硅酸鈉與腐殖肥對土壤Cd形態(tài)及油麥菜生物可給性的影響

黃玲，周存宇，張建強(qiáng)，孫夢強(qiáng)，鄒奇，韋行，陳志良*

（1.生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣州 510535；2.長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州 434025；3.廣東省農(nóng)田重金屬污染土壤治理與修復(fù)工程技術(shù)研究中心，廣州 510535）

調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國耕地土壤重金屬Cd、Ni、Zn的超標(biāo)率較高，且大部分屬于中、低度污染水平。耕地土壤重金屬污染能夠造成巨大的糧食及經(jīng)濟(jì)損失，對農(nóng)業(yè)安全、食品安全和人體健康，乃至社會可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重威脅。蔬菜是人體膳食Cd攝入的重要來源，土壤中的Cd可通過蔬菜的吸收富集作用累積在蔬菜可食部位并導(dǎo)致蔬菜品質(zhì)下降，從而直接或間接影響人體健康。

與高耗能、高投入的物理化學(xué)方法或修復(fù)周期長的植物提取方法相比，原位鈍化技術(shù)具有低投入、高效率的特點，可在治理污染土壤的同時保證農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)，因此被廣泛采用。目前，國內(nèi)外關(guān)于原位鈍化修復(fù)重金屬污染土壤的研究逐年劇增，但大多采用某種單一鈍化劑。例如，硅酸鈉、鋼渣等硅基改良劑及生物腐殖肥等有機(jī)肥可有效緩解植物重金屬脅迫。重復(fù)或大量施用某種單一改良材料可能對土壤結(jié)構(gòu)、水體環(huán)境、作物產(chǎn)量等造成潛在影響。無機(jī)與有機(jī)改良材料配施可減少單一材料的弊端，如無機(jī)有機(jī)材料配施可彌補(bǔ)無機(jī)改良劑有機(jī)質(zhì)含量較低的缺陷。然而，無機(jī)有機(jī)配施與單一改良劑的對比研究還較少被涉及。

與Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)相比，蔬菜Cd的生物可給性代表了Cd被人體消化吸收的最大潛力，可以更準(zhǔn)確地評估蔬菜Cd污染對人體的健康危害。近年來，基于的生物可給性逐漸受到國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注，但大多數(shù)研究集中于野外調(diào)查，有關(guān)單一與復(fù)配改良劑修復(fù)污染土壤及對蔬菜Cd生物可給性的影響研究還鮮見報道。油麥菜易從污染土壤中吸收富集Cd，從而通過食物鏈對人體健康造成威脅。因此，本研究采用盆栽試驗研究了單一與復(fù)配改良劑對土壤理化性質(zhì)、土壤Cd賦存形態(tài)、油麥菜生物量及Cd吸收的影響，并探討了單一與復(fù)配改良劑對油麥菜Cd生物可給性及健康風(fēng)險的影響，以期為Cd污染農(nóng)田修復(fù)及修復(fù)后土壤生產(chǎn)作物的健康風(fēng)險評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自廣州市番禺某重金屬污染蔬菜地，表層土（0～20 cm）剔除石塊與植物殘體后，風(fēng)干并過10目尼龍篩。其基本理化性質(zhì)為：pH值為6.62、有機(jī)質(zhì)含量4.89%、陽離子交換量40.41 cmol·kg、有效磷155.60 mg·kg、銨態(tài)氮57.59 mg·kg、速效鉀150.03 mg·kg、有效硅446.06 mg·kg、Cd 2.39 mg·kg。

供試植物為油麥菜（L.），其種子購于廣州市蘿崗市場。硅酸鈉由廣東圍谷潤儀器有限公司提供；生物腐殖肥由廣東嘉博文寶盛生物科技有限公司提供，其pH值為6.04，有機(jī)質(zhì)≥75%，腐植酸≥50%，N+PO+KO≥4%，F(xiàn)e≥1 600 mg·kg、Mn≥50 mg·kg、Zn≥30 mg·kg，Cd 0.51 mg·kg。

