0 引 言
我国重金属污染耕地面积较广，2014年环保部公布的《全国土壤污染状况调查公报》显示：汞污染点位超标率达到1.6%[1]。汞在土壤中具有稳定积累和不易清除的特点，汞污染土壤除了影响农产品质量和品质外，还能通过食物链进入人体，威胁人类健康[2-3]。因此，土壤汞污染的治理迫在眉睫。据文献报道，在我国人为汞排放来源中煤的贡献最大，然后依次是汞矿开采、黄金冶炼、有色金属冶炼、钢铁生产、垃圾焚烧以及水泥生产等，以上来源占汞总排放量的90%左右[4-7]。而汞矿开采、黄金冶炼等造成的土壤污染中，汞含量较高[8-9]；燃煤、垃圾焚烧等方式造成的土壤污染，汞的含量相对较低但污染区域广[4]。目前土壤修复研究多集中在于汞矿区、黄金冶炼等引起的汞污染较重的区域[8, 10]。
植物修复重金属污染治理措施具有安全、成本低、环境友好型的特点[11-14]，但其通常所用的超富集植物在实际农田修复中存在局限性[15]。在农田土壤修复中，采用适合当地种植的农作物或其他大生物量植物，比野外的超富集植物在应用和修复潜力上可能更有优势，且具有一定的经济效益，更易推广[15-16]。由于土壤中生物可利用态汞含量普遍较低[15, 17]，若提高植物修复重金属的效率，需提高土壤中汞的生物有效性。有文献报道富里酸具有显著促进土壤中汞的环境迁移活性效应，但在田间环境下通过添加富里酸研究农作物对土壤汞污染修复潜力的报道较少[18]。此外，已有文献报道油菜对汞具有一定富集作用，但也存在油菜籽中汞超标的风险[15]。通过喷施叶面硒肥，能在一定程度上降低作物可食部分重金属含量[19]。目前，鲜有富里酸和叶面硒肥同时作用于植物修复土壤重金属的报道。本研究以油菜为修复植物，选择低汞污染农田，探究在大田环境下，添加富里酸对油菜富集汞的影响以及土壤汞有效态的变化特征，以及富里酸与叶面硒肥同时作用时，油菜籽中汞含量的变化情况。以期探寻一种低汞污染农田土壤下，既能提高农作物富集量，又能保障农作物可食部分安全的土壤修复模式。
1 材料和方法
1.1 试验设计
田间试验位于嘉兴市南湖区某农田，附近有已停产的小型热电厂。试验田土壤基本理化性质：土壤pH 为6.3±0.1，有机质为(38.5±0.82)g/kg，全氮为(0.22±0.014)%，全磷为(0.07±0.03)%，水解性氮为(165.3±7.7)mg/kg，有效磷为(20.5±0.89)mg/kg，速效钾为(138.7±6.5)mg/kg，阳离子交换量为(21.1±0.9)cmol/kg。土壤总汞含量为(0.45±0.037)mg/kg，有效汞含量为(1.45±0.89)μg/kg。土壤中总汞含量超过我国GB 15618—1995《土壤环境质量标准》二级标准。
油菜为国华油1208，购自嘉兴市绿伞农业科技有限公司。设计4组试验：单独油菜(对照)、油菜+富里酸、油菜+叶面硒肥(绿维康牌，有机富硒肥)、油菜+富里酸+叶面硒肥，富里酸投加量为0.075，0.15，0.225 kg/m2，每组设置3个重复，各试验小区面积为33.3 m2(3 m × 11.1 m)。油菜育种40 d生长后移栽到各试验小区，每小区移栽量为300株。移栽前，设定加富里酸的小区，撒入富里酸后翻土(深度为20 cm左右)后再移栽油菜苗，后期常规管理。设定喷施叶面硒肥的小区，在油菜初花期喷施第1次，间隔15 d后喷施第2次，每次喷施量为0.15 mL/m2(母液)，喷施前需稀释母液(稀释倍数为500倍)。移栽后，作物再生长6个月，连根一起收获。
1.2 样品采集与分析
植物收获后，每个小区随机采集5个土壤样品进行土壤汞分析，土壤样品自然风干后过100目筛；每个小区先采收完油菜籽，余下植株连根取回，洗净，于50 ℃下烘干，整株称重(除去油菜籽的整株)；随后各小区随机选5株，将植物分为地上部分和根系部分，粉碎后测总汞[15]，油菜籽风干后测干重及总汞含量。
土壤基本理化性质测定采用常规分析法[15, 20]。总汞、有效汞测定方法参见文献[15]，总汞用原子荧光谱仪测定(科创海光AFS-9700)，土壤有效汞用0.1 mol/L盐酸浸提后再测定。
1.3 数据分析
采用 SPSS 24.0软件对对照和富里酸处理后油菜植株生物量、汞含量差异进行显著性分析。
