol⁻¹)	G_s / (mol·m⁻²·s⁻¹)
ck	5.70±1.21 a	2.73±0.47 c	1.33±0.26 ab	5.24±0.43 a	11.64±2.12 ab	312.11±19.30 ab	0.28±0.03 a
E	6.13±0.71 a	2.64±0.25 c	1.49±0.28 a	4.98±2.33 a	13.96±5.86 a	301.03±11.12 b	0.29±0.13 a
W	6.59±0.44 a	3.47±0.23 b	0.83±0.11 c	4.94±1.94 a	6.45±0.85 b	341.40±16.36 a	0.27±0.12 a
EW	7.66±1.60 a	5.49±0.39 a	1.09±0.10 bc	5.60±1.59 a	7.83±0.73 ab	340.52±15.43 a	0.32±0.11 a
说明：同列不同字母表示差异显著(P＜0.05)

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表 4 不同处理对植物镉吸收积累的影响

Table 4. Effects of different treatments on Cd absorption and accumulation in S. discolor and S. alfredii

处理	镉质量分数/(mg·kg⁻¹)			植物镉积累量/(μg·盆⁻¹)
处理	柳叶	柳枝	东南景天地上部	柳叶	柳枝	东南景天地上部	总地上部
ck	6.89±1.04 a	9.25±1.31 a	36.19±2.02 ab	39.98±13.30 a	25.69±8.00 a	48.00±7.63 ab	113.68±15.48 a
E	7.35±0.30 a	9.36±1.87 a	39.66±2.32 a	45.02±4.70 a	24.54±3.88 a	58.80±8.80 a	128.36±7.06 a
W	3.33±0.65 b	4.34±1.07 b	35.27±1.36 b	21.87±4.03 b	15.20±4.64 a	29.42±4.59 c	66.49±6.32 b
EW	2.69±0.49 b	3.48±0.59 b	37.49±1.69 ab	20.44±4.64 b	19.20±4.39 a	40.67±2.00 bc	80.31±4.99 b
说明：同列不同字母表示处理间差异显著(P＜0.05)

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1. 材料与方法
1.1 材料
1.2 方法
1.3 测定指标与方法
1.4 数据处理
2. 结果与分析
2.1 不同处理对育苗基质物理性质的影响
2.2 不同处理对育苗基质化学性质的影响
2.3 不同处理对紫苏出苗的影响
2.4 紫苏育苗与育苗基质理化性质的关系
2.5 紫苏育苗的综合评价
3. 讨论
3.1 不同处理影响育苗基质物理性质的原因分析
3.2 不同处理影响育苗基质化学性质的原因分析
3.3 不同处理影响紫苏出苗的原因分析
4. 结论

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随着工矿业的发展，矿业冶炼、工业废水及废弃物排放等含镉(Cd)污染物不断进入土壤，土壤镉污染问题日益严重。镉不仅损害植物的生长发育，影响植株的生理代谢，还会在农作物中富集，通过食物链进入人体，威胁人体健康^[1]，进行镉污染土壤修复研究刻不容缓。土壤镉污染修复技术主要有物理修复、化学修复、生物修复以及多措施联合修复等。与传统的理化修复方法相比，植物修复技术成本低、操作简易，应用广泛^[2-3]。但植物材料易受环境等因素影响，因此需要优化植物提取土壤重金属的条件^[4]。结合电动修复技术可以提高植物修复效率，具有良好发展前景^[5]。研究证实交流电场可以促进黑麦草Lolium perenne^[6]、莴苣Lactuca sativa^[7]、东南景天Sedum alfredii^[8]等植物的生长，加快植物对重金属的吸收积累。植物联合电动修复技术不仅能提高土壤中重金属的有效性，还能促进植物生长和对重金属的富集^[9]，强化植物吸收修复效率，提升植物修复技术的实际应用前景。水分是贯穿土壤-植物-大气系统的动力因素，不仅直接影响植物的生长，还会通过改变土壤pH、氧化还原状况等影响土壤物质转化，从而间接影响重金属在土壤固-液两相的分配，影响土壤中重金属的有效性和植物对土壤重金属的吸收^[10]。ANGLE等^[11]对遏蓝菜Thlaspi caerulescens、崖雪球Alyssum murale等的研究表明：随着土壤含水量的增加，植物生物量和对重金属积累能力也随之增加。然而，国内外在关于电场、水分对植物生长和金属吸收性方面研究报道很少。因此本研究以褪色柳Salix discolor、东南景天为对象，采用混栽盆栽试验，研究电场和水分对褪色柳和东南景天生长和对土壤重金属镉吸收积累的影响，为进一步优化提升植物修复土壤重金属镉提供技术支撑。

