万寿菊-蕹菜间作耦合钝化修复镉污染土壤的协同机制与效应研究

《Plant and Soil》：Remediation of cadmium-contaminated soil via the coupling of marigold–water spinach intercropping and passivation

本研究针对农田土壤镉污染治理难题，创新性地提出将超富集植物万寿菊与高生物量作物蕹菜间作，并耦合羟基磷灰石改性生物炭钝化技术。结果表明，该联合策略可促进土壤镉向稳定态转化（残渣态占比提升15.72–18.15%），同步降低有效态镉（45.07–48.78%）和全镉含量（13.12–17.95%），且显著提升植物对镉的富集量（万寿菊增4.80–25.53%，蕹菜增106.44–134.90%）。该研究为“钝化-植物联合修复”技术体系提供了理论支撑，对推进农业可持续发展具有重要意义。

　　

随着工业化进程加速，农田土壤镉污染已成为威胁全球农产品安全与生态健康的突出问题。镉通过作物根系吸收后，会破坏水分养分运输、蛋白质合成及光合作用等生理过程，导致作物减产甚至死亡。当前，钝化修复和植物修复是治理镉污染的主流技术，但二者均存在局限性：钝化剂仅改变镉的形态而非总量，长期稳定性不足；超富集植物往往生物量小、修复周期长。如何突破单一技术瓶颈，实现污染治理与农业生产协同推进，是当前研究的难点。

为此，山东农业大学的研究团队在《Plant and Soil》上发表论文，创新性地提出将镉超富集植物万寿菊与高生物量蔬菜蕹菜间作，并耦合羟基磷灰石改性生物炭作为钝化剂，通过盆栽实验系统评估该联合策略对镉污染土壤的修复效能。研究发现，间作与钝化耦合处理不仅显著优化土壤养分状况，还通过促进镉从活性态向稳定态转化，降低其生物有效性。更引人注目的是，该策略同步提升植物生物量与镉富集能力，形成“减毒-增产-去污”的协同效应。

研究主要采用以下关键技术方法：通过高温限氧裂解法制备羟基磷灰石改性生物炭，利用扫描电镜-能谱分析和傅里叶变换红外光谱表征材料结构；通过吸附实验解析镉固定机制；采用盆栽实验设计八种处理（包括单作、间作、钝化及耦合处理），测定土壤镉形态、植物镉积累量及微生物群落结构；运用Illumina Miseq测序技术解析根际微生物组成。

材料表征与吸附机制

研究通过SEM-EDS和FTIR分析证实羟基磷灰石成功负载于生物炭表面，其特征吸收峰（1022 cm^?1和580 cm^?1）对应PO₄^3?的振动模式。镉吸附后，材料表面出现簇状沉淀物，能谱检测到镉、磷、钙元素富集，表明其通过表面配位与沉淀反应固定镉离子。

土壤化学性质与镉形态转化

耦合处理显著提升土壤有机质（10.84–18.26%）和pH值，降低电导率。镉形态分析显示，耦合处理使弱酸提取态镉比例下降，残渣态镉占比提高15.72–18.15%，有效态镉和全镉含量分别降低45.07–48.78%和13.12–17.95%。相关性分析表明，土壤速效钾、有机质与残渣态镉呈正相关，证实养分优化促进镉稳定化。

植物镉积累特性

万寿菊和蕹菜的镉积累量在耦合处理下较单一处理显著提升（分别增加4.80–25.53%和106.44–134.90%）。蕹菜地下部镉积累量增幅达15.85–60.34%，且生物量同步增加，表明耦合策略在减轻毒性的同时强化植物提取效率。

微生物群落响应

根际微生物测序显示，耦合处理富集了变形菌门和放线菌门等有益菌群，其与氧化态镉、养分含量呈正相关。微生物通过分泌代谢产物参与镉形态转化，进一步强化修复效果。

结论与展望

该研究证实间作-钝化耦合技术可通过“材料钝化-植物提取-微生物调控”三重机制协同提升修复效率，为镉污染农田的安全利用提供了新思路。未来需关注不同土壤类型的适用性、长期田间效应及分子机制解析，以推动该技术的规模化应用。