鎘脅迫下桑樹(shù)根際土壤微環(huán)境應(yīng)激響應(yīng)特征

胡桂萍，曹紅妹，王亞威，葉 川，石旭平，蔡 翔，王禮獻(xiàn)，張國(guó)彪

（江西省蠶桑茶葉研究所/江西省經(jīng)濟(jì)作物研究所，江西 南昌 330202）

【研究意義】2014 年，環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布了全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)，結(jié)果顯示全國(guó)土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為16.1%，以無(wú)機(jī)型污染為主、其中鎘（Cd）的點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)7.0%。土壤重金屬污染嚴(yán)重危及農(nóng)產(chǎn)品安全，已成為世界范圍內(nèi)最為嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題之一，亟需治理與修復(fù)[1]。而多年研究和生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)植物修復(fù)是重金屬污染土壤修復(fù)的有效途徑之一，其中生物量大、重金屬耐/抗性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)品不進(jìn)入人類(lèi)食物鏈、可帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的收益型作物在重金屬污染耕地修復(fù)推廣中顯示出巨大應(yīng)用前景，篩選利用收益型經(jīng)濟(jì)作物及其修復(fù)增效措施的遴選和配置將是收益型作物重金屬修復(fù)產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用的重要關(guān)鍵點(diǎn)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在植物修復(fù)體系中，根是土壤重金屬進(jìn)入植物體內(nèi)的主要通道和屏障[2-4]，與此相匹配的根際環(huán)境因子則是影響植物抗逆和調(diào)控重金屬富集的關(guān)鍵。而且植物根際土壤化學(xué)因子、物理特征以及生物因子間非獨(dú)立作用，而是交互關(guān)聯(lián)和相互耦合，共同誘導(dǎo)根際土壤中氧化還原、金屬絡(luò)合等反應(yīng)和發(fā)生特征，影響重金屬離子存在形態(tài)及生物毒性，決定了重金屬在土壤-植物中的遷移轉(zhuǎn)化行為[5-7]。同時(shí)，也有研究人員研究發(fā)現(xiàn)植物修復(fù)通過(guò)協(xié)同物理、化學(xué)、生物等輔助措施[8-10]，可有效調(diào)節(jié)修復(fù)植物根際環(huán)境酸堿度、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)等，從而提高土壤中重金屬生物有效性，加速重金屬的植物修復(fù)效率，這也是未來(lái)植物修復(fù)增效技術(shù)的重要方向。因此，深入解析修復(fù)植物重金屬脅迫過(guò)程中的根際環(huán)境中物理、化學(xué)和生物等因子演變特征，可為進(jìn)一步揭示重金屬污染植物修復(fù)機(jī)制提供支撐，也為挖掘和開(kāi)發(fā)重金屬植物修復(fù)輔助提升技術(shù)和措施提供依據(jù)和思路?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】桑樹(shù)為多年生木本植物，其生物量大、根系發(fā)達(dá)，具有抗旱和耐酸、堿、鹽及重金屬等能力，近幾年大量研究和評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)桑樹(shù)是一種具優(yōu)異Cd 修復(fù)潛力的物種，已初步闡釋了桑樹(shù)Cd 脅迫下的生長(zhǎng)和生理響應(yīng)特征、Cd 在桑樹(shù)體內(nèi)的遷移和分布特征、Cd 在桑-蠶系統(tǒng)安全性、桑樹(shù)修復(fù)后復(fù)墾土壤中Cd 形態(tài)特征與微生物特征[11-16]。但桑樹(shù)重金屬修復(fù)周期長(zhǎng)，見(jiàn)效慢，如何快速提升桑樹(shù)重金屬修復(fù)效率是實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化推廣的關(guān)鍵。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】基于此，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)分析不同鎘污染水平脅迫下桑樹(shù)根際土壤環(huán)境特征應(yīng)激演變特征，從而明晰桑樹(shù)根區(qū)響應(yīng)鎘脅迫的土壤微環(huán)境特征，為尋找桑樹(shù)原位修復(fù)鎘污染增效措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 桑樹(shù)品種和供試土壤