1. 材料与方法

1.1. 材料

供试土壤采自温州市农业科学研究院试验基地，为重金属镉污染的耕地土壤。取0~20 cm表层土壤，放于阴凉处风干，过2 mm筛备用。供试土壤理化性质：土壤pH 6.30；有机质41.50 g·kg⁻¹；碱解氮242.00 mg·kg⁻¹；有效磷72.30 mg·kg⁻¹；速效钾354.00 mg·kg⁻¹；有效态镉0.28 mg·kg⁻¹；全镉2.47 mg·kg⁻¹。

供试柳树由江苏宿迁名世园艺提供。将长势良好且相近的褪色柳枝条剪成15 cm长的插条，超纯水洗净备用。东南景天取自浙江省衢州市一古老铅锌矿，栽培于浙江农林大学平山试验基地，选用大小相近东南景天苗植株作为供试材料。

1.2. 设计

将4 kg风干土搅拌均匀后装盆(上直径202 mm，高198 mm，下直径170 mm)，褪色柳枝条和东南景天幼苗各5株移栽入盆，随机排列。设置2种电场强度和2种土壤水分，共 4个处理：以不通电、湿润(土壤田间持水量保持为60%)处理为对照(ck)，通电、湿润处理为E组，不通电、高水分(土壤田间持水量为100%)处理为W组，通电、高水分处理为EW组。试验前调节各处理土壤含水量，在E组和EW组中每盆插入2根石墨棒，设定电场强度为0.5 V·cm⁻¹^[12-14]。各处理重复3次。2019年5月开始试验，隔1周调整1次电压，每日称量加水以保持土壤水分；2019年12月收获植物样品，采集土样。

1.3. 样品处理与测定

土壤pH采用pH计电位法测定，水土体积质量比为2.5∶1.0；碱解氮、有效磷、速效钾质量分数分别采用碱解扩散法、碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法和醋酸铵浸提-火焰光度法测定；土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定^[15]。土壤镉全量采用三酸[三酸分别为硝酸(HNO₃)、高氯酸(HClO₄)、氢氟酸(HF)，体积比为5∶1∶1]进行消煮，土壤有效镉采用二乙基三胺五乙酸(DTPA)试剂提取，镉形态分级参照欧洲共同体参考物机构(European Communities Bureau of Reference)改进的三步提取法(BCR)^[16]，消煮液和提取液最后用石墨炉原子吸收仪(岛津AA-7000)测定。

将所采植物样品分为柳叶、柳枝、东南景天地上部3个部分，用自来水和去离子水各清洗1次，105 ℃杀青15 min，80 ℃下烘干至恒量，磨细过20目筛，供分析测定。植物样品经硫酸-过氧化氢消煮后，用石墨炉原子吸收仪(岛津AA-7000)测定镉质量分数。采用便携式光合作用仪(Li-6400XT)于9:00−11:00在25 ℃下测定褪色柳光合参数^[17]，分别为净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、细胞间隙二氧化碳摩尔分数(C_i)。

