全 文 ：第 36 卷第 11 期
2015 年 11 月
环 境 科 学
ENVIRONMENTAL SCIENCE
Vol． 36，No． 11
Nov．，2015
不同有机物料对东南景天修复重金属污染土壤效率的
影响
姚桂华，徐海舟，朱林刚，马嘉伟，柳丹，叶正钱*
(浙江农林大学环境与资源学院，浙江省土壤污染生物修复重点实验室，临安 311300)
摘要:通过盆栽试验，研究清洁有机物料(沼渣、菌渣、笋壳)对镉、锌超积累植物东南景天修复重金属污染程度不同的土壤
(分别采自温州和富阳，称温州土和富阳土)的影响． 结果表明，有机物料对土壤重金属有效性的影响因有机物料种类和添加
量而异，不同重金属元素的反应也不同． 在温州土中，以 5%沼渣对 Cu、Zn 的活化效果最好;而在富阳土中则以 1%笋壳对
Cu、Zn、Pb和 Cd的活化效果最好． 有机物料的添加促进了东南景天的生长，其生物量随着有机物料添加量的提高而增加，增
幅达 23. 7% ～ 93. 0% ． 在温州土中，仅以 1%笋壳的处理对东南景天地上部吸收积累 Cd的效果最佳，超过对照的 22. 6%，而
其余各处理皆不及对照;对于 Zn，菌渣处理不及对照，而其它处理均优于对照，以 5%沼渣、1%笋壳和 5%笋壳为佳，分别超
过对照的 39. 6%、32. 6%和 23. 8% ． 而在富阳土中，对于 Cd而言，以 5%笋壳、1%沼渣和 5%沼渣的处理效果为佳，地上部
Cd积累量超过对照的 12. 9%、12. 8%和 6. 2%，而其余处理皆不及对照;对于 Zn，添加有机物料的各处理都促进了东南景天
地上部 Zn的积累，最佳处理分别为:5%笋壳、5%沼渣和 5%菌渣，分别超过对照的 38. 4%、25. 7%和 22. 4% ．
关键词:有机物料;东南景天;重金属;土壤;植物修复
中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:0250-3301(2015)11-4268-09 DOI:10． 13227 / j． hjkx． 2015． 11． 043
收稿日期:2015-01-29;修订日期:2015-06-06
基金项目:浙江省科技厅公益项目(2013C33016);种养废弃物循环
利用与污染防控技术创新团队项目(2013TD12)
作者简介:姚桂华(1987 ～)，男，硕士研究生，主要研究方向为环境
修复，E-mail:steamedbread@ 126． com
* 通讯联系人，E-mail:yezhq@ zafu． edu． cn
Effects of Different Kinds of Organic Materials on Soil Heavy Metal
Phytoremediation Efficiency by Sedum alfredii Hance
YAO Gui-hua，XU Hai-zhou，ZHU Lin-gang，MA Jia-wei，LIU Dan，YE Zheng-qian*
(Key Laboratory of Soil Contamination Bioremediation of Zhejiang Province，School of Environmental and Resources Science，Zhejiang
A＆F University，Linan 311300，China)
Abstract:In this study，a pot experiment was conducted to investigate the effect of clean organic materials i． e．，biogas residue
(BR)，mushroom residue (MR) ，and bamboo shell (BS)on phytoextraction remediation of two heavy metal contaminated soils
(collected from Wenzhou and Fuyang，which referred to“Wenzhou soil”and“Fuyang soil”，respectively．)using a cadmium (Cd)
and zinc (Zn)hyperaccumulator Sedum alfredii Hance． The results indicated that the effects of organic materials on availabilities of
soil heavy metals were different due to different kinds of heavy metals，organic materials，and the application rates of the organic
materials． Addition with 5% BR showed the greatest activation to copper (Cu) ，Zn in Wenzhou soil，and in Fuyang soil 1% BS had
the highest activation for Cu，Zn，lead (Pb)and Cd． Growth of shoot biomass of Sedum alfredii Hance increased with the addition rate
of organic materials，and the plant dry weights were increased by 23. 7% -93. 0% ． In Wenzhou soil，only 1% BS treatment had the
best effect on Cd uptake and accumulation in shoots of Sedum alfredii Hance，increased by 22. 6%，while other treatments were inferior