桑樹(shù)品種為粵桑11號(hào)，為耐Cd生態(tài)型品種，產(chǎn)地為廣東，供試苗為2年生實(shí)生苗；供試土壤：試驗(yàn)所用土，采集于南昌縣郊區(qū)農(nóng)田，為紅壤土，理化性質(zhì)如下：pH 5.02、堿解氮108.50 mg/kg、有機(jī)質(zhì)2.96 g/kg、速效磷0.003 2 g/kg、全鉀68.57 g/kg，鎘含量未檢出，土壤質(zhì)量達(dá)到國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—2018）。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和樣品采集

采用盆栽試驗(yàn)，以國(guó)家土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為參照，并模擬現(xiàn)實(shí)土壤Cd污染狀況，分別設(shè)置重度、中度、輕度污染3種Cd濃度，其中重度Cd濃度為5 mg/kg、中度Cd濃度為3 mg/kg、輕度Cd濃度為2 mg/kg，且設(shè)置未污染土壤作為空白對(duì)照，分析不同Cd 濃度脅迫下，桑樹(shù)雀口期（開(kāi)一葉為準(zhǔn)）、緩慢生長(zhǎng)期（開(kāi)三葉為準(zhǔn)）、旺盛生長(zhǎng)期（開(kāi)八葉為準(zhǔn)）根際微生態(tài)環(huán)境化學(xué)特征（Cd 含量、Cd 形態(tài)、pH 值、有機(jī)質(zhì)、全碳、全氮、全磷）、生物學(xué)特征（微生物碳量、微生物氮量、土壤蔗糖酶、土壤脲酶、土壤氧化還原酶、土壤纖維分解強(qiáng)度、土壤呼吸強(qiáng)度）。盆栽花盆上下外口徑為35 cm 和24 cm、高為32.5 cm，每個(gè)花盆所用土壤質(zhì)量為18 kg，所用桑樹(shù)長(zhǎng)勢(shì)均一致，均為2年生苗，生長(zhǎng)環(huán)境采用人工培養(yǎng)箱統(tǒng)一控制，溫度為（25±2）℃，光照強(qiáng)度為3 600 lx，光照時(shí)間為12 h，且土壤保持土壤濕度為70%，每個(gè)處理均栽植30 株。當(dāng)桑樹(shù)生長(zhǎng)至雀口期、緩慢生長(zhǎng)期、旺盛生長(zhǎng)期時(shí)開(kāi)始采集桑樹(shù)根際土、根系和地上部分用于檢測(cè)，采集方法參照徐寧等[14]加以修改，每個(gè)處理每次采集3株。

1.3 指標(biāo)檢測(cè)及檢測(cè)方法

土壤pH測(cè)定采用玻璃電極法；土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法；土壤全氮用K2SO4-CuSO4-Se催化-凱氏定氮法；土壤全磷、全鉀采用HF-HNO3-HClO4消化，分別用比色法、原子吸收光譜法測(cè)定；土壤有效磷用0.5 mol/L NaHCO3提取-比色法；有效鉀用1 mol/L NH4OAc（pH 7.0）提取、原子吸收光譜法測(cè)定。

土壤和根系Cd含量采用消煮法、ICP-MS 測(cè)定。土壤中Cd形態(tài)分析重金屬形態(tài)分布測(cè)定采用Tessier 提取法，分別提取土壤重金屬的可交換態(tài)（EXC-Cd）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)（CAB-Cd）、Fe-Mn 氧化態(tài)（FMOCd）、有機(jī)態(tài)（OM-Cd）和殘?jiān)鼞B(tài)（RES-Cd）；土壤Cd 有效態(tài)采用0.005 mol/L DTPA 提取劑提取、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）測(cè)定。