1.4. 数据处理

利用SPSS 21软件进行统计分析数据。计算植物镉积累量(μg·盆⁻¹)：A_Cd=w_Cd×B，其中w_Cd为植物Cd质量分数(mg·kg⁻¹)，B为植物生物量(g·盆⁻¹)。

2. 结果与分析

2.1. 不同处理下土壤的理化性质

由表1可知：与对照(ck)相比，高水分+电场处理(EW)下土壤pH显著升高(P＜0.05)，电场(E)或高水分(W)单独处理对土壤pH无显著影响。W和EW处理下土壤碱解氮质量分数显著提高11.00%、12.09%(P＜0.05)，E处理下无显著变化。不同处理下土壤中有机质、有效磷质量分数均无显著影响。

表 1 不同处理对土壤理化性质的影响

Table 1. Effects of different treatments on basic soil chemical properties

处理	pH	有机质/(g·kg⁻¹)	碱解氮/(mg·kg⁻¹)	有效磷/(mg·kg⁻¹)	速效钾/(mg·kg⁻¹)
ck	6.18±0.13 b	38.71±2.12 a	192.97±8.17 b	72.85±3.40 a	465.00±13.08 ab
E	6.25±0.19 ab	42.75±1.05 a	190.63±12.01 b	72.95±6.95 a	483.30±16.26 a
W	6.46±0.18 ab	43.30±4.08 a	214.20±12.14 a	76.58±3.93 a	450.67±16.26 b
EW	6.58±0.17 a	43.39±2.13 a	216.30±11.57 a	76.71±5.93 a	469.67±12.58 ab
说明：同列不同字母表示处理间差异显著(P＜0.05)

2.2. 不同处理对土壤镉有效性及镉形态转化的影响

与ck相比，E处理下土壤有效态镉质量分数显著提高了16.13%(P＜0.05)，其他处理无显著变化。利用BCR法得到土壤不同形态镉比例，由表2可知：W和EW处理下，土壤酸可提取态镉和可还原态镉比例分别显著降低了2.78%、6.16%和2.72%、8.44%(P＜0.05)，土壤残渣态镉比例则显著提高(P＜0.05)。W处理下，土壤可氧化态镉比例显著提高(P＜0.05)，E处理对土壤所有镉形态均无显著影响(P＞0.05)。

表 2 不同处理对土壤有效态镉质量分数和镉形态的影响

Table 2. Effects of different treatments on soil available Cd and its fractionations

处理	有效镉/(mg·kg⁻¹)	酸可提取态/%	可还原态/%	可氧化态/%	残渣态/%
ck	0.31±0.02 b	14.23±1.37 a	37.45±2.29 a	2.53±0.49 b	45.79±2.19 b
E	0.36±0.04 a	14.59±1.17 a	38.90±2.04 a	3.13±0.66 ab	43.38±2.63 b
W	0.31±0.03 b	11.45±0.76 b	31.29±2.13 b	3.70±0.48 a	53.56±1.51 a
EW	0.35±0.01 ab	11.51±0.62 b	29.01±2.42 b	3.22±0.27 ab	56.27±1.90 a
说明：同列不同字母表示处理间差异显著(P＜0.05)

2.3. 不同处理对褪色柳和东南景天生长的影响

由表3可知：与ck相比，W处理后，柳叶、柳枝生物量分别提高15.61%和27.11%(P＜0.05)，东南景天生物量显著降低60.24%(P＜0.05)；EW处理后，柳叶、柳枝生物量分别提高34.39%和101.10%(P＜0.05)，东南景天显著降低22.02%(P＜0.05)；E处理对柳叶、柳枝及东南景天生物量均未产生显著影响。不同处理对褪色柳各项光合参数均未造成显著影响。综合来看，EW处理促进褪色柳生长的效果最佳，其柳叶、柳枝生物量分别是W处理的1.16和1.58倍，是E处理的1.25和2.08倍。

表 3 不同处理对植物生物量以及褪色柳光合参数的影响

Table 3. Effects of different treatments on plant biomass and photosynthesis of S. discolor