to the control． For Zn，MR treatments were inferior to the control，while other treatments were superior to the control，of which 5%
BR，1%BS and 5% BS exceeded the control by 39. 6%，32. 6% and 23. 8%，respectively． In Fuyang soil，for Cd，the treatment
effects of 5% BS，1%BR and 5%BR were the greatest，of which Cd accumulation in shoots exceeded the control by 12. 9%，12. 8%
and 6. 2%，respectively，while Cd accumulations in shoots in all other treatments were less than that of control． For Zn，the treatments
of adding organic materials promoted Zn accumulation in shoots of Sedum alfredii Hance，and the best treatments were as follows:5%
BS，5% BR and 5% MR，exceeded the control by 38. 4%，25. 7% and 22. 4%，respectively．
Key words:organic material;Sedum alfredii Hance;heavy metal;soil;phytoremediation
土壤重金属污染问题日益严峻，亟待治理． 近年
来，学术界已提出了诸如物理修复、化学修复、生物
修复以及多措施联合修复等多种方法来治理重金属
污染土壤． 与传统的理化治理方法相比，生物修复技
术因其治理过程的原位性、治理成本的低廉性、管理
与操作的简易性及环境美学的兼容性而日益受到人
们的重视［1 ～ 3］． 其中利用超积累植物［4 ～ 6］有效吸取土
壤重金属，实现重金属污染土壤的修复，已成为污染
土壤修复研究的热点之一． 东南景天是在中国东南
部古老矿山上所发现的一种生长速率相对较快、生
11 期 姚桂华等:不同有机物料对东南景天修复重金属污染土壤效率的影响
物量较大的 Zn、Cd 超积累植物，是目前发现的较为
理想的 Zn、Cd污染土壤修复植物之一［7，8］． 然而，由
于受到环境等因素的影响，单纯使用植物修复技术效
率往往很低［9］，因此需要采取强化措施如施用有机
肥、金属螯合剂等来提高植物修复的效率［10 ～ 14］．
农业生产过程中产生的大量废弃物，包括沼渣、
菌渣、笋壳等有机物料［13］，如能对其加以利用，既
可以变废为宝，减少其对环境的污染，还可节省化肥
的使用，降低农业成本;而且施加廉价易得的清洁
有机物料对土壤进行修复，还被认为是一种切实可
行的方法［10］． 沼渣中所含大量的有机质和植物生
长所需的营养元素(如氮、磷、钾等)，是优质的有
机肥料［15］． 菌渣含有丰富的纤维素、维生素、抗生
素、矿质元素和其他生物活性物质，可在农业生产
上作为有机肥料或土壤改良剂应用［16，17］． 而笋壳是
竹笋加工废弃物，同样富含大量的氨基酸、蛋白质
和粗纤维等成分，利用笋壳生产有机肥能够获得优
质的堆肥［18，19］． 有机肥 /有机物料施入土壤后，不仅
可以改良土壤、提高土壤肥力，而且在矿化分解过
程中产生小分子有机酸等可溶性有机物(DOM)可
以活化土壤重金属，从而提高它们的植物有效
性［20］，促进植物吸收，潘逸等［21］研究发现施用有机
肥后，耕层土壤中交换性 Cu、Cd 含量明显增加，促
进了小麦对 Cu、Cd的吸收和积累． 此外，Wei等［22］
在研究超富集植物球果蔊菜修复 Cd 污染土壤时，
施用鸡粪显著提高了球果蔊菜对 Cd 的提取能力．
将有机物料用于辅助植物修复重金属污染土壤已成
为新的趋势，但有机物料的添加对植物修复重金属
的效率往往呈现出不同的结果，或提高［23，24］或降
低［25，26］． 因此，利用有机物料辅助修复重金属污染
土壤有待进一步研究，并且根据当地现有的农业废
弃物来提高东南景天修复重金属污染土壤的研究鲜
见报道． 本研究通过盆栽试验，探讨上述 3 种有机
物料对东南景天修复重金属污染土壤的效果，以期
为田间实际修复提供借鉴和参考．
1 材料与方法
1. 1 试验材料
供试植物:取自浙江省衢州市一古老铅锌矿的
重金属超积 累 植 物 东 南 景 天 (Sedum alfredii
Hance)，该植物能够无性繁殖，经扦插进行人工繁
殖培育后，选用长约 5 cm、大小均匀、去顶芽和带
叶片的植株作为供试材料．
供试有机物料:沼渣，采自余杭某有机养殖农
场猪粪沼气池，风干;菌渣，采自嘉兴某农场黑木耳
栽培后的废菌棒，菌棒原材料主要为桑枝屑(约占
80%)，辅料为麦麸、棉籽壳、石膏、石灰等;笋壳，
采自临安某竹笋加工厂． 菌渣和笋壳经发酵腐熟
后，风干． 风干有机物料经粉碎后过 2 mm 筛备用，
基本性质见表 1．
供试土壤:一种采自温州市农业科学院试验基
地，为 Cd污染的农田土壤(温州土)，另一种采自杭
州富阳市环山乡某一小高炉周边，为多金属复合污
染的土壤(富阳土)，基本性质见表 1． 所取土壤皆
为 0 ～ 20 cm的表层土壤，置于阴凉处风干，过 5 mm
筛备用．
表 1 供试材料的基本理化性质
Table 1 Basic physicochemical properties of materials used in the experiment
