糖蜜與加密種植對(duì)水稻吸附Cd、Cu及對(duì)土壤微生物的影響

摘要：為研究糖蜜協(xié)同加密種植對(duì)水稻吸附重金屬Cd、Cu的影響，以總Cd含量為0.675 mg/kg、總Cu含量為 120 mg/kg 的復(fù)合污染土壤為研究對(duì)象，以氨基酸廢母液和糖蜜作為水稻種植肥料，結(jié)合不同的種植密度，研究水稻葉片SPAD值、稻米中重金屬含量、土壤微生物種群變化以及土壤有效態(tài)重金屬在不同時(shí)期的含量變化、水稻植物重金屬在不同時(shí)期、不同部位的變化。結(jié)果表明，施加糖蜜能顯著減弱重金屬對(duì)水稻的脅迫，糖蜜與密度為4株/盆（加密1倍）協(xié)同阻控重金屬吸收的作用更加顯著。在水稻種植試驗(yàn)中，施加糖蜜與不同種植密度結(jié)合，可提高水稻葉片SPAD值1.82～6.51，降低土壤有效態(tài)Cd含量0.022 0～0.030 6 mg/kg，降低土壤有效態(tài)Cu含量2.288 7～8.030 0 mg/kg，分別降低水稻根中總Cd、總Cu含量0.064 6～0.635 7、1.550 2～63.799 0 mg/kg，降低水稻莖中總Cd、總Cu含量0.114 8～0.452 9、1.043 3～20.244 8 mg/kg，降低水稻葉中總Cd、總Cu含量0.012 4～0.495 1、0.608 7～19.227 8 mg/kg，降低水稻精米中總Cd、總Cu含量0.022 3～0.062 0、0.343 1～1.532 7 mg/kg。同時(shí)，施加糖蜜后能使土壤中微生物種群豐度明顯增加，Ace指數(shù)最高達(dá)4 830.46（A1處理），Chao指數(shù)最高達(dá)4 320.18（A1處理），Shannon指數(shù)最高達(dá)6.50（A2處理），進(jìn)一步驗(yàn)證糖蜜對(duì)水稻阻控復(fù)合污染重金屬的積極作用。

關(guān)鍵詞：氨基酸廢母液；糖蜜；Cd、Cu復(fù)合污染；微生物；水稻

中圖分類(lèi)號(hào)：S511.06；X53 "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）14-0253-09

收稿日期：2024-02-06

基金項(xiàng)目：湖北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2022BCA069）。

作者簡(jiǎn)介：陳 娥（1998—），女，湖北巴東人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橥寥乐亟饘傩迯?fù)。E-mail：1127394391@qq.com。

通信作者：倪 紅，碩士，教授，主要研究方向?yàn)樯锎蠓肿用傅淖饔脵C(jī)制、環(huán)境污染治理。E-mail：nh64@sina.com。

隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題呈現(xiàn)出日益嚴(yán)峻的趨勢(shì)，其中以重金屬對(duì)環(huán)境的污染最為嚴(yán)重［1］。重金屬對(duì)環(huán)境造成的污染往往是復(fù)合污染，因此對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境造成的影響不容小覷［2］。鎘（Cd）和銅（Cu）被視為水稻重金屬污染的重要元素，水稻是我國(guó)主要的糧食作物，重金屬可通過(guò)在根、莖、葉中進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，富集到水稻稻米中，危害糧食安全及人體健康［3-4］。尋找一種高效且不會(huì)造成連帶污染的重金屬修復(fù)方法已成為農(nóng)業(yè)環(huán)境污染修復(fù)中需要解決的重要問(wèn)題。

目前在水稻重金屬污染治理中，最主要的方法有物理法、化學(xué)法、原位鈍化修復(fù)技術(shù)和生物法［5-6］。物理法與化學(xué)法在修復(fù)重金屬污染時(shí)均具有明顯弊端；原位鈍化技術(shù)利用鈍化劑與重金屬發(fā)生吸附、絡(luò)合、共沉淀等作用將重金屬固定在土壤中，該方法已被廣泛用于土壤重金屬污染治理，選擇合適的原位鈍化劑對(duì)鈍化效果至關(guān)重要［7］；生物修復(fù)被認(rèn)為是一種環(huán)保且具有成本效益的技術(shù)［8］。微生物是土壤有機(jī)質(zhì)積累和污染物轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)因子，Cd和Cu的積累對(duì)水稻土微生物群落組成和功能的影響是水稻土污染生物修復(fù)的前提［9］。土壤微生物可對(duì)重金屬起到吸附作用，主要包含胞外、胞內(nèi)以及細(xì)胞表面吸附3種［10］。微生物與植物聯(lián)用可以起到降低土壤重金屬含量與促進(jìn)植物生長(zhǎng)的雙重效果，此外，微生物也可通過(guò)固定與轉(zhuǎn)化對(duì)重金屬進(jìn)行修復(fù)［11］。

