王宇，宋一凡，张荣，牟海萌，孙丽芳，付凯霞，武紫君，黄青青，徐应明，李鸽子,3，王永华,3✉，郭天财,3✉

1 河南农业大学农学院/国家小麦工程技术研究中心，郑州 450046；2 农业农村部环境保护科研监测所/农业农村部产地环境污染防控重点实验室，天津 300191；3 河南粮食作物协同创新中心，郑州 450046

0 引言

【研究意义】由于采矿、工业燃烧、污水灌溉和大气降尘等工农业生产活动，导致我国土壤环境重金属污染问题日益严重，且重金属污染物在土壤中具有移动性差、滞留时间长、毒性大等特点，并能通过水体、植物等介质最终影响人类健康。另据中国环境保护部和国土资源部2005—2013 年的一项调查显示，重金属和类金属污染占被污染土壤点位的82.4%，且在重金属和类金属中，镉（Cd）在土壤样品中的超标率居第一位[1]。目前，我国学者对重金属污染土壤修复的主要研究对象为南方酸性稻田[2]，筛选出了多类钝化剂如粉煤灰、石灰、金属氧化物类、海泡石等[3]，并构建了相对完善的控镉体系[4]，主要通过调节土壤pH 促进土壤中重金属生成硅酸盐、碳酸盐等沉淀，提高重金属离子稳定性，起到对土壤镉活性的钝化效果[5]。而在豫北地区多为富含硅钙而缺少铝铁的石灰性碱性土壤，大量在南方酸性镉污染土壤中取得良好钝化活性效果的材料、修复技术等在北方碱性镉污染小麦田上的效果均不明显[6]，且容易造成土壤板结、肥力下降等风险[7]，而目前，针对镉污染石灰性碱性土壤的研究较少。因此，适用于豫北轻度镉污染碱性土壤修复且持续有效的钝化剂产品的利用与缓（解）减（轻）降（低）集成栽培技术研发显得尤为重要。【前人研究进展】施用土壤钝化剂是修复镉污染土壤的重要措施之一，石灰、海泡石、磷酸盐类等常用土壤钝化剂一直是国内外学者的研究热点，近年来探索新型有效土壤钝化剂（硅肥、生物碳、聚谷氨酸等）已成为研究趋势[8]。聚谷氨酸是由微生物合成的一种细胞外高分子氨基酸聚合物[9]，其絮凝活性良好、亲和度较高，安全无污染，可作为重金属的吸附材料[10]；YANG 等[11]通过室内对比试验，发现3 种形式的γ-聚谷氨酸作为土壤洗涤剂，可改变土壤重金属形态，降低了土壤有效态镉，降低效率最高可达74%。由此表明，聚谷氨酸可作为降低土壤镉污染的钝化剂。陈亮妹等[12]研究发现复合微生物肥对碱性农田重金属污染具有一定的钝化修复效果，其研究结果表明，施用微生物肥可使镉重度污染农田的各小麦品种籽粒镉含量降低1.7%到57.8%，平均降幅为29.9%；陈友民等[13]发现，当土壤中施用复合微生物肥超过1 125 kg·hm-2可有效降低土壤有效态镉含量，减少了镉向稻谷的迁移，降低了稻谷镉含量；冯光辉等[8]研究也表明，施用复合微生物肥可降低土壤有效镉含量0.009 mg·kg-1，降低稻米镉含量0.088 mg·kg-1。说明复合微生物肥可应用于弱碱性镉污染土壤的修复，且具有降低籽粒镉含量的效果。季书勤等[14]对豫北镉污染农田16 个河南省主栽小麦品种研究发现，重金属镉的吸收率在小麦品种间存在显著差异。明毅等[15]通过大田试验对139 个小麦品种镉积累特性进行聚类分析，筛选出了16 个低镉积累品种，其中有4 个品种材料同时具有低镉积累和高产特性。另有研究表明，用于修复重金属污染酸性土壤的钝化剂主要以简单提高土壤pH值为主，使土壤中重金属的形态分布从活跃态向稳固态转移，进而导致土壤重金属的有效性减小[16]。但弱碱性土壤的理化性状不同于酸性土壤[17]，不需要再进一步提高土壤的pH 值，而是要选择适于弱碱性土壤的钝化材料，且钝化机理有别于酸性土壤[18]。【本研究切入点】基于现有小麦品种镉吸收、积累与分配差异涵盖多个麦区，而适宜豫北碱性轻度镉污染农田的冬小麦低镉积累品种及配套轻度镉污染麦田缓减降集成栽培技术鲜有报道。本试验选用两类土壤钝化材料，研究其单施和联合等量配施对土壤镉有效态和小麦地上部器官镉的富集与转运，以及产量及其构成因素的影响。【拟解决的关键问题】选择豫北碱性轻度镉污染农田，研究土壤钝化材料与品种的交互处理对土壤有效态镉、冬小麦地上部各器官镉含量、富集系数、转运系数及其相关性、冬小麦产量及其构成因素的影响，旨在探寻豫北弱碱性镉轻度污染麦田安全生产的合适土壤钝化材料和适宜冬小麦品种，为该区冬小麦适应性栽培提供生产技术支撑和参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