处理	柳叶干质量/ (g·盆⁻¹)	柳枝干质量/ (g·盆⁻¹)	东南景天地上部干质量/(g·盆⁻¹)	T_r / (mmol·m⁻²·s⁻¹)	P_n / (μmol·m⁻²·s⁻¹)	C_i / (μmol·mol⁻¹)	G_s / (mol·m⁻²·s⁻¹)
ck	5.70±1.21 a	2.73±0.47 c	1.33±0.26 ab	5.24±0.43 a	11.64±2.12 ab	312.11±19.30 ab	0.28±0.03 a
E	6.13±0.71 a	2.64±0.25 c	1.49±0.28 a	4.98±2.33 a	13.96±5.86 a	301.03±11.12 b	0.29±0.13 a
W	6.59±0.44 a	3.47±0.23 b	0.83±0.11 c	4.94±1.94 a	6.45±0.85 b	341.40±16.36 a	0.27±0.12 a
EW	7.66±1.60 a	5.49±0.39 a	1.09±0.10 bc	5.60±1.59 a	7.83±0.73 ab	340.52±15.43 a	0.32±0.11 a
说明：同列不同字母表示差异显著(P＜0.05)

2.4. 不同处理对褪色柳和东南景天镉吸收积累的影响

由表4可知：与ck相比，W和EW处理的柳叶镉质量分数分别显著降低106.91%、156.13%(P＜0.05)，柳枝镉质量分数分别显著降低113.13%、165.80%(P＜0.05)；柳叶镉积累量分别显著降低82.81%、95.60%(P＜0.05)，东南景天地上部镉积累量分别降低63.15%和18.02%。而E处理中柳叶、东南景天地上部镉质量分数与对照相比分别提高6.68%、9.59%；柳叶、东南景天地上部镉积累量与ck相比分别提高12.61%、22.50%。各处理褪色柳和东南景天地上部镉总积累量由高到低依次为：E、ck、EW、W。

表 4 不同处理对植物镉吸收积累的影响

Table 4. Effects of different treatments on Cd absorption and accumulation in S. discolor and S. alfredii

处理	镉质量分数/(mg·kg⁻¹)			植物镉积累量/(μg·盆⁻¹)
处理	柳叶	柳枝	东南景天地上部	柳叶	柳枝	东南景天地上部	总地上部
ck	6.89±1.04 a	9.25±1.31 a	36.19±2.02 ab	39.98±13.30 a	25.69±8.00 a	48.00±7.63 ab	113.68±15.48 a
E	7.35±0.30 a	9.36±1.87 a	39.66±2.32 a	45.02±4.70 a	24.54±3.88 a	58.80±8.80 a	128.36±7.06 a
W	3.33±0.65 b	4.34±1.07 b	35.27±1.36 b	21.87±4.03 b	15.20±4.64 a	29.42±4.59 c	66.49±6.32 b
EW	2.69±0.49 b	3.48±0.59 b	37.49±1.69 ab	20.44±4.64 b	19.20±4.39 a	40.67±2.00 bc	80.31±4.99 b
说明：同列不同字母表示处理间差异显著(P＜0.05)

3. 讨论

3.1. 水分和交流电场对土壤理化性质的影响

土壤速效养分是土壤肥力的重要指标，一定程度上反映了近期土壤对植物养分的供应情况^[18]。土壤碱解氮主要来源于有机氮的矿化分解，属于有效氮，是土壤中能够被植物直接吸收利用的氮素^[19-20]。本研究发现：施加电场对土壤理化性质无显著影响；高水分+电场处理显著提高碱解氮质量分数，但对有效磷、速效钾无显著影响。研究^[21-22]发现：长期高水分处理会使植株叶片叶绿素发生降解，导致叶片衰老凋落，可能是土壤碱解氮质量分数升高的原因。同时，长时间的高水分处理会使土壤二氧化碳排放受阻，反应产生碳酸盐，提高土壤pH^[23-24]。