本研究所施用的底肥——氨基酸廢母液中含有能沉淀重金屬的有效基團(tuán)，可使土壤中的重金屬?gòu)挠行B(tài)離子變成沉淀狀態(tài)，減少水稻的吸收［12］。糖蜜中含有大量的糖，作為微生物生長(zhǎng)的碳源，可使土壤微生物種群豐度和多樣性達(dá)到較高水平，再通過(guò)微生物對(duì)重金屬的吸附使土壤中的重金屬含量進(jìn)一步降低，減少水稻植株對(duì)重金屬的富集［13］。同時(shí)，筆者所在課題組之前的研究成果顯示，采用水稻加密種植，通過(guò)單位面積種植株數(shù)的增加，可降低單株水稻對(duì)重金屬的吸收。本研究在氨基酸廢母液的基礎(chǔ)上施加糖蜜并協(xié)同不同種植密度，探究水稻對(duì)復(fù)合污染重金屬的吸收規(guī)律，同時(shí)明晰糖蜜在水稻加密模式下能否降低水稻對(duì)復(fù)合污染重金屬的阻控，以期篩選出最適種植密度，為水稻在復(fù)合污染環(huán)境中種植出合格的稻米提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試植物：水稻種子購(gòu)于江西現(xiàn)代種業(yè)股份有限公司，品種為泰優(yōu)98。

供試土壤：不同污染程度的Cd、Cu復(fù)合污染土壤，來(lái)源于湖北省黃石市大冶市陳貴鎮(zhèn)官堂垴村稻田污染土（114°43′～114°49′E，30°03′～35°30′N(xiāo)），對(duì)稻田原始土的總Cd、總Cu含量進(jìn)行檢測(cè)，原始土壤中總Cd含量為0.675 mg/kg，總Cu含量為0.538 mg/kg，pH值為6.48。配制優(yōu)級(jí)純?cè)噭┝蛩徙~（CuSO4·5H2O），均勻噴灑于供試土壤上，使土壤總Cu含量達(dá)到120 mg/kg，攪拌均勻后老化3周，用于水稻生產(chǎn)種植。

供試肥料：試驗(yàn)所用肥料為氨基酸廢母液以及糖蜜。氨基酸廢母液為筆者所在實(shí)驗(yàn)室自主研制的有機(jī)肥，含氮量≥14%；糖蜜為工業(yè)制糖的副產(chǎn)品，呈黏稠狀，購(gòu)自廣西甘蔗糖廠。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)于2022年3—9月在湖北大學(xué)沙湖試驗(yàn)基地開(kāi)展，3月15日育苗，5月1日移栽，8月20日收獲。

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)種植密度（2、4、6株/盆），2個(gè)肥料處理（A處理：施加氨基酸廢母液＋糖蜜；CK處理：施加氨基酸廢母液，其中A組為試驗(yàn)組，CK組為對(duì)照組），共6個(gè)處理，分別為A1（2株、氨基酸廢母液＋糖蜜）、A2（4株、氨基酸廢母液＋糖蜜）、A3（6株、氨基酸廢母液＋糖蜜）、CK1（2株、僅施氨基酸廢母液）、CK2（4株、僅施氨基酸廢母液）、CK3（6株、僅施氨基酸廢母液），每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。分別稱(chēng)取2.5 kg上述處理后的土壤（“1.1”節(jié)中的供試土壤）于不漏水花盆中，花盆尺寸為12.9 cm×14.0 cm（底部直徑×高）。以氨基酸廢母液作為底肥，純氮施加180 kg/hm2，糖蜜施加300 kg/hm2，N、P2O5、K2O質(zhì)量比為1 ∶0.8 ∶1，底肥在移栽前施入土壤，施肥量按面積（約0.031 4 m2）進(jìn)行計(jì)算，移栽后30 d對(duì)各處理進(jìn)行追肥，具體追肥方案見(jiàn)表1。在種植水稻苗之前將土壤與底肥肥料攪拌均勻。

水稻苗移栽完成后放置于湖北大學(xué)沙湖試驗(yàn)基地進(jìn)行室外培養(yǎng)，并定期進(jìn)行澆水，時(shí)刻觀察水稻的生長(zhǎng)狀況，在水稻移栽后45 d（水稻生育期的分蘗期）、90 d（水稻生育期的抽穗期）、135 d（水稻生育期的成熟期）取水稻植株及土壤樣品進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定，并在水稻移栽后15 d以及追肥后15 d分別取各處理根際土測(cè)定土壤微生物。