供试材料 温州土 富阳土 沼渣 菌渣 笋壳
pH 5. 32 5. 64 6. 50 7. 80 6. 80
有机质 /% 4. 05 2. 86 52. 72 75. 11 56. 22
CEC /cmol·kg －1 20. 60 9. 19 — — —
全氮 /% — — 1. 72 1. 14 2. 24
全磷 /% — — 0. 20 0. 10 0. 44
全钾 /% — — 0. 91 0. 60 1. 35
碱解氮 /mg·kg －1 246. 96 197. 72 — — —
有效磷 /mg·kg －1 74. 86 9. 19 — — —
速效钾 /mg·kg －1 365. 50 88. 50 — — —
全 Cu /mg·kg －1 84. 64 1 183. 48 25. 50 10. 00 8. 43
全 Zn /mg·kg －1 228. 15 2 403. 15 256. 25 85. 40 7. 59
全 Pb /mg·kg －1 77. 35 817. 75 1. 75 3. 30 0. 23
全 Cd /mg·kg －1 2. 65 13. 15 0. 25 nd1) nd
有效 Cu /mg·kg －1 8. 14 768. 73 — — —
有效 Zn /mg·kg －1 54. 20 1 140. 36 — — —
有效 Pb /mg·kg －1 11. 71 515. 01 — — —
有效 Cd /mg·kg －1 0. 49 2. 61 — — —
1)nd表示未检出
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环 境 科 学 36 卷
1. 2 试验方法
选用 3 种有机物料:沼渣、菌渣、笋壳作为试
验材料，每种有机物料分别按土重比为 1%、5%与
供试土壤混匀后装入塑料盆中，同时设对照处理
(不添加有机物料)，每个处理重复 3 次． 塑料盆尺
寸为 305 mm ×210 mm ×110 mm，每盆装 5 kg土壤．
将培育好的生长一致的东南景天苗株移栽入盆中
(植株间距 5 cm)． 在植物生长过程中，定期浇水保
证每盆土壤的含水率维持在田间持水量的 60%左
右． 待其中某一处理的植株封行(植物生长皆处于
营养生长阶段)后，收获所有处理的植物和进行土
壤样品的采集．
植物样品采集后，用去离子水洗净，吸水纸吸干
表面水，测定鲜重． 然后置于 70℃下烘干至恒重，测
定其干物质量． 再用玛瑙研钵磨碎，过 20 目筛供分
析测定． 采集的土样经风干后，磨细，过筛． 用于土
壤速效成分和 pH测定的样品过 10 目筛，其它指标
过 100 目筛．
土壤 pH、有机质、CEC 以及速效养分均采用
常规分析方法测定［27］．
土壤重金属有效态采用 0. 1 mol·L －1 HCl 浸
提，土壤重金属全量采用 HNO3-HF-HClO4 消煮，植
物样品采用 HNO3-H2O2 消煮，最后所得浸提液和消
煮液均用电感耦合等离子发射光谱仪 ICP-OES
(Optima 7000 DV，美国 PE公司)进行测定．
1. 3 数据分析
采用 Excel 2007 和 Origin 8. 0 进行数据处理和
作图，SPSS 18. 0 进行差异显著性检验(P ＜ 0. 05)．
2 结果与分析
2. 1 有机物料对土壤 pH的影响
由图 1 可知，3 种有机物料在两种土壤上对土
壤 pH的影响表现趋势基本一致． 与对照(CK)相
比，除了施入 5%菌渣显著提高 pH 外，其他处理
pH值都有不同程度的下降． 尤其是施加了 5%沼
渣和 1%笋壳的处理，pH 值降低了 0. 3 个单位，达
到显著性差异(P ＜ 0. 05)． 出现这一现象的原因，
可能是由于不同的有机物料具有不同的酸碱性和
组成成分，使得施入土壤后分解产生的可溶性离
子或者小分子有机酸的含量不同，导致了对土壤
酸碱度产生不同程度的影响［28］． 另外，还可能会
受东南景天根系代谢活动如根系分泌物、土壤微
生物等的影响． 东南景天的根系分泌物往往是一
些有机酸化合物，内含有羟基、羧基、氨基等大量
的官能团对土壤 pH 会产生很大变化，降低土壤
pH［29］．
图中不同小写字母表示处理间差异显著(P ＜ 0. 05)，下同
图 1 不同处理对两种土壤 pH值的影响
Fig． 1 Effects of different treatments on pH in two soils
0724
11 期 姚桂华等:不同有机物料对东南景天修复重金属污染土壤效率的影响
2. 2 有机物料对土壤有机质的影响
由图 2 可知，与对照相比，添加 1%有机物料的
处理，对土壤有机质含量没有显著影响． 但当添加
5%有机物料时土壤有机质含量显著提高，这与前人
的研究结果一致［30］．
施加 5%沼渣、5%菌渣和 5%笋壳后，在温州
土中，有机质含量分别比对照增加了 9. 5%、
10. 3%和 12. 8%，但只有 5%笋壳达到了显著水
平(P ＜ 0. 05)． 而富阳土中，有机质含量分别比对
照增加了 23. 3%、40. 0%和 26. 3%，均达到了显
著性差异． 由此可知，有机物料的添加效果富阳土
要明显好于温州土． 这可能是由于富阳土本身的
有机质含量要低于温州土的有机质含量，当施入
等量的有机物料时，有机物料对温州土所产生的
效果低于富阳土的效果;也可能由于富阳土壤重
金属污染比较严重，抑制了土壤微生物对有机物
质的矿化分解;还可能受有机物料本身性质的影
响，在温州土的处理中，施加 5%笋壳效果最好，增
幅达 12. 8%，而富阳土的处理中，以添加 5%菌渣
效果最好，增幅达 40. 0% ．
图 2 不同处理对两种土壤有机质含量的影响
Fig． 2 Soil organic matter content affected by different treatments
2. 3 有机物料对土壤重金属有效态的影响