3.2. 水分和交流电场对土壤镉有效性及其形态的影响

重金属的生物活性不仅与其总量有关，更大程度上由其存在形态决定。重金属的不同形态会产生不同的环境效应，直接影响其迁移和在自然界的循环^[25-26]。本研究发现：施加电场显著提高了土壤有效镉质量分数，土壤金属离子活性的提高，有利于残渣态镉向交换态镉转化^{[6, 27]}。同时发现：高水分处理下，酸可提取态镉、可还原态镉比例显著降低，残渣态镉比例显著提高，这与LI等^[28]的研究结果一致。推测原因在于长期高水分处理下，土壤氧化还原电位(Eh)降低，土壤还原状况加强，土壤中还原态阳离子(如铁、锰离子)和阴离子(如硫离子)相对含量增加，硫离子与镉形成难溶的硫化物沉淀的机率提高^[29-30]。水分还会影响铁离子的氧化还原过程^[31]，长期高水分处理促进氧化铁还原，形成新的镉氧化物。因此，土壤高水分处理降低了土壤镉的有效性。

3.3. 水分和交流电场对褪色柳和东南景天生长的影响

水分是影响植物生长发育的重要因素^[32]。本研究表明：高水分处理后东南景天生物量的降低可能是由于土壤水分含量高导致根际缺氧，从而抑制了其正常生长^[33]。而褪色柳喜湿耐涝，具有较强的耐水性，为耐水湿类树种^[34]，在高水分处理中表现为更有利于其生长。电场+高水分加快了褪色柳细胞分裂、分化，促进褪色柳对营养元素的吸收，从而使褪色柳地上部的生物量提高^[35-36]。

3.4. 水分和交流电场对褪色柳和东南景天镉吸收、积累的影响

褪色柳生长迅速，东南景天吸收重金属的能力强，作为重要的镉富集和超积累植物，褪色柳-东南景天混栽有利于单位面积土壤上植物对土壤中镉的高效吸收^[37]。在评价植物对镉污染土壤修复效率时，主要考虑地上部镉积累量^[8]。研究发现：湿润条件下施加电场，有利于褪色柳和东南景天生长；同时提高了土壤有效镉质量分数，促进植物根系对镉的吸收^[38]，有利于褪色柳、东南景天对其的积累^[39]。高水分处理下，土壤pH升高，土壤溶液中多价阳离子和氢氧根离子(OH⁻)增多，加大了氢氧化镉沉淀生成的机率，使土壤镉的有效性降低^[40]；与此同时，高水分下东南景天生物量也降低，褪色柳和东南景天对土壤中镉的积累受到抑制。

因此，土壤湿润条件比淹水处理更有利于褪色柳-东南景天混栽对土壤中重金属镉的吸收和积累。受时间限制，本研究仅在褪色柳苗期进行，就积累镉质量分数的顺序来看，东南景天地上部要好于柳叶和柳枝。

4. 结论

交流电场的施加可提高土壤有效镉质量分数，促进褪色柳-东南景天地上部对镉的积累，对土壤理化性质及土壤中镉形态分布无显著影响。高水分处理提高了土壤碱解氮质量分数以及可氧化态镉和残渣态镉比例，但会抑制东南景天生长，降低褪色柳、东南景天对镉的积累。因此，适宜水分条件下，施加电场有利于褪色柳-东南景天混栽对土壤中重金属镉的吸收和积累。

参考文献 (40)

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交流电场和水分对褪色柳-东南景天混栽修复镉污染土壤的影响

DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200725

作者简介: 刘波(ORCID: 0000-0003-0206-8634)，从事资源利用与植物保护研究。E-mail: 1341248569@qq.com

通信作者: 叶正钱(ORCID: 0000-0002-6321-815X)，教授，从事土壤重金属污染修复研究。E-mail: yezhq@zafu.edu.cn

Effects of AC electric field and soil moisture on phytoremediation of cadmium contaminated soil by mixed planting of Salix discolor and Sedum alfredii