本试验位于河南省新乡市新乡县某镉污染田。该区域属暖温带大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。年平均气温14.1 ℃，平均无霜期220 d，年均降水达573.40 mm。该试验点土壤总镉含量为0.613 mg·kg-1，根据土壤环境质量标准GB 15618—2018 判定为轻度污染土壤。土壤类型为石灰性潮土，前茬作物为大豆。2020 和2021 年冬小麦播种前土壤的基础养分如表1 所示。

表1 播前土壤基础养分Table 1 Soil properties before sowing

1.2 供试材料

供试土壤钝化剂为金不染钝化剂（由河南远东生物工程有限公司提供，主要有效成分为聚谷氨酸≥10 g·L-1、有机质≥80 g·L-1）和复合微生物肥（由焦作市田美生物工程有限公司提供，主要有效成分为有机质≥20.0%，有效活菌数≥0.2×108个/g、有效菌种为枯草芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌，N-P2O5-K2O≥10.0%）；供试小麦品种分别为鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023、鑫麦296、郑麦136、郑麦7698。

1.3 试验设计

于2020—2022 年连续两年冬小麦生长季设置田间大区对比试验，试验采取裂区设计，主区为CK（不进行土壤修复处理）、CMF（复合微生物肥单施处理）、GP（土壤钝化剂单施处理）和CMF+GP（复合微生物肥与土壤钝化剂等量配施处理），副区为品种处理，6 个品种随机分布在各个主区，每个小区长20 m、宽8 m，重复3 次，共计72 个处理。每个冬小麦生长季在播前均施基肥和土壤钝化材料，复合微生物肥用量为2 700 kg·hm-2，采用人工均匀撒施；土壤钝化剂用量为375 kg·hm-2并加水稀释3 倍，采用大型喷雾车拉管喷施；小麦播量为187.5 kg·hm-2、行距18.5 cm。2020—2021 年度于2020 年10 月20 日播种，2021 年6 月1 日收获；2021—2022 年度于2021 年10 月23日播种，2022 年6 月3 日收获。两年度播前均基施磷酸二铵（N∶P2O5∶K2O=16∶45∶0）487.5 kg·hm-2和尿素262.5 kg·hm-2，并于拔节期追施尿素150 kg·hm-2。为防止本试验期间小麦生育时期内灌溉时不同处理小区水源污染，特采取截断原有河水灌溉污染源的井灌方式进行。病虫草害防治和其他田间管理按照当地一般高产田进行。

1.4 样品采集与处理方法

1.4.1 土壤样品 于成熟期在各处理区中使用五点取样法采集0—20 cm 耕作层土壤样品，混匀后自然风干并去除土中杂物，研磨，再过20 目、100 目筛后，分别用自封袋密封储存，作为待测土样。

1.4.2 植株样品 于成熟期采用五点取样法从各处理种植小区随机选取具有代表性的小麦植株20 株，将其按叶片、茎鞘、穗轴+颖壳、籽粒四部分器官分样，于80 ℃烘干至恒重，再将所分样品进行研磨和过100目筛后，置于自封袋密封保存，作为待测植株样。