1.3 樣品采集與處理

水稻植株樣品的采集與處理：在水稻移栽后45、90、135 d，采用隨機(jī)取樣法取整株水稻植株，分別剪下根、莖、葉，用自來(lái)水沖洗干凈后用超純水洗凈，放入烘箱中在105 ℃殺青 2 h，然后在65 ℃恒溫烘干，烘干后用磨樣機(jī)磨碎裝入自封袋備用。

水稻土壤的采集與處理：在水稻移栽后45、90、135 d取植株樣品的同時(shí)，采用五點(diǎn)取樣法取土樣，取樣后放置在室溫下自然風(fēng)干，風(fēng)干后粉碎并過(guò) 2 mm 篩，裝入自封袋備用。

1.4 樣品測(cè)定

1.4.1 水稻葉片SPAD值測(cè)定

使用葉綠素測(cè)定儀SPAD 502測(cè)定葉尖、葉中、葉基的SPAD值（相對(duì)葉綠素含量），并取平均值。

1.4.2 土壤中有效態(tài)Cd含量的測(cè)定

參考GB/T 23739—2009《土壤質(zhì)量 有效態(tài)鉛和鎘的測(cè)定 原子吸收法》［14］測(cè)定土壤有效態(tài)Cd含量。

1.4.3 土壤中有效態(tài)Cu含量的測(cè)定

參考NY/T 890—2004《土壤有效態(tài)鋅、錳、鐵、銅含量的測(cè)定 二乙三胺五乙酸（DTPA）浸提法》［15］測(cè)定土壤有效態(tài)Cu含量。

1.4.4 根、莖、葉、精米中Cd含量的測(cè)定

參考GB/T 5009.15—2014《食品中鎘的測(cè)定》［16］測(cè)定水稻根、莖、葉、精米中的Cd含量。

1.4.5 根、莖、葉、精米中Cu含量的測(cè)定

參考GB/T 5009.13—2017《食品中銅的測(cè)定》［17］測(cè)定水稻根、莖、葉、精米中的Cu含量。

1.4.6 土壤微生物測(cè)定

土壤樣品送至上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司進(jìn)行環(huán)境微生物群落多樣性測(cè)序及交互式分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2021進(jìn)行整理，SPSS 26.0進(jìn)行差異顯著性分析，Graphpad Prism 6.0進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 糖蜜對(duì)水稻葉片SPAD值的影響

分別在水稻移栽后45、90、135 d測(cè)定水稻葉片SPAD值，結(jié)果如圖1所示，水稻葉片SPAD值整體呈先增加后降低趨勢(shì)。與CK處理相比，3個(gè)時(shí)期試驗(yàn)組水稻葉片SPAD值增加范圍在1.82～6.51。在移栽后45 d時(shí)，A2處理較CK2處理顯著提高1.88，A1處理顯著大于A2、A3處理，但A2、A3間無(wú)顯著性差異。在移栽后 90 d 時(shí)，水稻葉片SPAD值均較45 d時(shí)有所增加，A2處理較CK2處理顯著提高4.21，A1、A2、A3處理間無(wú)顯著性差異。在移栽后135 d時(shí)，雖然水稻葉片SPAD值有所下降，但依然是A處理較CK處理高，A1處理較CK1處理顯著提高6.51；A1處理顯著高于A3處理。結(jié)果表明，綜合比較3個(gè)時(shí)期，水稻在移栽后90 d的SPAD值最高，且種植密度對(duì)水稻葉片SPAD值具有一定影響；在移栽后45 d，種植2株的試驗(yàn)組SPAD值達(dá)到最大值，與種植4、6株的試驗(yàn)組有顯著差異；在移栽后90 d，各密度處理的試驗(yàn)組SPAD值差異不顯著；在移栽后135 d，種植2株的試驗(yàn)組SPAD值顯著高于6株的試驗(yàn)組。由此說(shuō)明，在Cd、Cu復(fù)合污染的環(huán)境下，在施加有機(jī)肥氨基酸廢母液的基礎(chǔ)上施加糖蜜能在一定程度上提高水稻葉片SPAD值，同時(shí)，種植密度對(duì)水稻葉片SPAD值也具有一定影響，總體上，隨著密度的增加，水稻葉片SPAD值有降低趨勢(shì)。