由于有机物料对土壤重金属形态转化的作用，3
种有机物料的添加对两种土壤中重金属有效态含量
产生了不同程度的影响(表 2)． 总体而言，与对照
相比，温州土中，除 5%沼渣的处理土壤 Cu、Zn 有
效态含量显著增加外，其它各处理对土壤中 Cu、
Zn、Pb、Cd有效性都有降低或显著降低的作用;富
阳土中，土壤重金属有效性的变化因有机物料种类
和添加量而异． 比较同一有机物料用量之间的效果
可以发现，低用量(1%)条件下土壤重金属有效态
含量都比高用量(5%)的高． 与对照相比，施加 5%
有机物料的处理降低或显著降低了土壤有效 Cu 的
含量，其中以 5%沼渣的处理降幅最大，达 13. 5%，
而施用低量有机物料(1%)却有提高或显著提高土
壤有效 Cu 的作用，以 1% 笋壳的作用最大，达
7. 9% ． 在对土壤 Zn有效性的作用方面，除 5%沼渣
处理显著降低了土壤有效 Zn(降幅达 12. 2%)外，
其它各处理土壤有效 Zn都比对照高，也以 1%笋壳
的作用显著，提高了 12. 5% ．
对于重金属元素 Pb，与对照相比，在温州土中
添加不同有机物料的各处理土壤 Pb 的有效态含量
都有不同程度的下降． 但在富阳土中却表现出不同
的结果，低用量(1%)条件下起显著的活化作用，以
1%笋壳的作用最大，提高了 15. 2%;高用量条件下
活化作用减弱(5%笋壳)、甚至降低了土壤有效 Pb
的含量，以 5%沼渣的降低作用最为显著，降低达
15. 8% ． 这与黄霭霞等［31］、黎秋君等［32］的研究结
果一致． 对于 Cd 元素，在温州土中，所有有机物料
1724
环 境 科 学 36 卷
处理的土壤有效 Cd 都比对照显著降低;但在富阳
土中，除了沼渣处理降低了土壤有效 Cd 含量外，菌
渣的作用微小，而笋壳的处理却增加了土壤有效 Cd
的含量，低量(1%)笋壳的作用更大，增幅达
27. 2% ． 综合各处理，富阳土中以 1%笋壳对 Cu、
Zn、Pb和 Cd的活化效果最大．
表 2 不同处理对土壤重金属有效态含量的影响1)/mg·kg －1
Table 2 Soil available heavy metal contents affected by different treatments /mg·kg －1
处理
温州土 富阳土
Cu Zn Pb Cd Cu Zn Pb Cd
对照(CK) 7. 59 b 46. 96 b 11. 05 a 0. 47 a 800. 62 bc 988. 87 c 486. 86 d 1. 80 b
1%沼渣 7. 04 b 44. 22 b 9. 35 bcd 0. 35 d 835. 49 ab 1 005. 49 bc 530. 17 ab 1. 75 bc
5%沼渣 8. 36 a 68. 51 a 10. 93 a 0. 37 cd 692. 74 d 867. 99 d 414. 67 e 1. 54 c
1%菌渣 7. 05 b 45. 26 b 9. 70 bc 0. 41 b 811. 99 b 1 029. 74 bc 522. 17 bc 1. 86 b
5%菌渣 5. 34 c 44. 23 b 8. 05 d 0. 39 bc 767. 32 c 1 008. 16 bc 472. 47 d 1. 74 bc
1%笋壳 6. 94 b 40. 38 b 8. 85 cd 0. 31 e 863. 16 a 1 112. 66 a 560. 84 a 2. 29 a
5%笋壳 7. 21 b 43. 63 b 10. 62 ab 0. 40 bc 759. 87 c 1 027. 87 bc 490. 78 cd 1. 90 b
1)表中同列不同小写字母表示处理间差异显著(P ＜ 0. 05)，下同
图 3 不同处理对东南景天地上部生物量的影响
Fig． 3 Biomass of Sedum alfredii Hance shoot dry weights affected by different treatments
2. 4 有机物料对东南景天生长的影响
有机肥能够促进植物生长，由图 3 可知，在温州
土中，与对照相比，5%菌渣、1%笋壳和 5%笋壳显
著增加了东南景天地上部的生物量，增幅分别为
35. 6%、23. 7%和 24. 4%;在富阳土中，各处理的
地上部生物量均有所增加，其中 5%沼渣、1%菌渣、
5%菌渣和 5%笋壳处理的地上部生物量得到显著
提高，分别提高了 54. 4%、43. 9%、93. 0% 和
81. 6% ． 以上结果可知，无论是对于温州土，还是富
阳土，添加 5%菌渣的处理效果最好． 可以看出，有
机物料的添加可以促进超积累植物东南景天的生
长，提高地上部生物量，并且随着有机物料添加量的
增加而增加［33，34］．
2. 5 有机物料对东南景天地上部重金属含量的影响
虽然有机物料促进了东南景天的生长，但是与
对照相比，在两种土壤上，施用有机物料后东南景天
地上部重金属含量大多呈下降的趋势(表 3)，可能
与“稀释作用”有关． 但在温州土壤上，东南景天地
上部 Zn的含量因有机物料种类和使用量而产生相
反的结果，与对照相比，1%沼渣、5%沼渣和 1%笋
壳的处理显著提高了东南景天地上部 Zn的含量，而
1%菌渣、5%菌渣和 5%笋壳的处理则作用效果相
2724
11 期 姚桂华等:不同有机物料对东南景天修复重金属污染土壤效率的影响
反． 沼渣用量对植物 Zn含量影响较大，为各处理中
最高(4. 4 ～ 4. 8 g·kg －1)，而植物体内 Zn 的浓度随
着菌渣和笋壳用量的提高而显著下降，尤以 5%菌
渣的作用明显，只有对照的 67. 5% ． 有机物料降低
了东南景天地上部 Cd 的含量，并随有机物料用量
的增加而下降，以 5%菌渣的降低作用最大，仅为对
照的 57. 6% ．
在富阳土中，与对照相比，施用 3 种有机物料后