土壤蔗糖酶用靛酚藍(lán)比色法、脲酶活性用3，5-二硝基水楊酸比色法、堿性磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法、過(guò)氧化氫酶的酶活性用高錳酸鉀滴定法；土壤呼吸強(qiáng)度采用靜態(tài)堿液吸收法測(cè)定土壤CO2釋放量；土壤硝化強(qiáng)度采用懸浮液培養(yǎng)法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2010和DPS 9.0統(tǒng)計(jì)分析，方差分析采用單因子方差分析（Fisher’s LSD test），柱狀圖采用origin9.0軟件繪制，相關(guān)分析采用DPS9.0軟件進(jìn)行，主成分分析（PCA）采用Canoco 4.5 軟件進(jìn)行；以鎘脅迫處理下的桑樹(shù)根際土壤為樣本，以土壤中各化學(xué)形態(tài)鎘含量（全量（TOTAL-Cd）、可交換態(tài)（EXCCd）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)（CAB-Cd）、Fe-Mn 氧化物結(jié)合態(tài)（FMO-Cd）、有機(jī)物結(jié)合態(tài)（OM-Cd）、殘?jiān)鼞B(tài)（RESCd））、土壤脫氫酶、土壤過(guò)氧化氫酶、土壤尿酶、土壤蛋白酶、土壤呼吸強(qiáng)度、土壤纖維分解強(qiáng)度、土壤微生物生物碳含量和土壤微生物生物氮含量為變量，構(gòu)建鎘脅迫下的桑樹(shù)根際土壤微環(huán)境特征矩陣，分別進(jìn)行Pearson相關(guān)分析和PCA分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 桑樹(shù)鎘富集能力動(dòng)態(tài)變化特征

桑樹(shù)鎘富集能力動(dòng)態(tài)變化特征見(jiàn)圖1。圖中可知，在輕度Cd 污染濃度、中度Cd 污染濃度和重度Cd污染濃度脅迫下，富集到桑樹(shù)根部Cd濃度隨著桑樹(shù)生長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，其中雀口期根部Cd濃度最低，分別為0.64、0.76、1.49 mg/kg，緩慢生長(zhǎng)期根部Cd 濃度有所提高，分別為0.84、0.89、1.56 mg/kg，旺盛生長(zhǎng)期根部Cd 濃度最高，分別為0.97、1.03、1.73 mg/kg；同期條件下，桑樹(shù)莖部和葉部Cd 濃度則顯著低于根部，85%的Cd存在于根部，表明桑樹(shù)修復(fù)土壤Cd主要以根部富集為主。

圖1 Cd脅迫濃度對(duì)桑樹(shù)Cd富集和轉(zhuǎn)移的影響Fig.1 The effect of Cd stress on the bioaccumulation and transfer of Cd in the plant of Mulberry

2.2 鎘脅迫對(duì)桑樹(shù)根際土壤化學(xué)因子響應(yīng)特征

圖2顯示鎘脅迫下，桑樹(shù)根際中土壤中鎘賦存形態(tài)的響應(yīng)特征，結(jié)果顯示以EXC-Cd含量最高，其次為FMO-Cd，接著為CAB-Cd 和RES-Cd，最低為OM-Cd；桑樹(shù)根際土壤中這5 種賦存形態(tài)鎘含量均隨著鎘脅迫濃度的升高而增加，且桑樹(shù)根際土壤中這5 種鎘賦存形態(tài)含量與桑樹(shù)生長(zhǎng)時(shí)期有關(guān)，以雀口期最高，其次為緩慢生長(zhǎng)期，最低為旺盛生長(zhǎng)期。

圖2 Cd脅迫對(duì)桑樹(shù)根際土壤中Cd形態(tài)的影響Fig.2 The effect of fractions of Cd in the rhizospheric soils of Mulberry

Cd 脅迫對(duì)桑樹(shù)根區(qū)土壤化學(xué)因子指標(biāo)影響見(jiàn)圖3。輕度Cd 污染濃度、中度Cd 污染濃度和重度Cd污染濃度脅迫下，桑樹(shù)3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期（雀口期、緩慢生長(zhǎng)期和旺盛生長(zhǎng)期）下根際土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量均低于對(duì)照；輕度和中度Cd 污染濃度脅迫下，桑樹(shù)3 個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期的根際土壤速效磷、全鉀和速效鉀含量高于對(duì)照，而重度Cd污染脅迫的低于對(duì)照。

圖3 鎘脅迫對(duì)桑樹(shù)根區(qū)土壤化學(xué)因子的影響Fig.3 The effect of Cd stress on the chemical factor of rhizosphere soil of mulberry

2.3 Cd脅迫下桑樹(shù)根系土壤生物因子響應(yīng)特征

鎘脅迫對(duì)桑樹(shù)根系土壤酶活的影響見(jiàn)圖4。結(jié)果顯示，各處理下，桑樹(shù)根系土壤中微生物土壤脫氫酶、過(guò)氧化氫酶、脲酶、蛋白酶均隨著桑樹(shù)生長(zhǎng)而呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)；同期條件下，中度鎘濃度和輕度鎘濃度脅迫下的根系土壤脫氫酶、過(guò)氧化氫酶、脲酶、蛋白酶均顯著高于對(duì)照，且中度鎘濃度脅迫下的高于輕度鎘脅迫，而重度鎘濃度下的根際土壤根系土壤脫氫酶、過(guò)氧化氫酶、脲酶、蛋白酶濃度均顯著低于對(duì)照。