2.2 糖蜜對(duì)重金屬有效態(tài)含量的影響

土壤中重金屬有效態(tài)Cd和Cu的含量是影響水稻吸收重金屬Cd和Cu的關(guān)鍵指標(biāo)之一。與CK處理相比，3個(gè)時(shí)期試驗(yàn)組土壤有效態(tài)Cd含量降低范圍在0.022 0～0.030 6 mg/kg，有效態(tài)Cu含量降低范圍在2.288 7～8.030 3 mg/kg。分別在水稻移

栽后45、90、135 d測(cè)定土壤有效態(tài)Cd和有效態(tài)Cu的含量，結(jié)果如圖2所示。土壤有效態(tài)Cd含量隨取樣時(shí)期的推移A1、A2處理表現(xiàn)為逐漸增加趨勢(shì)，A3處理表現(xiàn)為先增加后降低趨勢(shì)，A1、A2、A3處理都在水稻移栽后45 d最低。而土壤有效態(tài)Cu含量A1、A2處理在3個(gè)時(shí)期間表現(xiàn)為逐漸降低趨勢(shì)，A3處理表現(xiàn)為在90 d時(shí)略有增加，后在135 d后又降低的趨勢(shì)，但3個(gè)處理都在水稻移栽后135 d最低。移栽后45 d，組間土壤有效態(tài)Cd含量無(wú)顯著差異；施加糖蜜的各處理土壤有效態(tài)Cu含量均顯著小于相應(yīng)的CK處理，且隨著種植密度的增加，土壤有效態(tài)Cu含量逐漸降低，在種植密度為6株時(shí)達(dá)到最低，各密度間具有顯著性差異。移栽后90 d，土壤有效態(tài)Cd含量在種植密度為4株/盆的糖蜜組（A2處理）最低，顯著低于其他密度糖蜜組與CK組；糖蜜組土壤有效態(tài)Cu含量顯著低于CK組，且A2處理顯著低于A1、A3處理。移栽后135 d，A2、A3處理土壤有效態(tài)Cd含量均顯著低于CK2、CK3處理，且均顯著低于A1處理，A3處理雖然略微低于A2處理（0.005 3 mg/kg），但無(wú)顯著性差異；土壤有效態(tài)Cu含量表現(xiàn)為A1處理lt;CK1處理、A2處理lt;CK2處理、A3處理lt;CK3處理，且A2處理顯著低于A1、A3處理。

結(jié)果表明，在水稻的整個(gè)生育期，施加糖蜜對(duì)土壤有效態(tài)Cd的降低作用在移栽后90、135 d時(shí)較為顯著，且在水稻整個(gè)生育期均能有效降低土壤中有效態(tài)Cu含量，其中在移栽后90、135 d時(shí)降低幅度最大。土壤有效態(tài)Cd含量在密度為 4株/盆時(shí)最低，土壤有效態(tài)Cu含量在不同密度之間也有顯著差異， 綜合比較， 在種植4株（加密1倍）時(shí)達(dá)到最低。說(shuō)明糖蜜與4株/盆的密度結(jié)合對(duì)土壤有效態(tài)Cd、Cu含量的降低作用最為顯著。

2.3 糖蜜對(duì)水稻根、莖、葉總Cd、總Cu含量的影響

分別在水稻移栽后45、90、135 d測(cè)定水稻根、莖、葉中的總Cd、總Cu含量，結(jié)果如表2所示。與CK處理相比， 3個(gè)時(shí)期試驗(yàn)組根中Cd含量降低范圍在0.064 6～0.635 7 mg/kg，Cu含量降低范圍在1.550 2～63.799 0 mg/kg；試驗(yàn)組莖中Cd含量降低范圍在0.114 8～0.452 9 mg/kg， Cu含量降低范圍在1.043 3～20.244 8 mg/kg；試驗(yàn)組葉中Cd含量降低范圍在0.012 4～0.495 1 mg/kg， Cu含量降低范圍在0.608 7～19.227 8 mg/kg。在水稻移栽后45 d，試驗(yàn)組A1、A2、A3總Cd含量呈現(xiàn)莖＞根＞葉的趨勢(shì)，對(duì)照組CK2、CK3總Cd含量呈現(xiàn)莖＞葉＞根的趨勢(shì)。根中的總Cd含量表現(xiàn)為A1處理lt;CK1處理、A2處理lt;CK2處理，且A1處理與CK1處理具有顯著性差異，A2處理lt;A3處理lt;A1處理，且A2處理較A1處理顯著降低0.329 5 mg/kg，A2處理較A3處理顯著降低0.076 2 mg/kg。于莖而言，A2處理較CK2處理顯著降低0.187 8 mg/kg，A3處理較CK3處理顯著降低0.116 2 mg/kg，A1處理略高于CK1處理（僅相差0.004 7 mg/kg），但二者無(wú)顯著性差異。葉中總Cd含量A1處理lt;CK1處理、A2處理lt;CK2處理、A3處理lt;CK3處理，且均具有顯著性差異，A2處理lt;A1處理，且A2處理較A1處理顯著降低0.084 0 mg/kg，A2處理與A3處理無(wú)顯著差異?？侰u含量呈現(xiàn)根＞莖＞葉的趨勢(shì)，根部Cu含量最大。在根中，A組顯著小于對(duì)應(yīng)CK組，分別顯著降低了21.44%、9.36%、24.52%。A2處理較A1、A3處理分別顯著降低7.26%、8.52%。在莖中，A1處理較CK1處理顯著降低8.89%，A3處理較CK3處理顯著降低15.84%，A2處理與CK2處理相差不大，A1、A2、A3處理間無(wú)顯著差異。在葉中，A組顯著小于對(duì)應(yīng)CK組，分別顯著降低18.66%、38.20%、13.73%，其中種植密度為 4株/盆時(shí)施加糖蜜對(duì)水稻葉中重金屬Cu的降幅最大。結(jié)果表明，在水稻移栽后45 d，根、莖、葉中的總Cd、總Cu含量均在施加糖蜜后顯著降低，且種植密度為4株/盆時(shí)達(dá)到最低。