1.2 試驗設(shè)計

為研究不同改良劑及不同施用方式對油麥菜Cd生物可給性的影響，根據(jù)前期預(yù)試驗結(jié)果共設(shè)置8種不同處理，每種處理3個重復(fù)：不添加改良劑的對照處理（CK）；單一添加生物腐殖肥設(shè)兩種處理水平：0.3%、0.6%，分別以SF1、SF2表示；單一添加硅酸鈉設(shè)兩種處理水平：0.3%、0.6%，分別以GN1、GN2表示；復(fù)配生物腐殖肥與硅酸鈉共3種方式，依次為0.3%生物腐殖肥+0.6%硅酸鈉、0.6%生物腐殖肥+0.3%硅酸鈉、0.6%生物腐殖肥+0.6%硅酸鈉，分別以SF1+GN2、SF2+GN1、SF2+GN2表示。

每個花盆（底部內(nèi)徑20 cm，上部內(nèi)徑27 cm，高17 cm）加入3.0 kg供試土壤，按照試驗設(shè)計加入一定量的改良劑與土壤混合均勻。盆中加去離子水使其水分含量保持在田間含水量的60%，平衡2周后播入油麥菜種子，三葉期后間苗至3棵，并觀察記錄油麥菜的生長情況。生長60 d后收獲蔬菜并采集土壤和油麥菜樣品。土壤樣品在陰涼通風(fēng)處風(fēng)干，研磨過篩后備用。將油麥菜樣品分成地上和地下部分，分別用自來水和超純水反復(fù)洗滌，105℃殺青0.5 h后于60℃烘至恒質(zhì)量，烘干后樣品粉碎過篩并裝袋備用。

1.3 樣品分析

土壤理化性質(zhì)測定參考鮑士旦的方法。土壤pH值采用pH計（雷磁DDS-307A，中國）測定；有機(jī)質(zhì)（OM）含量通過外加熱-重鉻酸鉀容量法測定；陽離子交換容量（CEC）采用氯化鋇-硫酸鎂法測定；銨態(tài)氮（AN）采用KCl（2 mol·L）浸提-靛酚藍(lán)比色法測定；有效磷（AP）通過碳酸氫鈉溶液（pH8.5）-鉬銻抗比色法測定；速效鉀（AK）通過乙酸溶液浸提-火焰光度計法測定；有效硅（ASi）用檸檬酸作浸提劑，可見分光光度計進(jìn)行比色測定。土壤采用HNO∶HF∶HClO（3∶3∶1）消解，其重金屬含量用原子吸收分光光度計（AA-7000，Shimadzu，日本）測定。土壤重金屬形態(tài)采用RAURET等提出的改進(jìn)BCR連續(xù)提取方法測定。

油麥菜樣品采用HNO∶HClO（4∶1）消解，Cd含量采用原子吸收分光光度計（AA-7000，Shimadzu，日本）測定。油麥菜Cd的生物可給性分析參考RUBY等的方法。①胃階段：在智能藥物溶出儀（ZRS-8G，天津光學(xué)儀器廠，中國）的6個反應(yīng)器中按固液比1∶100加入4 g蔬菜樣品（過0.25 mm篩）及400 mL模擬胃液，通入1 L·min氬氣創(chuàng)造厭氧環(huán)境，攪動1 h（37℃，100 r·min），反應(yīng)完成后吸取20 mL反應(yīng)液，經(jīng)離心（10 000 r·min）、過濾后得到胃階段提取液。②小腸階段：將0.36 g胰酶、1.2 g膽鹽分別加入到6個反應(yīng)器中，并用NaHCO飽和溶液將反應(yīng)液pH值調(diào)至8，37℃下通氬氣（1 L·min），100 r·min攪動4 h。每隔15 min，測定反應(yīng)液pH值使其維持為8。4 h后提取20 mL反應(yīng)液，經(jīng)離心（10 000 r·min）、過濾后得到腸階段提取液。

試驗過程采用20%平行樣、土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSS16）和生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSB-5）進(jìn)行質(zhì)量控制，誤差控制在5%以內(nèi)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

1.4.1 Cd生物可給性分析

（1）胃或小腸階段Cd的生物可給性計算：

式中：為Cd的生物可給性，%；為體外模擬試驗的胃階段或小腸階段反應(yīng)液中Cd的可溶態(tài)總量，mg·L；為反應(yīng)液體積，L；為蔬菜樣品中Cd的含量（以鮮質(zhì)量計），mg·kg；為蔬菜樣品質(zhì)量，kg。