圖4 鎘脅迫對(duì)桑樹(shù)根系土壤酶活的影響Fig.4 The effect of Cd on the soil enzyme activities in rhizosphere of mulberry

鎘脅迫對(duì)桑樹(shù)根際土壤微生物生物量的影響見(jiàn)圖5。4 個(gè)處理，桑樹(shù)根際土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮含量均呈現(xiàn)雀口期含量最低、緩慢生長(zhǎng)期上升、旺盛生長(zhǎng)期含量最高的特點(diǎn)；桑樹(shù)同一生長(zhǎng)時(shí)期下，4個(gè)處理中，桑樹(shù)根際土壤微生物碳含量和生物氮含量以中度鎘濃度脅迫下的為最高，其次為輕度鎘濃度脅迫，再次為對(duì)照處理?xiàng)l件，最低的為重度鎘濃度脅迫。

圖5 鎘脅迫對(duì)桑樹(shù)根際土壤微生物生物量的影響Fig.5 The effect of Cd on the soil microbial biomass in rhizosphere of mulberry

鎘脅迫對(duì)桑樹(shù)根際土壤呼吸強(qiáng)度和土壤硝化作用強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖6。圖6顯示，輕度鎘污染和中度鎘污染脅迫下桑樹(shù)3個(gè)時(shí)期根際土壤呼吸強(qiáng)度均顯著高于對(duì)照，而重度鎘污染脅迫下桑樹(shù)3個(gè)時(shí)期根際土壤呼吸強(qiáng)度均低于對(duì)照，差異顯著。與對(duì)照相比，輕度、中度鎘污染脅迫下，桑樹(shù)3 個(gè)時(shí)期根際土壤硝化作用強(qiáng)度均呈顯著增強(qiáng)，且中度鎘脅迫高于輕度鎘脅迫；重度鎘污染脅迫下，桑樹(shù)3個(gè)時(shí)期根際土壤硝化作用強(qiáng)度均呈顯著減弱。

圖6 鎘脅迫對(duì)桑樹(shù)根際土壤呼吸強(qiáng)度和土壤纖維分解強(qiáng)度的影響Fig.6 The effect of Cd on the soil respiration intensity and fiber decomposition strength

2.4 鎘脅迫下的桑樹(shù)根際土壤環(huán)境因子間耦合響應(yīng)

通過(guò)對(duì)土壤化學(xué)因子和生物因子Pearson 相關(guān)分析詮釋鎘脅迫下的桑樹(shù)根際土壤環(huán)境因子間耦合響應(yīng)，結(jié)果見(jiàn)表2。其中，土壤中全鎘含量與土壤pH 和微生物生物量氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.57 和-0.51，與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.75、-0.70 和-0.69，而與土壤脫氫酶和氧化還原酶呈極顯著正相關(guān)和顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.73 和0.62；可交換態(tài)鎘與有機(jī)質(zhì)、堿解氮和微生物生物量氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.56、-0.56 和-0.59，與速效鉀含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.77，與土壤脫氫酶和氧化還原酶呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.66 和0.59；碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.56、-0.64、-0.56 和-0.67，與土壤脫氫酶呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.60；鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.71、-0.68和-0.58，與土壤脫氫酶和氧化還原酶呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.80 和0.73；有機(jī)結(jié)合態(tài)鎘與pH 值、有機(jī)質(zhì)和微生物生物量氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.86、-0.70 和-0.76；殘?jiān)鼞B(tài)鎘與速效鉀、微生物生物量氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.75 和-0.82，與pH 值呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.62。

表2 鎘脅迫下桑樹(shù)根際土壤鎘賦存形態(tài)含量與環(huán)境因子之間的相關(guān)性Tab.2 The correlation between content of occurrence cadmium and micro-environmental factors in the soil stressed by Cd