在水稻移栽后90 d，試驗(yàn)組A1總Cd含量表現(xiàn)為根＞莖＞葉，A2表現(xiàn)為根＞葉＞莖，A3表現(xiàn)為莖＞根＞葉。對(duì)照組CK1總Cd含量表現(xiàn)為根＞莖＞葉，CK2表現(xiàn)為根＞葉＞莖，CK3表現(xiàn)為葉＞莖＞根；對(duì)于總Cu含量，A組各處理和對(duì)照組的處理CK2、CK3總Cu含量均表現(xiàn)為根＞莖＞葉。A組根中總Cd含量較對(duì)應(yīng)CK組顯著降低，且A2處理較A1處理顯著降低0.325 9 mg/kg，A2處理與A3處理相比無(wú)顯著差異，但仍相差0.040 5 mg/kg。莖中總Cd含量表現(xiàn)為A2處理顯著低于CK2處理，A3處理顯著低于CK3處理，A2處理較A1、A3處理分別顯著降低0.330 6、0.130 0 mg/kg。葉中總Cd含量表現(xiàn)為A2處理顯著低于CK2處理，A3處理顯著低于CK3處理，A1、A2、A3處理間無(wú)顯著性差異。在根中，總Cu含量表現(xiàn)為A組顯著小于對(duì)應(yīng)的CK組，分別顯著降低13.92%、19.32%、29.90%，A2處理較A1處理顯著降低18.05%，A2處理與A3處理無(wú)顯著性差異。在莖中，A組總Cu含量顯著小于對(duì)應(yīng)CK組，分別顯著降低17.06%、36.41%、14.75%，A2處理較A1、A3處理顯著降低18.72%、12.25%。在葉中，A組總Cu含量顯著小于對(duì)應(yīng)CK組，分別顯著降低29.59%、41.03%、18.88%，A2處理較A1、A3處理顯著降低31.91%、17.85%。結(jié)果表明，施加糖蜜對(duì)水稻植株中Cd、Cu的積累有顯著降低效果。莖、葉種植密度為4株/盆的處理較種植密度為2、6株/盆的處理總Cu含量顯著降低，其中相對(duì)2株/盆處理組的降低幅度大于6株/盆處理組，原因是隨著種植密度的增加水稻單株吸收重金屬Cu的含量有所降低，而6株/盆處理的總Cu含量較4株/盆的處理大，可能原因是種植密度太大，水稻土壤中的營(yíng)養(yǎng)無(wú)法滿(mǎn)足水稻植株生長(zhǎng)（水稻植株?。瑢?dǎo)致較6株/盆的總Cu含量更大一些，由此得出種植4株/盆為最優(yōu)密度，能更好地阻控水稻植株對(duì)重金屬Cu的吸收。結(jié)果表明，在水稻移栽后90 d，糖蜜依然可以降低水稻植株中總Cd及總Cu含量。