2 结果与讨论
2.1 植物生物量
图1为投加富里酸对油菜植株和油菜籽生物量(干重)的影响。可知：单种油菜的小区植物生物量为0.643 kg/m2，油菜籽生物量为0.276 kg/m2；投加富里酸0.075，0.15，0.225 kg/m2后，植物生物量分别为0.679，0.634，0.625 kg/m2，油菜籽生物量分别为0.279，0.288，0.288 kg/m2。与单种油菜的对照小区相比，油菜植物和油菜籽生物量差异不显著(p>0.05)。总体而言，0.075～0.225 kg/m2富里酸对油菜植株的生物量影响不大。
图1 投加富里酸对油菜植株和油菜籽生物量(干重)的影响
Fig.1 Effect of fulvic acid on the biomass (dry weight) of rape and rapeseed
与上述现象类似，各组“油菜+富里酸+叶面硒肥”、“油菜+富里酸”小区的植株生物量及油菜籽产量都基本不受影响(p>0.05)。
2.2 油菜对汞的富集
表1为不同处理方式下油菜根系及地上部分总汞含量。由于植物提取效率低，单种油菜时地上部分汞富集量较低。富里酸投加量为0.075、0.15 kg/m2的小区，油菜根系总汞含量分别为0.0125，0.0129 mg/kg，与对照相比，虽然差异不显著(p>0.05)，但根部汞含量增加；富里酸投加量为0.225 kg/m2的小区，根部汞含量为0.0168 mg/kg，显著高于对照(p<0.05)；油菜地上部分总汞含量分别为0.0378，0.0274，0.0189 mg/kg，均显著高于对照小区(p<0.05)，但随着富里酸投加量增加，3种投加量之间地上部分汞含量存在显著性差异(p<0.05)，逐渐降低。该结果表明：与对照小区相比，富里酸能促进油菜对土壤汞的吸收，且促进根系部分汞向地上部分转运。有文献报道[21]，富里酸能促进水稻中汞地上部分的转运系数。本研究中随着富里酸投加量的增加，植物根部总汞富集量增加，地上部分总汞富集量减少。表明高投加量的富里酸会抑制根部总汞向地上部分转运，低投加量下，促进效果较好。“油菜+0.075 kg/m2富里酸+叶面硒肥”小区的植物根部、地上部分总汞含量分别为0.0121，0.0383 mg/kg，与“油菜+0.075 kg/m2富里酸”小区相比，喷施叶面硒肥并未影响植株对汞的富集(p>0.05)，其他油菜+富里酸+叶面硒肥小区研究结果也相似。
单独种植油菜的小区中油菜籽总汞含量为0.0109 mg/kg；“油菜+0.075 kg/m2富里酸”小区油菜籽总汞含量为0.0181 mg/kg，在其他施加富里酸的小区，油菜籽中总汞含量均<0.0181 mg/kg。而喷施叶面硒肥的所有小区的油菜籽中，均未检出总汞。加入富里酸(尤其是低投加量(0.075 kg/m2)富里酸)不仅促进油菜植株中总汞的富集量，也增加了油菜籽中总汞的含量。而喷施叶面硒肥，却能抑制汞在油菜籽中的富集。
表1 不同处理方式下油菜根系及地上部分总汞含量
Table 1 Mercury contents in roots and above groundtissues of rape under different treatments
处理方式根系/(mg·kg-1)地上部分/(mg·kg-1)油菜0.0123±0.004120.0105±0.00565油菜+0.075 kg/m2富里酸 0.0125±0.005740.0378±0.00504∗油菜+0.15 kg/m2富里酸0.0129±0.007720.0274±0.00475∗油菜+0.225 kg/m2富里酸0.0168±0.00516∗0.0189±0.00395∗油菜+0.075 kg/m2富里酸+叶面硒肥0.0121±0.005980.0383±0.00585∗
注：*表示 p<0.05。下同。
硒与金属之间具有很强的结合力，能拮抗和减弱机体内As、Hg、Pb、Cd、Cr等重金属元素的毒性[22]。研究表明，施用硒肥对于作物中重金属的积累具有一定的拮抗作用[22]，喷施叶面硒肥，不仅能使植物可食部分Se含量增加，还能使稻米中Cd[19]，草莓果实中Cd、Pb[23]，玉米籽粒中Cd、Pb、Hg含量[22]大幅度降低。而其中的具体机理有待进一步研究。