同時(shí)對(duì)鎘脅迫下桑樹(shù)根際土壤環(huán)境因子進(jìn)行PCA 分析（圖7），也顯示3種鎘脅迫濃度作用下的桑樹(shù)土壤環(huán)境特征均位于在PC1軸上得分均為負(fù)方向，CK位于PC1軸正方向，且不同鎘污染濃度間的桑樹(shù)土壤環(huán)境特征明顯分離，代表各鎘污染濃度脅迫下的土壤微環(huán)境特征指標(biāo)相關(guān)的主成分1（PC1）、主成分2（PC2），可分別解釋變量方差的73.6%和14.8%。從PC1軸的輔助因子組成來(lái)看，PC1主要反應(yīng)了土壤理化性質(zhì)和肥力指標(biāo)，如pH 值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全鉀、速效鉀、速效磷，而PC2 主要代表了土壤酶活、各形態(tài)鎘含量、微生物生物量碳含量和微生物生物量氮含量。

圖7 鎘脅迫下的桑樹(shù)根際土壤微環(huán)境特征響應(yīng)的主成分分析Fig.7 The principal component analysis（PCA）of rhizosphere soil micro-environmental feature stressed by Cd

3 結(jié)論與討論

本研究中盆栽桑樹(shù)在3 種鎘濃度（2，3，5 mg/kg）脅迫下，桑樹(shù)對(duì)Cd 富集能力與桑樹(shù)生長(zhǎng)情況有密切關(guān)聯(lián)，其中桑樹(shù)根部鎘富集量隨桑樹(shù)生長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，以旺盛生長(zhǎng)期最高、其次為緩慢生長(zhǎng)期、最低為雀口期，這可能與桑樹(shù)根系發(fā)育特征相關(guān)，桑樹(shù)雀口期根系短少，而旺盛生長(zhǎng)期根系深厚龐大[17]；同期條件下，桑樹(shù)莖部和葉部Cd 濃度則顯著低于根部，85%的Cd 存在于根部，表明桑樹(shù)修復(fù)土壤Cd 主要以根部富集為主，富集效率與植株生長(zhǎng)時(shí)期和土壤中的鎘污染水平有關(guān)，這與潘雨齊等[11]、Dai 等[18]的研究結(jié)果一致。本研究中桑樹(shù)在與鎘脅迫相互作用下，根際土壤Cd 以交換態(tài)EXC-Cd 含量最高，其隨著鎘脅迫濃度的升高而增加且也隨著桑樹(shù)生長(zhǎng)而降低，表明桑樹(shù)根系對(duì)于鎘脅迫有激活土壤Cd 向生物有效性轉(zhuǎn)化的應(yīng)激作用，也進(jìn)一步體現(xiàn)桑樹(shù)富集Cd 的作用功能，這與其他重金屬超富集作物上富集重金屬的作用方式類(lèi)似[19-22]。與對(duì)照相比，3 種鎘濃度脅迫下桑樹(shù)根際土壤中pH 值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量均低于對(duì)照，這也是鎘污染會(huì)導(dǎo)致土壤酸化、有機(jī)質(zhì)下降的現(xiàn)實(shí)影響因素。但速效磷、全鉀和速效鉀方面，本實(shí)驗(yàn)顯示中輕度鎘濃度脅迫高于對(duì)照，重度鎘濃度脅迫低于對(duì)照，表明速效磷、全鉀和速效鉀與土壤中Cd 的濃度有密切關(guān)系，這與張水勤等[23]，曾露蘋(píng)等[24]和陳紅純等[25]結(jié)論相類(lèi)似，但與依艷麗等[26]研究結(jié)論不一致。