1.5 测定项目与测定方法

土壤镉全量选用HNO3-HF 体系消解，采用电感耦合等离子体质谱仪（iCAP Q，美国赛默飞世尔仪器公司）测定[19]；土壤有效态镉采用DTPA 浸提液（0.005 mol·L-1DTPA+0.01 mol·L-1CaCl2+0.1 mol·L-1TEA）提取后采用电感耦合等离子体质谱仪（iCAP Q，美国赛默飞世尔仪器公司）测定[20]；小麦各部位植株样品镉含量测定采用HNO3-HClO4湿法消解定容后用电感耦合等离子体质谱仪（iCAP Q，美国赛默飞世尔仪器公司）测定[21]；产量及其构成因素测定，于小麦成熟期选取各处理种植小区的1 m 双行固定样方进行穗数调查，并随机选取30 穗进行穗粒数调查；每处理小区随机收割4 m2脱粒计产，晒干后测定千粒重和籽粒含水率，各处理重复3 次，并按13%的小麦安全入库标准含水率折算实际产量[22]。

1.6 数据处理与分析

富集系数（BCF）=地上部某器官中镉含量/土壤中镉全量[23]；

转运系数（TFA—B）= B 器官中镉含量/ A 器官中镉含量[24]；

小麦镉的富集系数划分为BCF茎鞘、BCF叶、BCF穗轴+颖壳、BCF籽粒。

采用Excel 2019 处理试验数据和图表绘制，通过SPSS 21.0 软件对试验数据进行相关性分析（Pearson相关）和差异显著性检验（Duncan 法）。

2 结果

2.1 不同处理对土壤有效态镉含量的影响

由图1 可知，土壤钝化剂与复合微生物肥的单施和等量配施均能有效降低0—20 cm 耕层土壤有效态镉含量，且两年度各处理对土壤镉的钝化效果均表现为CMF+GP＞GP＞CMF＞CK 处理，但各处理对土壤有效态镉含量的影响效果在品种间存在差异。从各处理的影响效应看，两年度以土壤钝化剂与复合微生物肥等量配施处理（CMF+GP）的钝化效果最为显著，与CK 相比，其土壤有效态镉含量降幅最大，分别较单施GP、CMF 处理平均降幅增大6.9%和12.5%。从不同小麦品种的响应看，土壤钝化剂与复合微生物肥的单施和等量配施均可降低6 个供试小麦品种土壤有效态镉含量，也以CMF+GP 处理的钝化效果最显著，分别使播种鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023、鑫麦296、郑麦136、郑麦7698 的耕层土壤平均有效态镉含量降低21.6%、19.5%、17.6%、19.0%、19.3%、22.4%；但土壤钝化剂与复合微生物肥的单施和等量配施对不同小麦品种的响应在两年间有所差异，即2020—2021 年度GP 处理仅对漯麦163 和郑麦7698的土壤有效态镉含量显著降低14.4%和17.1%，而对其余4 个品种的降低效果未达显著水平，且6 个小麦品种间土壤有效态镉含量高低依次为鑫麦296≈郑麦136＞郑麦9023＞郑麦7698＞漯麦163＞鑫华麦818。而2021—2022 年度GP 则使鑫华麦818、郑麦136、郑麦7698 等3 个小麦品种的土壤镉有效态含量均显著降低，CMF 处理仅使鑫华麦818 的土壤镉有效态含量显著降低。

图1 施用钝化剂和复合微生物肥对土壤有效态镉含量的影响Fig.1 Effects of adding soil amendment and compound microbial fertilizer on the available Cd content in soil

2.2 不同处理对成熟期冬小麦地上部各器官镉含量的影响

由于对2020—2021 年度试验季的小麦籽粒镉含量检测后发现土壤钝化剂与复合微生物肥单施和等量配施对小麦籽粒镉含量具有显著影响，因此在2021—2022 年度增测了小麦地上部营养器官镉含量指标，以探究土壤钝化剂与复合微生物肥单施和等量配施对小麦地上部器官镉的吸收和转运差异。由表2 可知，土壤钝化剂与复合微生物肥的单施和等量配施除了在2020—2021 年生长季对鑫麦296 籽粒镉含量无显著影响效果外，连续两年均对其余小麦籽粒镉含量具有降低效果，且两年度各处理对小麦籽粒镉的降低效果均表现为CMF+GP＞GP＞CMF＞CK。各处理对小麦籽粒镉含量的影响效果在品种间存在差异，但各处理的小麦籽粒镉含量均未超过国家标准的限量（《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762—2022）（谷物镉限值0.1 mg·kg-1））。从各处理的影响效应看，与CK 相比，CMF、GP、CMF+GP 处理在两年度平均分别使小麦籽粒镉含量降低了 7.8%、17.1%、23.3%。从不同小麦品种的响应看，两年度的结果存在差异。在2020—2021 年生长季，GP 和CMF+GP处理均可显著降低鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023、郑麦136、郑麦7698 等5 个小麦品种籽粒镉含量，而CMF 处理仅可使鑫华麦818、漯麦163、郑麦7698等3 个小麦品种籽粒镉含量显著降低；在2021—2022年生长季，GP 和CMF+GP 处理均显著降低了6 个小麦品种籽粒含量，而CMF 处理仅可使鑫华麦818、漯麦163 两个小麦品种籽粒镉含量显著降低；连续两个生长季均为CMF+GP 处理对小麦籽粒镉含量的降低效果最好，可分别使鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023、鑫麦296、郑麦136、郑麦7698 的籽粒镉平均含量降低了29.0%、26.7%、20.6%、8.3%、33.6%、21.9%。