1. 材料与方法

1.1 材料

1.2 方法

1.2.1 试验设计

1.2.2 育苗基质制备

1.2.3 播种与管理

1.3 测定指标与方法

1.3.1 幼苗指标与测定方法

1.3.2 基质指标与测定方法

1.4 数据处理

2. 结果与分析

2.1 不同处理对育苗基质物理性质的影响

2.2 不同处理对育苗基质化学性质的影响

2.3 不同处理对紫苏出苗的影响

2.4 紫苏育苗与育苗基质理化性质的关系

2.5 紫苏育苗的综合评价

3. 讨论

3.1 不同处理影响育苗基质物理性质的原因分析

3.2 不同处理影响育苗基质化学性质的原因分析

3.3 不同处理影响紫苏出苗的原因分析

4. 结论

计量

出版历程

交流电场和水分对褪色柳-东南景天混栽修复镉污染土壤的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200725

1. 浙江农林大学 省部共建亚热带森林培育国家重点实验室，浙江 杭州 311300 2. 浙江农林大学 浙江省土壤污染生物修复重点实验室，浙江 杭州 311300

作者简介: 刘波(ORCID: 0000-0003-0206-8634)，从事资源利用与植物保护研究。E-mail: 1341248569@qq.com

通信作者: 叶正钱(ORCID: 0000-0002-6321-815X)，教授，从事土壤重金属污染修复研究。E-mail: yezhq@zafu.edu.cn

English Abstract

Effects of AC electric field and soil moisture on phytoremediation of cadmium contaminated soil by mixed planting of Salix discolor and Sedum alfredii

1. State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang A&F University, Hanghzou 311300, Zhejiang, China 2. Key Laboratory of Soil Contamination Bioremediation of Zhejiang Province, Zhejiang A&F University, Hangzhou 311300, Zhejiang, China

全文HTML

1.1. 材料

1.2. 设计

1.3. 样品处理与测定

1.4. 数据处理

2.1. 不同处理下土壤的理化性质

2.2. 不同处理对土壤镉有效性及镉形态转化的影响

2.3. 不同处理对褪色柳和东南景天生长的影响

2.4. 不同处理对褪色柳和东南景天镉吸收积累的影响

3.1. 水分和交流电场对土壤理化性质的影响

3.2. 水分和交流电场对土壤镉有效性及其形态的影响

3.3. 水分和交流电场对褪色柳和东南景天生长的影响

3.4. 水分和交流电场对褪色柳和东南景天镉吸收、积累的影响

目录

全文HTML

1.1. 材料

1.2. 设计

1.3. 样品处理与测定

1.4. 数据处理

2.1. 不同处理下土壤的理化性质

2.2. 不同处理对土壤镉有效性及镉形态转化的影响

2.3. 不同处理对褪色柳和东南景天生长的影响

2.4. 不同处理对褪色柳和东南景天镉吸收积累的影响

3.1. 水分和交流电场对土壤理化性质的影响

3.2. 水分和交流电场对土壤镉有效性及其形态的影响

3.3. 水分和交流电场对褪色柳和东南景天生长的影响

3.4. 水分和交流电场对褪色柳和东南景天镉吸收、积累的影响

1. 浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室，浙江杭州 311300

2. 浙江农林大学浙江省土壤污染生物修复重点实验室，浙江杭州 311300

作者简介:
刘波(ORCID: 0000-0003-0206-8634)，从事资源利用与植物保护研究。E-mail: 1341248569@qq.com

1. State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang A&F University, Hanghzou 311300, Zhejiang, China

2. Key Laboratory of Soil Contamination Bioremediation of Zhejiang Province, Zhejiang A&F University, Hangzhou 311300, Zhejiang, China