在水稻移栽后135 d，根、莖、葉中總Cd含量變化趨勢(shì)為根gt;莖gt;葉，總Cu含量變化趨勢(shì)總體表現(xiàn)為根gt;葉gt;莖，這可能是由于在水稻生長(zhǎng)后期重金屬?gòu)母角o以及根到葉的轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生了變化。在根中，總Cd含量，A1、A2顯著小于對(duì)應(yīng)的CK組，A1、A2、A3處理間無(wú)顯著差異。在莖中，A2顯著小于對(duì)應(yīng)的CK組，A2處理較A1處理顯著降低45.90%，在葉中，A2、A3處理較A1處理顯著降低。水稻葉中總Cu含量較莖中總Cu含量總體有所增加，但大部分Cu依然富集于水稻根部。在根中，A組顯著小于對(duì)應(yīng)的CK組，A2處理較A1、A3處理顯著降低65.24%、30.25%。在莖中，A組顯著小于對(duì)應(yīng)的CK組，A2處理較A3處理顯著降低44.77%，A1處理較A2、A3處理分別顯著降低26.06%、59.16%。在葉中，A2處理較A1處理顯著降低5.04%，A3處理較A2處理顯著降低9.01%。

2.4 糖蜜對(duì)精米中Cd、Cu含量的影響

待水稻成熟后收集水稻稻米，經(jīng)處理后分別測(cè)定精米中總Cd、總Cu的含量，結(jié)果如圖3所示。與CK處理相比，3個(gè)時(shí)期試驗(yàn)組精米中Cd含量降低范圍在0.022 3～0.062 0 mg/kg，Cu含量降低范圍在0.343 1～1.532 7 mg/kg。精米中總Cd、總Cu含量均為糖蜜組顯著小于CK組，說(shuō)明施加糖蜜能有效降低稻米精米中重金屬Cd及Cu的含量。所有處理組精米中總Cd含量均合格（低于0.2 mg/kg），隨著種植密度的增加，A組稻米精米中總Cd含量呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，其中A2處理與A1、A3間具有顯著差異性，分別顯著降低14.5%、20.9%。A組水稻精米中總Cu含量顯著低于CK組，A組精米總Cu含量最高值為 2.912 7 mg/kg，CK組精米總Cu含量最高值為 3.463 6 mg/kg，說(shuō)明施加糖蜜能顯著降低稻米精米中總Cu含量。隨著種植密度的增加，A組精米中總Cu含量呈現(xiàn)先降低后又增加的趨勢(shì)（2.912 7 mg/kg→1.930 9 mg/kg→2.682 7 mg/kg），

A1、A2、A3處理間具有顯著性差異，A2處理較A1、A3處理分別顯著降低33.71%、28.02%， 說(shuō)明糖蜜協(xié)同種植密度對(duì)水稻稻米中總Cd、總Cu的積累具有顯著影響，且水稻種植以 4株/盆為最優(yōu)密度。

2.5 土壤微生物α多樣性指數(shù)

土壤微生物α多樣性指數(shù)能有效反映土壤中微生物群落的豐富程度（ACE指數(shù)及Chao指數(shù)）及物種多樣性（Shannon指數(shù)及Simpson指數(shù)）。Sobs指數(shù)反映可操縱分類(lèi)單元OUT的數(shù)量［18］。由表3可知，本試驗(yàn)中微生物測(cè)序的物種覆蓋率達(dá)到96.0%以上，測(cè)序結(jié)果可信。土壤微生物測(cè)序結(jié)果顯示，A組的ACE指數(shù)大于CK組，組間無(wú)顯著性差異。A組的Chao指數(shù)大于CK組，A1處理與CK1處理具有顯著性差異，其中A1處理的群落豐富度最高，達(dá)4 320.18，較對(duì)照組CK1顯著提高7.56%，由此表明，施加糖蜜可顯著提高土壤微生物群落豐富度，增加微生物數(shù)量，且在種植密度為 2株/盆時(shí)群落豐富度達(dá)到最大。Shannon指數(shù)與Simpson指數(shù)呈負(fù)相關(guān)（Shannon指數(shù)越大，物種多樣性越大，Simpson指數(shù)與之相反），結(jié)果顯示，Shannon指數(shù)A1與CK1、A3與CK3具有顯著差異，Simpson指數(shù)A1與CK1具有顯著差異，說(shuō)明A組物種多樣性與CK組相比具有顯著差異性，其中，Shannon指數(shù) 2株/盆與6株/盆糖蜜組較對(duì)應(yīng)CK處理顯著增加9.21%、14.91%，但4株/盆糖蜜組與CK組差異不顯著。結(jié)果表明，糖蜜能顯著提高土壤微生物的物種多樣性，但A組內(nèi)處理間差異不顯著，說(shuō)明種植密度對(duì)土壤微生物種群多樣性的影響不大。