东南景天地上部重金属 Cu、Zn、Pb和 Cd的含量均
有不同程度的降低，其降低程度依次为:菌渣 ＞笋
壳 ＞沼渣，且 4 种重金属表现出一致的规律性． 有
机物料对东南景天地上部重金属含量的作用随着施
入量的增加，其降低的越显著，在 5%菌渣处理下，
东南景天地上部 Cu、Zn、Pb和 Cd的含量分别只有
对照的 31. 2%、70. 8%、25. 3%和 42. 9% ． 由以上
结果可知，两种土壤中，菌渣对提高东南景天地上部
重金属含量的效果最小，沼渣和笋壳的作用效果不
明显，甚至显著降低(尤其是元素 Pb和 Cd)．
表 3 不同处理对东南景天地上部重金属含量的影响 /mg·kg －1
Table 3 Effects of different treatments on heavy metal concentrations in shoots of Sedum alfredii Hance /mg·kg －1
处理
温州土 富阳土
Cu Zn Pb Cd Cu Zn Pb Cd
对照(CK) 4. 61 bc 4 035. 49 c 1. 00 a 35. 95 a 34. 53 a 16 822. 10 a 185. 11 a 473. 19 a
1%沼渣 4. 31 c 4 448. 40 ab 0. 42 d 31. 29 b 30. 24 ab 15 859. 99 b 135. 51 b 410. 34 ab
5%沼渣 4. 97 ab 4 796. 74 a 0. 41 d 29. 02 b 24. 17 c 14 074. 59 c 99. 10 c 311. 40 cd
1%菌渣 3. 50 d 3 328. 38 d 0. 50 d 23. 75 c 23. 93 c 12 704. 53 d 107. 39 c 321. 50 cd
5%菌渣 3. 01 d 2 724. 06 e 0. 43 d 20. 69 c 10. 78 d 11 917. 40 d 46. 89 d 203. 04 e
1%笋壳 4. 76 abc 4 397. 72 b 0. 75 b 36. 01 a 25. 24 bc 14 742. 89 c 134. 08 b 357. 78 c
5%笋壳 5. 25 a 3 657. 45 d 0. 52 cd 24. 24 c 19. 99 c 11 827. 01 d 94. 43 c 269. 66 d
3 讨论
3. 1 有机物料对土壤重金属有效态的影响
从上述的结果可知，不同有机物料及用量的处
理对土壤 4 种重金属有效态的影响不同． 这显然与
有机物料在土壤体系中的反应过程比较复杂有关，
对重金属生物有效性的效果取决于有机物料本身的
性质、内在的氧化还原作用、土壤类型以及重金属
离子的性质等因素的影响． 有机物料施入土壤后发
生转化、分解产生小分子有机酸或者大分子的腐殖
酸，小分子酸可以活化被土壤表面或胶体吸附的重
金属，从而增加了土壤溶液中重金属离子的含量，而
大分子腐殖酸可以络合土壤胶体或者土壤溶液中的
重金属，形成稳定的络合物，从而降低土壤溶液中重
金属离子的浓度． 卢丽兰等［35］、García-Mina 等［36］
研究表明，腐殖酸在不同条件下对重金属有不同的
作用，既可以活化也可以钝化． 本研究中，3 种有机
物料的性质很不相同，沼渣原材料为动物的排泄物
经过沼气池厌氧发酵而来;笋壳为食用竹笋去除可
食部分的剩余物经堆置好氧发酵而得;而菌渣则主
要由桑枝菌棒经黑木耳栽培后的剩余物经堆置发酵
而得． 因此，从有机物组成来看，除了含有结构复
杂、不易降解的木质素和腐殖酸外，所用笋壳比沼
渣和菌渣具有更多的相对结构简单、易于矿化分解
的有机成分(纤维素、半纤维素)及结构更简单的有
机物［15，17，19，37］，因而能够使土壤重金属有效态含量
较高，而菌渣由于具有高 pH，从而使土壤 pH 提高、
重金属有效性显著降低［38］，并随用量的提高其作用
更明显(图 1、表 3)，影响植物的吸收，导致东南景
天地上部重金属的吸收积累低于其它有机物料的处
理，也低于对照．
在本研究中，对于重金属 Cu、Zn，在温州土中
1%的沼渣降低了有效态 Cu、Zn 含量，而 5%的沼
渣却增加了 Cu、Zn有效态含量，这说明沼渣进入土
壤后分解产生的大分子酸比例要大于小分子酸，使
得施入 1%沼渣后抑制了土壤中重金属的活性，而
随着沼渣施入量的增加，大分子酸逐渐分解矿化成
小分子酸，当施入 5%沼渣时小分子酸的比例高于
大分子酸，活化的 Cu、Zn 量也就多于络合的 Cu、
Zn量，从而造成重金属有效态含量的增加． 可是沼
渣施入富阳土后对重金属有效态含量表现出了相反
的情况． 从表 1 可以看出，温州土无论从养分含量
还是阳离子交换量(约为富阳土的两倍)都高于富
阳土，而其重金属污染程度远小于富阳土，这也就使
得微生物在温州土中的活性或者新陈代谢的速率要
比在富阳土中大得多．
对于重金属 Cd，本研究中两种土壤中几乎所有
处理对有效态 Cd 都产生了一定的抑制作用，唯独
笋壳施入富阳土后对 Cd 有一定的活化作用，其中
1%笋壳的处理达到了显著水平(P ＜ 0. 05)． 这可
3724
环 境 科 学 36 卷
能是由于笋壳中纤维素含量比较高，富阳土的有机
质含量不高，Cd在氧化条件下不易形成稳定的络合
(或者螯合)物． 同时，东南景天根系的分泌物、根
际的微生物(如丛枝菌根、内生菌根)等都会对重金
属产生或活化或抑制的作用［39，40］． 因此重金属有效
态在不同的土壤体系中得到活化还是钝化，受到有
机物料种类和用量、根系分泌物、土壤微生物、土
壤有机质等一系列因素的影响［10，41，42］． 它们之间含
量的多少、相互间作用的强弱决定了重金属有效态
含量的变化． 此外，东南景天对土壤重金属的吸收，
消耗了土壤有效态重金属． 因此，在东南景天生长
修复过程中有机物料对土壤重金属有效态的影响过
程复杂．
3. 2 有机物料对东南景天地上部重金属吸收积累
