摘要
农田土壤重金属污染局势日益严峻和粮食生产需求不断扩大，迫使人们需要考虑在重金属污染农田中进行有效修复的同时生产出安全的农产品，以保障国民生产的稳定发展，因此土壤的重金属污染状况备受重视。本试验利用外源添加剂强化玉米和紫花苜蓿间作修复石灰性镉污染农田，通过室内盆栽试验，根据外源添加剂和分隔方式双因素设计试验处理，测定分析植物根系结构、Cd含量、富集转运系数等指标，土壤的酶活性、Cd形态、有效态Cd含量和微生物多样性等指标，探究外源添加剂强化玉米/紫花苜蓿间作修复土壤Cd污染的机理。大田试验研究木醋液和枯草芽孢杆菌单施或混合施用强化玉米/紫花苜蓿间作对Cd污染土壤的修复效果，测定玉米的籽粒和秸秆生物量、Cd富集转运系数、土壤Cd含量和Cd的化学形态，探究强化措施对玉米/苜蓿间作修复Cd污染农田的可行性，为石灰性Cd污染农田土壤边生产边修复提供科学的理论依据。主要研究结果如下： （1）盆栽实验结果表明：添加木醋液和枯草芽孢杆菌均可显著提高各处理土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性，促进了玉米和紫花苜蓿生长发育，玉米、紫花苜蓿地上部和地下部生物量、根长、根直径、根体积、根表面积显著提高，从而增加根系与土壤中重金属接触面积，增强植株对重金属Cd的富集积累能力，作物地上部和地下部Cd含量显著提高，玉米地上部和地下部Cd含量分别提高了13.08%~39.12%和20.02%~61.64%。土壤Cd含量降低，其中，NB-BS和NB-T100处理土壤Cd含量较NB-CK处理分别降低了8.13%和11.58%，其中NB-BS处理土壤Cd含量最低，为1.20 mg/kg，表明枯草芽孢杆菌对间作条件下玉米修复Cd污染土壤的效果较木醋液更好。 （2）添加木醋液、枯草芽孢杆菌可显著影响玉米/紫花苜蓿根系互作条件下玉米土壤微生物多样性。与玉米单作相比，根系互作提高了土壤微生物丰富度，Proteobacteria（变形菌门）、Acidobacteria（酸杆菌门）、Gemmatimonadetes（芽单胞菌门）和Actinobacteria（放线菌门）丰度较高，为优势菌门。施用木醋液和枯草芽孢杆菌后，优势菌属丰度增加，木醋液提高了Pseudomonadales（假单胞菌门）和Haliangium（粘菌门）等细菌的相对丰度，枯草芽孢杆菌提高了Actinomycetota（放线菌门）等细菌的相对丰度，这些细菌可促进土壤中养分释放，促进植物生长和微生物繁殖。 同时通过PICRUSt2分析预测玉米土壤微生物代谢功能丰度，结果表明，木醋液和枯草芽孢杆菌主要通过调控玉米根系互作条件下土壤微生物的Biosynthesis （生物合成）、Degradation/Utilization/Assimilation（降解/利用/同化）、Detoxification（解毒作用）等活动，强化玉米对Cd的富集积累能力。通过调控PWY-722（烟酸降解I）、PWY-6906（甲壳素衍生物的降解）、PWY-7373（去甲基甲萘酚-6生物合成的超级途径 Ⅱ）、PWY-7347（蔗糖生物合成Ⅲ）、GALLATR-DEGRADATION-Ⅱ-PWY（没食子酸降解）等代谢途径，加速对有害物质降解、植物抗氧化物质以及能量的合成，增加植物根际对Cd的耐受性，提高植物对重金属的吸收，降低土壤Cd含量。 （3）大田试验结果显示，木醋液、枯草芽孢杆菌单施或混合施用均可促进了间作条件下玉米和紫花苜蓿生长发育，增强土壤重金属活性，提高玉米各部位的富集系数和地上部积累量，降低土壤Cd含量。与CK处理相比，施用木醋液和枯草芽孢杆菌处理玉米产量提高8.91%~23.80%，玉米地上部 Cd 积累量提高 9.50%~44.39%，玉米籽粒 Cd 含量提高了34.22%~53.10%，枯草芽孢杆菌18g配施稀释100倍木醋液（T4）处理籽粒Cd含量最高，为0.059 mg/kg，仍低于国家标准限值。土壤Cd含量显著降低，较种植前降低了8.90%~12.81%，其中，T4处理土壤Cd含量最低，1.77 mg/kg，表明与单独施用木醋液或枯草芽孢杆菌相比，木醋液和枯草芽孢杆菌配合施用对玉米/紫花苜蓿间作修复Cd污染土壤强化效果更好。
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