一般而言，重金屬進(jìn)入土壤系統(tǒng)內(nèi)，會(huì)顯著影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，刺激或抑制土壤營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)化活性，導(dǎo)致土壤營(yíng)養(yǎng)庫(kù)、土壤呼吸強(qiáng)度和硝化作用強(qiáng)度[27-28]、土壤酶活性變化[29-32]。本研究中，輕度和中度Cd污染濃度脅迫可提高桑樹(shù)根際微生物生物碳和生物氮、土壤呼吸強(qiáng)度、土壤硝化作用強(qiáng)度均高于對(duì)照，而重度Cd 污染脅迫下的低于對(duì)照，表明中低度鎘脅迫可顯著刺激桑樹(shù)土壤化學(xué)因子和生物因子，實(shí)現(xiàn)Cd的有效修復(fù)，但是重度鎘脅迫下，桑樹(shù)土壤化學(xué)和生物因子受到抑制，Cd修復(fù)效率有待提高，這可能與土壤中Cd 污染水平有關(guān)，也可能與桑樹(shù)根系分泌作用的結(jié)果有關(guān)。韓桂琪等[33]通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)重金屬Cd 污染對(duì)微生物生物量的影響與其濃度有關(guān)，在較低濃度時(shí)刺激微生物生物量的增加，而高濃度時(shí)則表現(xiàn)為抑制。趙輝等[34]研究也發(fā)現(xiàn)低濃度Cd（≤2.0 mg/kg），可增加土壤中微生物生物量碳含量。Cd對(duì)土壤中硝化細(xì)菌毒性很高，土壤氮礦化過(guò)程受到抑制[31,34]，土壤外源鎘含量的增加會(huì)使暗棕土壤的呼吸強(qiáng)度呈明顯減弱趨勢(shì)[35]。本研究中發(fā)現(xiàn)也發(fā)現(xiàn)輕度和中度Cd 污染濃度脅迫下，桑樹(shù)3 個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期的根際土壤脫氫酶、過(guò)氧化氫酶、脲酶、蛋白酶較對(duì)照增加，而重度Cd污染脅迫下的低于對(duì)照，表明土壤微生物不同酶系對(duì)重金屬污染水平的耐性和敏感程度不同[36-38]，也有可能是桑樹(shù)根系在可耐受Cd 濃度條件下桑樹(shù)根系通過(guò)呼吸等代謝增強(qiáng)方式，促進(jìn)相關(guān)種類(lèi)微生物作用，提高土壤中的相關(guān)酶活。

根系是最先感受到重金屬脅迫的器官，根際環(huán)境中生物、化學(xué)、物理等多種成分是相互關(guān)聯(lián)和互相影響[39]。根系分泌物可使根際微生物的數(shù)量和種類(lèi)發(fā)生改變，土壤酶的種類(lèi)、活性與根系分泌物、土壤微生物的種類(lèi)、數(shù)量相關(guān)，有機(jī)酸可以改變根際環(huán)境的pH和重金屬形態(tài)[40]。筆者對(duì)鎘脅迫下的桑樹(shù)根際土壤微生態(tài)特征因子進(jìn)行Pearson相關(guān)分析顯示土壤中全量鎘含量、可交換態(tài)鎘與土壤脫氫酶和氧化還原酶呈顯著正相關(guān)，碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘與土壤脫氫酶呈顯著正相關(guān)，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘與土壤脫氫酶和氧化還原酶呈極顯著正相關(guān)，土壤中5種形態(tài)鎘含量均與pH和微生物生物量氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量呈負(fù)相關(guān)。也進(jìn)一步說(shuō)明受重金屬污染的土壤，其理化性質(zhì)明顯惡化，營(yíng)養(yǎng)元素（N、P、K）也缺乏，有機(jī)質(zhì)偏低、物理結(jié)構(gòu)和pH值均明顯下降。這與鎘脅迫下的桑樹(shù)根際土壤微環(huán)境特征響應(yīng)的主成分分析結(jié)果是相一致，3種鎘濃度脅迫下桑樹(shù)根際土壤樣本組與對(duì)照樣本組可有效區(qū)分。

根際作為植物-土壤-微生物間相互作用的特殊微域，不同于原位土體，該部位物質(zhì)交換十分頻繁，是各種養(yǎng)分物質(zhì)循環(huán)的活躍區(qū)域，同樣也是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中養(yǎng)分吸收和代謝過(guò)程的重要場(chǎng)所[41]。根際環(huán)境的微域化、動(dòng)態(tài)化、復(fù)雜化特征明顯，尤其是根系分泌物酸堿反應(yīng)[42]、氧化還原[43]、吸附解離[44]、絡(luò)合反應(yīng)[45]可改變重金屬的生物有效性，直接影響根際圈生態(tài)質(zhì)量，本文雖探討了桑樹(shù)根際土壤環(huán)境特征響應(yīng)不同鎘污染水平的演變特征，明確了鎘脅迫下的桑樹(shù)根際土壤化學(xué)和生物特征，但是與哪些根際分泌物有關(guān)，這些根際分泌物又是如何調(diào)控土壤中重金屬化學(xué)形態(tài)和遷移特征，還有待進(jìn)一步探討。