（2）Cd攝入量的估算：

式中：為Cd的攝入量，μg·d；為蔬菜中Cd的含量，μg·g；為日均蔬菜攝入量，其中兒童為0.256 kg·d·人，成人為0.359 kg·d·人。

（3）Cd生物可給量的計算：

式中：為Cd元素的日可吸收量，μg·d；為Cd元素的日攝入量，μg·d；為Cd的生物可給性，%。

1.4.2健康風(fēng)險評估

蔬菜Cd的人體健康風(fēng)險評價模型包括致癌物和非致癌物造成的健康危害風(fēng)險模型。根據(jù)試驗結(jié)果，計算兒童和成人經(jīng)蔬菜-人體系統(tǒng)攝入蔬菜中重金屬而產(chǎn)生的致癌和非致癌風(fēng)險。本研究中重金屬元素Cd具有較強(qiáng)的致癌能力，故對Cd元素同時進(jìn)行致癌風(fēng)險評價和非致癌風(fēng)險評價，并分別對兒童（3～12歲）與成年人（18～45歲）進(jìn)行計算。

（1）Cd的潛在致癌風(fēng)險計算方法（用來評價致癌風(fēng)險的可能性）：

式中：為每日攝入重金屬的估計值，其取決于蔬菜中重金屬含量與蔬菜的消耗量；為蔬菜可食用部分中重金屬的檢測含量，mg·kg（以鮮質(zhì)量計）；為人均日消耗蔬菜量，兒童為0.256 kg·d·人，成人為0.359 kg·d·人；為重金屬年暴露天數(shù)，350 d·a；為暴露年限，兒童為6 a，成人為30 a；為人體平均體質(zhì)量，兒童為27.2 kg，成人為62.4 kg；AT為總平均暴露時間，其中AT為70 a×365 d·a，AT為×365 d·a；為Cd的生物可給性；為致癌斜率因子，為0.6 kg·d·mg。

（2）非致癌風(fēng)險評價方法：

式中：為重金屬經(jīng)口攝入的非致癌健康風(fēng)險系數(shù)，是某種重金屬的確定劑量與參考劑量的比率；為非致癌口服參考劑量，0.001 mg·kg·d。

當(dāng)＞1時，表示可能產(chǎn)生潛在的非致癌風(fēng)險；一般認(rèn)為的可以接受范圍為1×10～1×10。

試驗所得原始數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行整理；試驗結(jié)果用SPSS 19.0統(tǒng)計分析，不同處理間差異分析采用ANOVA及Duncan檢驗（＜0.05）；采用Orign 2022軟件制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同改良劑對土壤物理化學(xué)性質(zhì)的影響

不同處理下土壤理化性質(zhì)見表1。單施硅酸鈉可顯著提升土壤的pH值（增幅3.36%～6.42%）及銨態(tài)氮（增幅4.81%～10.07%）、速效鉀（增幅26.41%～54.64%）、有效硅（增幅179.94%～207.84%）含量，而土壤有機(jī)質(zhì)的含量則顯著降低（降幅19.44%～39.98%）。單施生物腐殖肥可降低土壤的pH值，而有機(jī)質(zhì)（增幅3.46%～10.34%）、有效磷（增幅3.58%～10.76%）、有效硅（增幅59.58%～191.28%）的含量則顯著增加，土壤陽離子交換量、銨態(tài)氮、速效鉀的含量均呈上升趨勢。綜合來看，SF2+GN1處理對供試土壤的改良效果最佳，該處理可提高土壤pH值，并顯著提高土壤陽離子交換量（增幅為32.57%）、有效磷、速效鉀及有效硅含量，而有機(jī)質(zhì)和銨態(tài)氮含量顯著下降，可能由于NH隨土壤pH增加而揮發(fā)所致。同時，生物腐殖肥的施用能促進(jìn)微生物群落與活性變化，導(dǎo)致有機(jī)肥礦化產(chǎn)生銨態(tài)氮，但除微生物吸持外，部分銨態(tài)氮硝化為硝態(tài)氮，還有部分被油麥菜吸收，因此土壤中殘留的銨態(tài)氮較少。

表1 施用不同鈍化劑對土壤理化性質(zhì)的影響Table 1 Effects of different amendments on the physical and chemical properties of the soils