表2 施用钝化剂与复合微生物肥对不同品种冬小麦成熟期地上部器官镉含量的影响Table 2 Effects of adding soil amendment and compound microbial fertilizer on Cd content in aboveground vegetative organs of different winter wheat varieties during maturity (mg·kg-1)

由表2 还可以看出，土壤钝化剂与复合微生物肥单施和等量配施处理对小麦成熟期各营养器官亦具有明显影响效果。同一品种不同处理对营养器官镉含量的影响在不同部位器官间存在差异，4 个钝化处理中叶片镉含量值均以CMF+GP 处理的降低效果最大，其数值最小；与CK 相比，CMF+GP 处理下供试小麦品种叶片镉含量平均降幅较单施CMF 和GP 处理分别提高6.5%和12.9%；但不同钝化处理间茎鞘、穗轴+颖壳的镉含量变化表现不一，土壤钝化剂与复合微生物肥的单施和等量配施能够显著降低鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023 茎鞘镉含量，与CK 相比，CMF、GP、CMF+GP 处理的3 小麦品种的茎鞘镉含量平均值降幅分别为 6.6%、9.2%、10.9%，而CMF、CMF+GP 处理则使郑麦136、郑麦7698 的茎鞘镉含量显著提高，平均值增幅分别为11.6%和23.5%；6 个供试品种穗轴+颖壳镉含量均以CMF+GP 处理最高，但不同钝化处理间的穗轴+颖壳镉含量存在品种间的变化差异，其中漯麦163、郑麦136、郑麦7698 等3 个品种均表现为CK＜CMF＜GP＜CMF+GP 处理，与CK 相比，CMF、GP、CMF+GP 处理下3 个品种穗轴+颖壳的平均镉含量增幅分别为8.8%、15.1%、26.5%，而鑫华麦818、郑麦9023、鑫麦296 等3 个品种则表现为CK＜GP＜CMF＜CMF+GP 处理，GP、CMF、CMF+GP 处理下3 个品种穗轴+颖壳的平均镉含量较CK 增幅分别为9.5%、14.2%、34.6%。

2.3 土壤有效态镉含量与成熟期冬小麦地上部各器官镉含量相关性

由表3 可知，土壤有效态镉含量与冬小麦地上部不同器官镉含量之间存在不同程度的相关性，且品种间和器官间存在明显差异。土壤有效态镉含量与鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023 等3 个品种的茎鞘镉含量之间存在显著正相关，且漯麦163、郑麦9023 的相关性达极显著水平（P＜0.01），土壤有效态镉含量与鑫麦296、郑麦136、郑麦7698 茎鞘镉含量之间呈负相关，且仅与郑麦136 的相关性达极显著水平；土壤有效态镉含量与鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023、郑麦136、郑麦7698 品种叶片镉含量呈极显著正相关；土壤有效态镉含量与6 个供试品种的穗轴+颖壳镉含量均呈负相关，其中与鑫华麦818、漯麦163、郑麦136、郑麦7698 相关性达极显著水平（P＜0.01），与郑麦9023 的相关性达显著水平（P＜0.05）；两年度籽粒镉含量与土壤有效态镉含量间的相关性均达显著极显著正相关，且2021—2022 年度土壤有效态镉含量与鑫麦296、郑麦7698 两品种籽粒镉含量的相关性较2020—2021年度相关性（r值）有显著提高，土壤有效态镉含量与鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023、郑麦136 等4个品种的相关性连续两年均表现为极显著正相关（P＜0.01）。由此表明，降低土壤有效态镉含量，阻控小麦籽粒中镉积累，可作为修复镉污染农田、实现小麦安全生产的主攻目标。