的影响
在评价东南景天修复重金属污染土壤的效率
时，不仅要从对土壤结构、肥力、迁移风险［43］等指
标的改良程度去考量，更要从单位时间内从土壤中
带走的重金属总量去考量． 东南景天带走的重金属
总量的多少涉及以下两个因素:地上部植株生物量
和植株重金属含量，两者的乘积(重金属积累量)真
正反映了有机物料对东南景天修复土壤重金属效率
的作用． 在本试验中，3 种有机物料的施入都不同
程度的增加了东南景天地上部的生物量，且温州土
和富阳土表现出一致的规律，尤以菌渣的处理效果
最好，表明菌渣施用更有利于改善东南景天的营养
条件，其原因可能是经黑木耳栽培后的菌棒中有更
多有利于东南景天生长的葡萄糖、氨基酸、有益微
生物等［44］． 但是，与生物量反应不同的是，施用 3
种有机物料对东南景天地上部重金属的吸收积累作
用表现不一，有促进、有抑制，其作用还受土壤性
质、重金属元素的影响，这与 van Herwijnen 等［45］的
研究结果一致． 其中菌渣处理在温州土中对东南景
天地上部重金属的积累都表现出抑制作用，而在富
阳土中，除对 Zn有一定的促进作用外，对 Cu、Pb和
Cd也都起抑制作用(表 4)． 沼渣和笋壳在两种土
壤上对 Cu、Zn则主要起促进作用，对 Pb 起抑制作
用;而对 Cd的作用，在温州土中只有 1%笋壳处理
显著促进了在东南景天地上部的积累，在富阳土中，
1%沼渣、5%笋壳起显著促进作用，5%沼渣和 1%
笋壳则作用不显著． 这些有机物料对东南景天地上
部重金属的吸收积累作用，其抑制作用一方面可能
与施用后土壤 pH升高、腐熟有机物料中腐殖物质
等大分子复杂有机物对土壤重金属的络合、固定，
使土壤中重金属活性下降，抑制了植物根系对它们
的吸收有关［22］． 而有机物料对东南景天地上部重
金属积累的促进作用，则与它们对东南景天生长的
促进作用、在土壤中的矿化分解产生小分子有机物
对土壤重金属的活化等有关［29，35，42］，从而有利于植
物对重金属的吸收积累． 由此可知，同一有机物料
处理虽然提高了东南景天地上部生物量，却可能会
降低了地上部某种重金属的积累．
因此，不仅有机物料的性质影响土壤重金属有
效性，有机物料的用量对重金属有效性的影响也很
明显，在考虑有机物料对东南景天吸收重金属的促
进效果时，要兼顾有机物料对土壤重金属有效性和
东南景天生长的影响，才能有效地考量有机物料对
提高东南景天修复重金属污染土壤效率的作用．
表 4 不同处理对东南景天地上部重金属积累量的影响 /μg·plant － 1
Table 4 Effects of different treatments on heavy metal accumulation in Sedum alfredii Hance shoots /μg·plant － 1
处理
温州土 富阳土
Cu Zn Pb Cd Cu Zn Pb Cd
对照(CK) 6. 52 b 5 507. 93 cd 1. 40 a 48. 96 bc 39. 47 ab 19 627. 26 cd 223. 92 a 531. 50 bc
1%沼渣 6. 58 b 5 989. 76 c 0. 51 e 41. 03 c 44. 33 a 22 855. 79 bc 206. 60 ab 599. 76 a
5%沼渣 8. 74 a 7 689. 52 a 0. 75 d 43. 48 c 45. 44 a 24 676. 21 ab 156. 45 c 564. 21 ab
1%菌渣 4. 51 c 4 280. 78 e 0. 82 cd 32. 32 d 35. 96 b 20 029. 54 cd 178. 31 bc 463. 92 de
5%菌渣 5. 95 b 5 134. 86 d 1. 13 b 37. 80 d 21. 59 d 24 023. 87 ab 91. 92 d 404. 82 e
1%笋壳 8. 40 a 7 301. 20 ab 1. 24 ab 60. 02 a 35. 39 b 19 956. 11 cd 175. 15 c 487. 92 cd
5%笋壳 9. 31 a 6 817. 13 b 0. 96 c 47. 30 c 42. 16 a 27 171. 42 a 223. 81 a 599. 85 a
综上讨论可以发现，有机物料对东南景天修复
土壤重金属的作用不仅因有机物料种类而异，而且
还与有机物料的施用量相关，需要综合考虑土壤
pH、有机质、东南景天生物量等多种因素． 在所用
3 种有机物料中，笋壳和沼渣是较好的有机物料，适
当的用量条件下，能够促进东南景天对重金属 Zn、
Cd污染土壤的修复，而菌渣的施入却抑制了东南景
天对 4 种重金属 Cu、Zn、Pb、Cd 的提取，显著降低
4724
11 期 姚桂华等:不同有机物料对东南景天修复重金属污染土壤效率的影响
了东南景天地上部重金属的吸收量．
4 结论
(1)3 种有机物料(沼渣、菌渣、笋壳)对两种
土壤(温州土和富阳土)pH 的影响趋势一致，与对
照相比，除了施入 5%菌渣显著提高 pH 外，其他处
理下土壤 pH 值都有不同程度的下降． 添加 5%有
机物料的土壤有机质含量显著高于添加 1%有机物
料的处理，在温州土中，5%笋壳的处理效果最好，增
幅达 12. 8%，富阳土中，5%菌渣的处理效果最好，
增幅达 40. 0% ．
(2)对于土壤重金属有效性，温州土中，5%沼
渣对重金属 Cu、Zn 的活化效果最好，而富阳土中
1%笋壳对 Cu、Zn、Pb和 Cd的活化效果最好．
(3)综合东南景天地上部生物量和重金属含量
可知，在温州土中，以 1%笋壳的处理对东南景天地
上部吸收积累 Cd的效果最佳． 而在富阳土中，对于
重金属 Zn而言，处理效果依次为:5%笋壳 ＞ 5%沼
渣 ＞ 5%菌渣;对于重金属 Cd，1%沼渣、5%沼渣和
5%笋壳的处理效果相近，都显著好于对照．
参考文献:
［1］ Krumins J A，Goodey N M，Gallagher F． Plant-soil interactions
in metal contaminated soils［J］． Soil Biology and Biochemistry，
2015，80:224-231．
［2］ 邢艳帅，乔冬梅，朱桂芬，等． 土壤重金属污染及植物修复
技术研究进展［J］． 中国农学通报，2014，30(17):208-214．
［3］ 黄铮，徐力刚，徐南军，等． 土壤作物系统中重金属污染的
植物修复技术研究现状与前景［J］． 农业环境科学学报，
2007，26(增刊):58-62．
［4］ Rascio N，Navari-Izzo F． Heavy metal hyperaccumulating plants:
How and why do they do it?And what makes them so interesting?
［J］． Plant Science，2011，180(2) :169-181．
［5］ Yang X E，Feng Y，He Z L，et al． Molecular mechanisms of
heavy metal hyperaccumulation and phytoremediation ［J］．
Journal of Trace Elements in Medicine and Biology，2005，18
(4) :339-353．
［6］ Knight B，Zhao F J，McGrath S P，et al． Zinc and cadmium
uptake by the hyperaccumulator Thlaspi caerulescens in
contaminated soils and its effects on the concentration and
chemical speciation of metals in soil solution［J］． Plant and Soil，
1997，197(1) :71-78．
［7］ 叶海波，杨肖娥，何冰，等． 东南景天对锌镉复合污染的反
应及其对锌镉吸收和积累特性的研究［J］． 农业环境科学学
报，2003，22(5):513-518．
［8］ 杨肖娥，龙新宪，倪吾钟，等． 东南景天(Sedum alfredii H．)
———一种新的锌超积累植物［J］． 科学通报，2002，47(13):
1003-1006．
［9］ Pulford I D，Watson C． Phytoremediation of heavy metal-
contaminated land by trees—a review ［J］． Environment
International，2003，29(4) :529-540．
［10］ 王意锟，张焕朝，郝秀珍，等． 有机物料在重金属污染农田
土壤修复中的应用研究［J］． 土壤通报，2010，41(5):1275-
1280．
［11］ Wei S H，da Silva J A T，Zhou Q X． Agro-improving method of
phytoextracting heavy metal contaminated soil［J］． Journal of
Hazardous Materials，2008，150(3) :662-668．
［12］ Letan D，Luo C L，Li X D． The use of chelating agents in the
remediation of metal-contaminated soils: A review ［J］．
Environmental Pollution，2008，153(1) :3-13．
［13］ 王林，周启星． 农艺措施强化重金属污染土壤的植物修复
［J］． 中国生态农业学报，2008，16(3):772-777．
［14］ 孙约兵，周启星，郭观林． 植物修复重金属污染土壤的强化
措施［J］． 环境工程学报，2007，1(3):103-110．
［15］ 郭强，牛冬杰，程海静，等． 沼渣的综合利用［J］． 中国资源
综合利用，2005，(12) :11-15．
［16］ 温广蝉，叶正钱，王旭东，等． 菌渣还田对稻田土壤养分动
态变化的影响［J］． 水土保持学报，2012，26(3):82-86．
［17］ 胡清秀，卫智涛，王洪媛． 双孢蘑菇菌渣堆肥及其肥效的研
究［J］． 农业环境科学学报，2011，30(9):1902-1909．
［18］ 张有珍，马嘉伟，姚芳，等． 笋壳微生物腐熟肥料利用的研
究［J］． 世界竹藤通讯，2012，10(1):16-19．
［19］ 周兆祥，田荆祥，赖椿根． 竹笋壳的化学成分［J］． 浙江林学
院学报，1991，8(1):54-59．
［20］ 王艮梅，周立祥，占新华，等． 水田土壤中水溶性有机物的
产生动态及对土壤中重金属活性的影响:田间微区试验
［J］． 环境科学学报，2004，24(5):858-864．
［21］ 潘逸，周立祥． 施用有机物料对土壤中 Cu、Cd 形态及小麦
吸收的影响:田间微区试验［J］． 南京农业大学学报，2007，
30(2):142-146．
［22］ Wei S H，Zhu J G，Zhou Q X，et al． Fertilizer amendment for
improving the phytoextraction of cadmium by a hyperaccumulator
Rorippa globosa (Turcz．) Thell［J］． Journal of Soils and
Sediments，2011，11(6) :915-922．
［23］ 刘景，吕家珑，徐明岗，等． 长期不同施肥对红壤 Cu 和 Cd
含量及活化率的影响［J］． 生态环境学报，2009，18(3):
914-919．