2.2 不同處理對土壤Cd形態(tài)的影響

不同處理對土壤中Cd化學(xué)形態(tài)的影響見表2和圖1。對照組（CK）土壤Cd形態(tài)主要以殘渣態(tài)（45.9%）存在，其次依次為可還原態(tài)（27.6%）、弱酸提取態(tài)（13.7%）及可氧化態(tài)（12.8%）。與對照組相比，不同處理方式對土壤各形態(tài)Cd含量影響不一。單施生物腐殖肥可降低土壤中弱酸提取態(tài)及可還原態(tài)Cd含量，并增加可氧化態(tài)和殘渣態(tài)Cd含量。弱酸提取態(tài)Cd作為活性最高的形態(tài)，其含量決定土壤Cd的有效態(tài)含量，而有效態(tài)也是對植物毒害作用最大的Cd形態(tài)。有研究表明，土壤中施加有機(jī)肥后的一段時間內(nèi)水溶態(tài)和交換態(tài)Cd含量顯著減少，而有機(jī)絡(luò)合態(tài)Cd含量則顯著增多。王晶等也發(fā)現(xiàn)，隨腐植酸施加量的加大，可溶態(tài)Cd含量顯著下降，而有機(jī)態(tài)Cd含量顯著上升，氧化態(tài)和有機(jī)態(tài)Cd相似，腐植酸對可溶態(tài)Cd的分配比率高達(dá)19%～73%，分別是有機(jī)態(tài)和氧化態(tài)Cd的4.2～5.5倍和1.6～3.8倍。本研究使用的生物腐殖肥其有機(jī)質(zhì)及腐植酸含量豐富（≥50%），生物腐殖肥中的有機(jī)質(zhì)分解形成的小分子有機(jī)酸、腐植酸等可與重金屬結(jié)合形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，促進(jìn)弱酸提取態(tài)向可氧化態(tài)轉(zhuǎn)化，從而降低Cd的活動性。

表2 不同鈍化處理對土壤Cd形態(tài)的影響（mg·kg-1）Table 2 Effects of amendments on the speciation of Cd in soils（mg·kg-1）

圖1 不同處理對土壤Cd形態(tài)的影響Figure 1 Effects of amendments on the speciation of Cd in soils

單施硅酸鈉時，土壤中弱酸提取態(tài)Cd含量降低，可還原態(tài)Cd含量隨硅酸鈉施加量的增加而降低，而殘渣態(tài)Cd含量則顯著增多，這與CLEMENTE等的研究結(jié)果一致，其發(fā)現(xiàn)硅酸鹽的施用可降低土壤中有較高生物有效性的水溶態(tài)、交換態(tài)重金屬含量，從而抑制植物對重金屬的吸收，降低其危害。楊超光等的研究結(jié)果表明，向土壤中施加硅（以NaSiO·9HO形式加入）后，土壤中鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘（相當(dāng)于可還原態(tài)Cd）占鎘總量的比例降低，而殘渣態(tài)鎘的比例卻顯著增加，且增幅在20%左右，這與本試驗得出的研究結(jié)果一致。造成這一結(jié)果的原因可能是硅酸鈉以水溶液施加到土壤后，溶液中可溶性硅以聚硅酸凝膠的狀態(tài)存在（其在形成過程中可使鐵、鋁離子凝聚起來），其可能與土壤中鎘離子形成鎘-硅沉淀。

SF2+GN1處理土壤中弱酸提取態(tài)Cd降幅最為顯著（降幅為14.95%），可見該處理能顯著降低土壤中Cd的活性，促進(jìn)土壤中Cd由弱酸提取態(tài)向殘渣態(tài)等不易被植物吸收利用態(tài)轉(zhuǎn)化。這一結(jié)論與陳翠芳等的結(jié)果具有相似性，其研究發(fā)現(xiàn)土壤施硅可顯著降低較高外源Cd濃度處理的土壤中有效態(tài)Cd含量。

總體而言，生物腐殖肥或硅酸鈉的單施及二者組配施加均可降低土壤中Cd的活性，但組配施加的效果優(yōu)于單一施加。

2.3 不同處理對油麥菜生物量及吸收Cd的影響

不同處理下油麥菜生物量變化情況見圖2。與對照組相比，單施生物腐殖肥有助于提高油麥菜的地上部干生物量，最高增幅為39.08%，這與邸云飛等的研究結(jié)果相似。單施硅酸鈉處理下油麥菜的干生物量均低于對照組。生物腐殖肥與硅酸鈉復(fù)配處理中，SF2+GN1處理對油麥菜生長促進(jìn)效果優(yōu)于其他2種組配處理，但不及SF2處理，這可能是由于腐殖肥的加入促進(jìn)了油麥菜的生長所致。