2.6 糖蜜對(duì)根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

分析糖蜜對(duì)土壤細(xì)菌在門(mén)水平上的群落組成影響，結(jié)果如圖4所示，可以看出，在未施加糖蜜前，A組與CK組間差異不明顯，土壤微生物豐度占比一致。由圖4-b分析可知，A組土壤微生物豐度依然維持在較高水平，CK組均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，二者微生物豐度相差較大，說(shuō)明施加糖蜜能明顯增加土壤微生物豐度，并使其維持在較高水平。土壤細(xì)菌屬豐度排在前5位的依次是厚壁菌門(mén)（Firmicutes）、變形菌門(mén)（Proteobacteria）、放線(xiàn)菌門(mén)（Actinobacteria）、綠彎菌門(mén)（Chloroflexi）、酸桿菌門(mén)（Acidobacteria）。厚壁菌門(mén)表現(xiàn)為A組＞CK組，A1、A2、A3處理占比（30.68%、31.14%、27.53%）明顯高于對(duì)應(yīng)CK組（22.22%、18.40%、14.03%）；變形菌門(mén)表現(xiàn)為A組＞CK組，A1、A2、A3處理的占比（24.51%、25.27%、19.66%）明顯高于CK組（15.77%、18.61%、20.60%）。不同處理間土壤細(xì)菌群落組成具有較大差異，與CK組相比，施加糖蜜明顯增加厚壁菌門(mén)（Firmicutes）與變形菌門(mén)（Proteobacteria）的相對(duì)豐度。A組內(nèi)A1、A2處理厚壁菌門(mén)（Firmicutes）土壤細(xì)菌豐度分別為3.15%、3.61%，略高于A3處理；A組內(nèi)A1、A2處理變形菌門(mén)（Proteobacteria）土壤細(xì)菌豐度分別為4.85%、5.61%，略高于A3處理，但A1、A2、A3處理間無(wú)明顯差異，說(shuō)明水稻種植密度對(duì)土壤細(xì)菌豐度影響不大，主要為糖蜜對(duì)土壤細(xì)菌豐度的影響。

圖5是土壤微生物在屬水平上的熱圖，土壤樣品相似度較高的會(huì)被聚類(lèi)到同一支，距離越遠(yuǎn)證明相似度越低［19］。本研究選擇豐度排名前25的菌屬進(jìn)行聚類(lèi)分析。由圖5-a可知，在未施加糖蜜前，按照細(xì)菌群落組成可將土壤樣本劃分為3個(gè)不同的群體，依次是A3處理與A2處理、CK3處理與CK2處理、A1處理與CK1處理。圖5-b顯示，施加糖蜜后，土壤微生物菌屬聚類(lèi)發(fā)生很大變化，按照細(xì)菌群落組成將土壤樣本劃分成2個(gè)顯著不同的群體，A1、A2、A3處理與CK1、CK2、CK3處理，證明糖蜜是A組與CK組間群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的原因。Clostridium_sensu_stricto_1（狹義梭菌屬 1）、Acinetobacter（不動(dòng)桿菌屬）、Sulfuricurvum（硫氧化細(xì)菌屬），這3個(gè)菌屬成為A組的優(yōu)勢(shì)菌屬，較CK組豐度明顯提高，其他菌屬A與CK組差異均不明顯。

結(jié)果表明，糖蜜是使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的主要原因，同時(shí)，糖蜜明顯增加了土壤中厚壁菌門(mén)、變形菌門(mén)的豐度，與CK組相比，糖蜜使大多數(shù)微生物數(shù)量維持在較高水平。隨著微生物數(shù)量的逐漸增大，微生物細(xì)胞壁、胞內(nèi)及胞外物質(zhì)能發(fā)揮更大的作用，即能吸附更多的土壤重金屬，減少重金屬對(duì)水稻植株的毒害作用，微生物數(shù)量越多，對(duì)土壤重金屬有效態(tài)的結(jié)合作用越大，在一定程度上能降低植物對(duì)重金屬的吸收。同時(shí)，糖蜜能使土壤微生物多樣性顯著提高（表3），是因?yàn)槠錇槲⑸锷L(zhǎng)提供了良好的碳源。