［24］ 徐明岗，张青，曾希柏． 改良剂对黄泥土镉锌复合污染修复
效应与机理研究［J］． 环境科学，2007，28(6):1361-1366．
［25］ 吴烈善，曾东梅，莫小荣，等． 不同钝化剂对重金属污染土
壤稳定化效应的研究［J］． 环境科学，2015，36(1):309-
313．
［26］ 张亚丽，沈其荣，姜洋． 有机肥料对镉污染土壤的改良效应
［J］． 土壤学报，2001，38(2):212-218．
［27］ 鲁如坤． 土壤农业化学分析方法［M］． 北京:中国农业科技
出版社，2000．
［28］ 詹绍军，喻华，冯文强，等． 有机物料与石灰对土壤 pH和镉
有效性的影响［J］． 西南农业学报，2011，24(3):999-
1003．
［29］ Li T Q，Di Z Z，Yang X E，et al． Effects of dissolved organic
matter from the rhizosphere of the hyperaccumulator Sedum
5724
环 境 科 学 36 卷
alfredii on sorption of zinc and cadmium by different soils［J］．
Journal of Hazardous Materials，2011，192(3):1616-1622．
［30］ 宇万太，姜子绍，马强，等． 施用有机肥对土壤肥力的影响
［J］． 植物营养与肥料学报，2009，15(5):1057-1064．
［31］ 黄蔼霞，许超，吴启堂，等． 赤泥对重金属污染红壤修复效
果及其评价［J］． 水土保持学报，2012，26(1):267-272．
［32］ 黎秋君，黎大荣，王英辉，等． 3 种有机物料对土壤理化性质
和重金属有效态的影响［J］． 水土保持学报，2013，27(6):
182-185．
［33］ 孟桂元，周静，邬腊梅，等． 改良剂对苎麻修复镉、铅污染
土壤的影响［J］． 中国农学通报，2012，28(2):273-277．
［34］ Zupanc V， Kastelec D， Lestan D， et al． Soil physical
characteristics after EDTA washing and amendment with inorganic
and organic additives［J］． Environmental Pollution，2014，186:
56-62．
［35］ 卢丽兰，王旭东，王虎，等． 鸡粪腐解过程中不同溶性腐殖
质结合铜的变化［J］． 环境科学学报，2009，29(5):980-
987．
［36］ García-Mina J M，Antolín M C，Sanchez-Diaz M． Metal-humic
complexes and plant micronutrient uptake:a study based on
different plant species cultivated in diverse soil types［J］． Plant
and Soil，2004，258(1) :57-68．
［37］ 贾燕芳，石伟勇． 几种笋壳的化学成分及其纤维素特征［J］．
浙江大学学报(农业与生命科学版)，2011，37(3) :338-
342．
［38］ Kumpiene J，Lagerkvist A，Maurice C． Stabilization of Pb-and
Cu-contaminated soil using coal fly ash and peat ［J］．
Environmental Pollution，2007，145(1) :365-373．
［39］ Khan A G． Role of soil microbes in the rhizospheres of plants
growing on trace metal contaminated soils in phytoremediation
［J］． Journal of Trace Elements in Medicine and Biology，2005，
18(4) :355-364．
［40］ Zhuang X L，Chen J，Shim H，et al． New advances in plant
growth-promoting rhizobacteria for bioremediation ［ J］．
Environment International，2007，33(3) :406-413．
［41］ 关天霞，何红波，张旭东，等． 土壤中重金属元素形态分析
方法及形态分布的影响因素［J］． 土壤通报，2011，42(2):
503-512．
［42］ 林琦，陈英旭，陈怀满，等． 根系分泌物与重金属的化学行
为研究［J］． 植物营养与肥料学报，2003，9(4):425-431．
［43］ van Herwijnen R，Laverye T，Poole J，et al． The effect of
organic materials on the mobility and toxicity of metals in
contaminated soils［J］． Applied Geochemistry，2007，22(11) :
2422-2434．
［44］ 孙建华，袁玲，张翼． 利用食用菌菌渣生产有机肥料的研究
［J］． 中国土壤与肥料，2008，(1) :52-55．
［45］ van Herwijnen R， Hutchings T R， Al-Tabbaa A， et al．
Remediation of metal contaminated soil with mineral-amended
composts［J］． Environmental Pollution，2007，150(3) :347-
354．
6724