圖2 不同處理對油麥菜地上部干生物量的影響Figure 2 Effects of different treatments on the dry biomass of the lettuce shoot

不同處理下油麥菜吸收Cd（以鮮質(zhì)量計）的情況見圖3。對比食品中Cd限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2012，0.20 mg·kg），不同處理下油麥菜地上部Cd含量范圍為0.039～0.089 mg·kg，均低于0.2 mg·kg。與對照組相比，所有處理均能顯著降低油麥菜地上部Cd含量（＜0.05），降幅為41.20%～56.18%；其中，SF1處理油麥菜地上部Cd含量最低（0.039 mg·kg，＜0.05），降幅達(dá)56.18%，這表明施硅可以有效抑制油麥菜對Cd的吸收，這與陳翠芳等的結(jié)果一致。同樣，不同處理也可降低油麥菜地下部對土壤Cd的吸收，降幅為7.21%～51.35%，但除SF2+GN1處理外均不顯著。SF2+GN1處理下，油麥菜根系Cd含量最低（0.180mg·kg，＜0.05），降幅達(dá)51.35%，說明復(fù)配處理能有效降低土壤Cd的活性，減少植物根系對Cd的吸收。生物腐殖肥表面粗糙，存在較多吸附位點，生物腐殖肥與硅酸鈉復(fù)配能夠顯著提高土壤pH值，施加硅能降低土壤Cd有效態(tài)，抑制植物對Cd的吸收，這可能與硅促進(jìn)鈣離子和金屬離子競爭結(jié)合位點而緩解金屬脅迫有關(guān)。最新研究發(fā)現(xiàn)，硅可通過改變植物根系功能特征調(diào)控植物抗旱性能，另外，硅在植物的抗病、抗鹽和抗重金屬等方面可發(fā)揮重要作用。

圖3 不同處理對油麥菜吸收鎘（以鮮質(zhì)量計）的影響Figure 3 Effects of different treatments on Cd accumulation（fresh weight）by lettuce

2.4 油麥菜Cd的生物可給性及健康風(fēng)險評估

2.4.1 油麥菜胃腸階段中Cd的生物可給性

油麥菜胃腸階段中Cd的生物可給性隨不同處理的變化情況見圖4。對照組中油麥菜胃、小腸階段的生物可給性分別為5.60%、1.56%；不同處理下的油麥菜胃、小腸階段的生物可給性分別為4.44%～6.52%、0.69%～2.92%。總體看來，油麥菜Cd胃階段的生物可給性均高于小腸階段，這可能是由于模擬胃階段的酸性環(huán)境有利于Cd的溶解，而進(jìn)入腸道后，由于環(huán)境pH值的升高，原本在胃中溶解的Cd在腸道中可能會發(fā)生沉淀，進(jìn)而極大減少Cd的吸收。同時，Cd與肌醇六磷酸形成的不可溶化合物也能減少部分Cd的吸收。

圖4 油麥菜胃腸階段中Cd的生物可給性Figure 4 Bioaccessibility of Cd in the gastrointestinal stage of lettuce

2.4.2 兒童與成人經(jīng)油麥菜-人體途徑的Cd攝入量

兒童與成人經(jīng)油麥菜-人體途徑的Cd攝入量見表3。對照組兒童Cd的日攝入量為22.829μg·d，成人Cd的日攝入量為32.014 μg·d；不同處理組兒童Cd的日攝入量在9.716～13.488 μg·d之間，成人Cd的日攝入量在13.626～18.914 μg·d之間?？傮w來看，施加不同鈍化劑后生長的油麥菜均顯著降低了兒童和成人對Cd的攝入量（＜0.05）。其中，Cd攝入量降 低 幅 度 處 理 順 序 為SF2+GN2＞GN2＞GN1＞SF2＞SF2+GN1＞SF1＞SF1+GN2。

表3 兒童與成人經(jīng)油麥菜-人體途徑的Cd攝入量（μg·d-1）Table 3 Cd intake of children and adults through lettuce-human pathway（μg·d-1）