3 討論與結(jié)論

葉綠素含量對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng)說(shuō)明植物會(huì)受到重金屬的脅迫［20］。本試驗(yàn)研究輕度Cd、中度Cu污染環(huán)境下水稻葉片葉綠素含量在不同生育期（移栽后45、90、135 d）的變化規(guī)律，結(jié)果顯示，氨基酸廢母液與糖蜜配施組（A組）葉綠素含量顯著高于氨基酸廢母液組（CK組），說(shuō)明糖蜜能降低水稻受到的重金屬Cd和Cu的脅迫程度，主要原因是糖蜜的施加使土壤中有效態(tài)Cd及有效態(tài)Cu含量減少，進(jìn)而降低土壤輕度Cd、中度Cu污染對(duì)水稻的脅迫作用。水稻葉片葉綠素含量表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，在移栽后90 d達(dá)到最大值。侯瑞丹等在對(duì)重金屬脅迫環(huán)境下苦草葉綠素含量變化的研究中發(fā)現(xiàn)，中高質(zhì)量濃度的Cu2+、Zn2+、Cd2+和Pb2+處理使葉綠素含量顯著下降［21］。王瀚等在研究重金屬Pb脅迫環(huán)境下蘿卜幼苗的葉綠素含量變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Pb2+濃度增加時(shí)，葉綠素含量與其呈負(fù)相關(guān)［22］。喬琳等研究了Cu、Zn、Fe和Pb等4種重金屬在不同濃度條件下對(duì)白菜幼苗葉綠素含量的影響，結(jié)果表明，隨著重金屬濃度的增加，葉綠素含量先增加后減小［23］。同時(shí)，水稻種植密度對(duì)葉綠素含量也具有一定影響，密度過(guò)大會(huì)影響葉綠素的合成和光合作用強(qiáng)度，這與王皓的研究結(jié)果［24］一致。

土壤重金屬有效態(tài)的高低是土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要參數(shù)［25］。何其輝等研究發(fā)現(xiàn)，不同肥料對(duì)土壤重金屬有效態(tài)Cd和有效態(tài)Cu具有顯著影

響［26］。Zhang等研究發(fā)現(xiàn)，Cd和Cu復(fù)合毒性在低可溶性Cd、Cu含量土壤中表現(xiàn)出較強(qiáng)的拮抗作用［27］。本研究中，施用糖蜜使土壤有效態(tài)Cd、有效態(tài)Cu含量呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律，總體而言，有效態(tài)Cd含量與有效態(tài)Cu含量變化趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān)。同時(shí)，施加糖蜜能顯著降低土壤重金屬有效態(tài)含量，減少植物根、莖、葉對(duì)Cd、Cu的吸收。在本研究中，4株/盆施加糖蜜的處理水稻根、莖、葉中的總Cd含量顯著低于對(duì)照組，對(duì)于根、莖、葉中的總Cu含量，90 d及135 d時(shí)施加糖蜜的所有處理根、莖、葉中的總Cu含量均顯著低于相對(duì)應(yīng)的對(duì)照組，綜合比較來(lái)看，根、莖、葉中總Cd及總Cu含量種植密度為 4株/盆會(huì)低于2、6株/盆，說(shuō)明施加糖蜜協(xié)同適宜的種植密度對(duì)阻控水稻吸收重金屬Cd、Cu有顯著作用。這與郭海松等的研究結(jié)果［28-29］一致。水稻成熟期各器官中重金屬的分布總體呈現(xiàn)根gt;莖gt;葉gt;糙米gt;精米的趨勢(shì)［30］，本研究中，A組成熟期精米總Cd、總Cu含量均顯著小于CK組，種植密度為4株/盆的糖蜜組精米總Cd、總Cu含量最低，這與前人的研究結(jié)果［30］一致。

重金屬污染可能影響土壤微生物的豐度及活性［31］。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施加糖蜜可使土壤微生物豐度保持在較高水平，減緩重金屬對(duì)土壤微生物的影響，使土壤中的微生物保持在高度活性狀態(tài)，從而降低土壤中重金屬有效態(tài)含量，原位鈍化與生物修復(fù)二者聯(lián)合使用可使重金屬有效態(tài)含量降低，減少水稻植株對(duì)重金屬的吸收，降低精米中重金屬含量，使其能安全食用，這與徐鵬飛等的研究結(jié)果［32-33］一致。王瑾等在其研究中提到，微生物對(duì)重金屬的吸附具有選擇性，且微生物吸附重金屬高效且方法多樣［34］。因此關(guān)于具體是哪種微生物屬對(duì)重金屬的吸附作用最強(qiáng)仍有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，本研究得出以下結(jié)論：（1）糖蜜可增加水稻葉片相對(duì)葉綠素含量。

（2）糖蜜可顯著降低土壤有效態(tài)Cd、土壤有效態(tài)Cu含量。A2處理的有效態(tài)Cd、有效態(tài)Cu含量在水稻生長(zhǎng)發(fā)育90 d時(shí)顯著低于A1、A2處理以及CK組。

（3）糖蜜可顯著降低水稻根、莖、葉、精米中總Cd、總Cu含量。

（4）施加糖蜜能顯著提高土壤中微生物群落的豐富程度及物種多樣性。

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