2.3 土壤总汞、有效汞含量
图2 为投加富里酸修复后土壤总汞含量、有效汞含量。与修复前土壤总汞含量为0.45 mg/kg相比，单种油菜后，土壤总汞含量有所降低，为0.41 mg/kg，但差异不显著(p>0.05)。富里酸投加量为0.075,0.15 kg/m2的小区，土壤总汞含量分别为0.35,0.36 mg/kg，均显著低于对照；而富里酸投加量为0.225 kg/m2的小区土壤总汞含量与对照相比虽无显著性差异(p<0.05)，但仍有降低。3种富里酸投加量下，土壤总汞含量均显著低于修复前(p<0.05)。该现象表明：与单种油菜相比，投加富里酸有利于植物对土壤汞的吸收。随着富里酸投加量的增加，土壤总汞含量降低幅度减少。低投加量更有利于促进油菜对土壤总汞的吸收。“油菜+富里酸+叶面硒肥”试验小区土壤总汞含量和变化趋势与“油菜+富里酸”小区基本一致。
图2 投加富里酸修复后土壤总汞含量、有效汞含量
Fig.2 Total and bioavailable mercury contents in soil harvest of rape
单种油菜土壤有效汞含量为1.23 μg/kg，明显低于修复前(1.45 μg/kg)(p<0.05)，表明油菜本身能吸收一部分有效汞。油菜对汞具有一定的富集作用[15]，与对照相比，富里酸投加量为0.075 kg/m2的小区有效汞显著降低(p<0.05)，而其他2种投加量下，略有降低但差异不显著(p>0.05)；与修复前相比，3种投加量下，土壤有效汞含量均显著降低(p<0.05)。低投加量富里酸可有效降低土壤有效汞含量。喷施叶面硒肥的小区土壤有效汞含量与不喷施组相近。投加富里酸不仅能使土壤总汞降低，也能促进植物对土壤有效汞的吸收。喷施叶面硒肥，基本不影响油菜对土壤汞的修复。
环境中的有机配体如可溶性有机质与汞的相互作用，可影响汞的赋存形态、迁移转化和生物可利用性[24]。富里酸对铁锰氧化物结合汞，无论是植物迁移活性还是水迁移活性均表现极显著的促进效应[18]。一定投加量下，富里酸和汞可形成易溶出的络合物，有利于植物的吸收。投加富里酸对并未增加土壤中有效汞的含量，与修复前相比，反而显著降低。在本研究中，投加富里酸促进油菜修复汞污染土壤，可通过降低土壤中潜在有效汞含量进而降低土壤汞的潜在风险。而富里酸投加量过高时，富里酸与汞可形成不易被植物吸收的络合物，对土壤汞的溶出效果不佳，可形成不易被植物吸收汞化合物。有文献报道[25]，硫代硫酸盐促进植物吸收汞时，与汞络合形成的
比其他汞形态更易被植物吸收。而富里酸作为有机配体成分较复杂，与土壤根际微生物之间存在联系，具体机理有待进一步研究。
油菜作为主要农作物之一，生物量大、适应性广，投加一定量的富里酸可促进油菜对土壤汞的吸收，而喷施叶面硒肥能抑制油菜籽中汞的富集，所以“油菜+富里酸+叶面硒肥”可作为低汞污染农田土壤边生产边修复的模式，提高植株对汞吸收的同时，控制油菜籽中汞的富集。
3 结 论
1)与单种油菜的对照相比，施叶面硒肥、投加富里酸(0.075～0.225 kg/m2)对油菜植株的生物量及油菜籽的产量并没有带来显著性的影响。
2)单种油菜，植株富集汞量低，尤其地上部分汞富集量低，对土壤汞的修复效果差。投加富里酸(0.075～0.225 kg/m2)能提高油菜植株中总汞的含量，促进油菜植株根部汞向地上部分转运，促进土壤总汞及有效汞的降低，富里酸投加量为0.075 kg/m2时促进效果最好。富里酸投加量为0.075 kg/m2，修复后，土壤总汞含量由0.45 mg/kg降低到0.35 mg/kg，土壤有效汞含量由1.45 μg/kg降低到1.02 μg/kg。
3)富里酸的投加也增加了油菜籽中汞的含量。喷施叶面硒肥，并未明显影响油菜植株对汞的富集，但可以降低油菜籽中汞的含量，喷施叶面硒肥的小区，油菜籽中汞均未检出。油菜+富里酸+叶面硒肥可能作为低浓度汞污染农田土壤边生产边修复的一种潜在可用模式，既能提高植株对汞的吸收，也能抑制油菜籽中汞的富集，保障油菜可食部分的安全。
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