2.4.3 兒童與成人胃腸階段的Cd生物可給量

兒童與成人胃腸階段的Cd生物可給量見圖5。土壤經(jīng)改良后生產(chǎn)的油麥菜，兒童和成人攝入后Cd的生物可給量均低于對照組。對照組兒童和成人在模擬胃階段Cd的生物可給量分別為1.280、1.795μg·d；所有處理中SF2+GN2處理使得兒童和成人在胃階段Cd的生物可給量均降至最低，分別為0.408μg·d和0.572μg·d；SF2+GN1處理使兒童和成人Cd的生物可給量（分別為0.724 μg·d和1.016 μg·d）低于對照，但高于除SF1+GN2外的其他處理。對照組中兒童在模擬腸階段Cd的生物可給量為0.432 μg·d，成人為0.606μg·d；不同處理方式中GN2處理使兒童和成人在腸階段Cd的生物可給量均降為最低，分別為0.103 μg·d和0.145 μg·d；而SF1處理雖使兒童和成人在腸階段Cd的生物可給量（分別為0.365μg·d和0.512μg·d）低于對照組，但高于其他處理。綜上所述，不同處理下油麥菜在模擬胃腸階段Cd的生物可給量均低于對照，說明不同處理均可有效降低兒童及成人經(jīng)膳食攝入油麥菜的Cd生物可給量。

圖5 兒童與成人胃腸階段的Cd生物可給量Figure 5 Bioaccessibility of Cd in gastrointestinal stage of children and adults

2.4.4 油麥菜中Cd生物可給性的健康風(fēng)險評價

基于不同消化階段Cd的生物可給性對油麥菜的潛在健康風(fēng)險進(jìn)行評價，結(jié)果見表4。胃腸階段，經(jīng)口攝入不同處理后油麥菜Cd對兒童及成人產(chǎn)生的致癌風(fēng)險與非致癌風(fēng)險均低于對照組，表明不同處理均可有效降低油麥菜的致癌風(fēng)險與非致癌風(fēng)險。不同處理下油麥菜胃腸階段的非致癌風(fēng)險均呈高于的趨勢，但都遠(yuǎn)小于限值1，說明膳食攝取不同處理油麥菜對兒童及成人帶來非致癌危害的可能性較小。胃階段油麥菜Cd對兒童及成人的致癌風(fēng)險均處于可接受范圍，且呈高于的趨勢，這與非致癌風(fēng)險的趨勢相反。小腸階段油麥菜Cd對兒童的致癌風(fēng)險超過了可接受范圍，表明攝取油麥菜可能會對兒童造成潛在致癌風(fēng)險。侯勝男等對冶金區(qū)蔬菜Cd生物可給性及健康風(fēng)險評價的結(jié)果表明，基于蔬菜中Cd的生物可給性對Cd的目標(biāo)危害系數(shù)（THQ）進(jìn)行校正后，蔬菜胃階段生物可給性Cd的THQ值仍超限值1。羅楊采用PBET模擬胃腸消化小白菜獲得重金屬生物可給性的研究也發(fā)現(xiàn)，模擬胃、腸兩階段中小白菜的總非致癌風(fēng)險系數(shù)仍大于1，可認(rèn)為具有非致癌風(fēng)險。以上研究均與本研究結(jié)果相反，這可能與供試蔬菜來源不同、Cd在植物體內(nèi)結(jié)合的目標(biāo)化合物不同及蔬菜中本身固有的營養(yǎng)成分不同有關(guān)。

表4 油麥菜Cd胃腸階段的致癌風(fēng)險及非致癌風(fēng)險Table 4 Carcinogenic risk and non-carcinogenic risk of Cd in the gastrointestinal stage of lettuce

胃階段中，GN1處理下油麥菜對兒童和成人的致癌風(fēng)險與非致癌風(fēng)險均最低，、、及降幅均達(dá)54.22%，SF2+GN1復(fù)配處理下油麥菜對兒童和成人的健康風(fēng)險降幅為40.82%。小腸階段中，GN2處理下油麥菜對兒童和成人的致癌風(fēng)險與非致癌風(fēng)險均最低（、、及降幅均達(dá)80.66%），SF2+GN1復(fù)配處理下油麥菜對兒童和成人的健康風(fēng)險降幅為30.21%。產(chǎn)生這一結(jié)果可能與單施硅酸鈉處理下油麥菜地上部Cd含量及胃腸階段Cd生物可給性有關(guān)。

2.5 油麥菜Cd的生物可給量與油麥菜地上部Cd含量的相關(guān)性分析

為進(jìn)一步研究不同改良處理對蔬菜Cd生物有效性的影響，對油麥菜地上部Cd含量與油麥菜Cd的生物可給量進(jìn)行相關(guān)性分析。胃階段Cd的生物可給量與油麥菜地上部Cd含量呈顯著正相關(guān)（=0.974，＜0.01），說明油麥菜地上部Cd含量的增加能顯著提高胃階段Cd的生物可給量。與此類似，小腸階段Cd的生物可給量與油麥菜地上部Cd含量呈顯著正相關(guān)（=0.726，＜0.01），說明油麥菜地上部Cd含量的增加可顯著提高腸階段Cd的生物可給量。

本研究發(fā)現(xiàn)單一及復(fù)配硅酸鈉和生物腐殖肥均對油麥菜Cd的累積及其生物可給性造成不同的影響。單施硅酸鈉在降低油麥菜累積Cd和生物可給性方面效果顯著，但其高量施加可能造成作物減產(chǎn)。綜合考慮改良劑對土壤改良、作物產(chǎn)量、Cd累積及其生物可給性的影響，0.3%硅酸鈉和0.6%生物腐殖肥復(fù)配（SF2+GN1）可視為本試驗研究中最佳的修復(fù)組合。相關(guān)性分析表明，油麥菜地上部Cd含量與Cd在胃和小腸階段的可給性呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性，而單一及復(fù)配硅酸鈉和生物腐殖肥能在一定程度上降低油麥菜可食部位Cd含量，因此減少了油麥菜Cd的生物可給性。研究發(fā)現(xiàn)，外源物質(zhì)會通過改變重金屬在土壤的結(jié)合形態(tài)，從而影響重金屬的生物可給性。本研究發(fā)現(xiàn)，硅酸鈉和生物腐殖肥復(fù)配施入Cd污染土壤后，硅酸鈉改良了供試土壤的酸性條件，促使可交換態(tài)Cd向殘渣態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd轉(zhuǎn)化，從而降低Cd的生物有效性。而生物腐殖肥中存在的大量腐植酸能與Cd發(fā)生吸附、絡(luò)合及螯合反應(yīng)，另外，土壤pH值增大有利于腐植酸的官能團(tuán)與Cd結(jié)合，使其有效態(tài)比例降低，從而減少油麥菜Cd吸收，進(jìn)一步降低其生物可給性及健康風(fēng)險。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥可提高土壤中微生物的Cd抗性水平及耐Cd微生物分子生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的正相互作用。然而，硅酸鈉和腐殖肥配施在影響油麥菜根際微生物群落結(jié)構(gòu)及其介導(dǎo)的Cd穩(wěn)定化方面仍需進(jìn)一步研究。硅酸鈉和腐殖肥配施降低土壤Cd生物有效性及生物可給性可能存在如下機(jī)理：一方面，硅酸鈉施加顯著提高土壤pH值，增加油麥菜抗逆性能并通過硅促進(jìn)Ca和Cd競爭結(jié)合位點以及與Cd的共沉淀作用降低土壤Cd的有效性；另一方面，腐殖肥中腐植酸通過與Cd吸附、絡(luò)合與螯合作用以及促進(jìn)根際土壤微生物的Cd抗性水平降低Cd的生物有效性。

3 結(jié)論

（1）與單一施加硅酸鈉或生物腐殖肥相比，硅酸鈉和生物腐殖肥復(fù)配可以改良供試土壤理化性質(zhì)，顯著提高土壤陽離子交換量、有效磷、速效鉀及有效硅含量，但降低了有機(jī)質(zhì)和銨態(tài)氮含量。

（2）施加不同改良劑均降低了兒童和成人對Cd的攝入量，不同消化階段油麥菜Cd的生物可給量均表現(xiàn)出成人高于兒童。油麥菜的攝取可能會對成人和兒童造成潛在致癌風(fēng)險，且成人高于兒童。

（3）0.6%生物腐殖肥與0.3%硅酸鈉復(fù)配處理在改良污染土壤理化性質(zhì)、提高油麥菜產(chǎn)量、抑制油麥菜對Cd的吸收及降低蔬菜Cd健康風(fēng)險等方面均具有良好效果，可視為本試驗研究中最佳的修復(fù)組合，適用于中輕度污染農(nóng)田土壤穩(wěn)定化修復(fù)。