表3 土壤有效态镉含量与成熟期冬小麦地上部各器官镉含量相关性Table 3 Correlation between Cd availability in soil and Cd content in aboveground organs of winter wheat at maturity

2.4 不同处理对冬小麦镉转运系数与富集系数的影响

2.4.1 镉转运系数 由表4 可知，土壤钝化剂与复合微生物肥单施和等量配施处理对冬小麦地上部各器官镉转运系数的影响存在差异，且于同一处理下不同品种间各部位器官镉转运系数也有所不同。与CK 相比，仅有CMF+GP 处理显著降低了鑫华麦818、郑麦136和郑麦7698 等3 个品种的TF茎鞘—叶。另外，由表4 还可以看出，土壤钝化剂与复合微生物肥单施和等量配施处理能显著提高鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023、鑫麦296 和郑麦7698 品种的TF茎鞘—（穗轴+颖壳），其转运系数值大小依次表现为CMF+GP＞GP＞CMF＞CK；GP 和CMF+GP 亦能显著降低鑫华麦818、漯麦163、郑麦136、郑麦7698 等4 个小麦品种的TF茎鞘—籽粒，但CMF 处理仅能显著降低郑麦136、郑麦7698 两个品种的TF茎鞘—籽粒；而CMF+GP 处理可使6 个供试小麦品种的TF叶—颖壳显著提高，GP 可显著提高除郑麦9023、鑫麦296 外的4 个品种，而CMF 仅可提高鑫华麦818、鑫麦296、郑麦136 品种的TF叶—颖壳。

表4 2021—2022 年生长季施用土壤钝化剂与复合微生物肥对冬小麦各器官镉转运系数的影响Table 4 Effects of adding soil amendment and compound microbial fertilizer on Cd transport coefficients of winter wheat organs in 2021-2022 growth season

2.4.2 镉富集系数 富集系数是用来表征植株各器官对土壤中重金属吸收能力的重要指标。由表5 可知，土壤钝化剂与复合微生物肥单施和等量配施处理对冬小麦地上部各器官镉富集系数影响效果不同，且相同处理下不同品种间各器官镉富集系数也存在差异。两年度土壤钝化剂与复合微生物肥单施和等量配施处理各供试小麦品种籽粒镉富集系数大小依次表现为CMF+ GP＜GP＜CMF＜CK 处理，与CK 相比，CMF+GP、GP 和CMF 处理的富集系数BCF 值分别减小23.0%、16.1%和9.2%。从2021—2022 年试验季各营养器官BCF 值来看，与CK 相比，土壤钝化剂与复合微生物肥单施和等量配施处理均能降低鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023 的BCF茎鞘，仅CMF处理对鑫华麦818 无显著降低效果外，其余处理的降低效果均具有显著性，降低效果为CMF+GP＞GP＞CMF，但土壤钝化剂与复合微生物肥单施和等量配施处理对鑫麦296 无影响效果，而GP、CMF 和CMF+GP 处理对郑麦136、郑麦7698 的BCF茎鞘具有显著提高作用，GP、CMF 和CMF+GP 处理下两品种的平均BCF茎鞘较CK 分别增大7.6%、15.2%和25.8%；CMF、GP、CMF+GP 处理还可降低6 个品种BCF叶值，其大小顺序依次表现为CMF+GP＜GP＜CMF＜CK 处理，与CK 处理相比，CMF、GP、CMF+GP处理下6 个供试品种的平均BCF叶值分别减少6.5%、12.3%、19.1%；CMF、GP、CMF+GP 处理下鑫华麦818、漯麦163、郑麦136、郑麦7698 品种的平均BCF叶值显著减小7.6%、16.1%、23.8%；从各处理对各供试品种BCF穗轴+颖壳的影响效果来看，与CK 相比，CMF+GP 处理可显著提高6 个供试品种BCF穗轴+颖壳，其数值增大了31.1%；CMF 处理可显著提高除郑麦7698 以外其余5 个品种的BCF穗轴+颖壳，其数值增大了13.3%；而GP 处理仅可显著提高漯麦163、鑫麦296、郑麦136 品种的BCF穗轴+颖壳，其数值增大了20.4%。

表5 不同冬小麦品种在土壤钝化剂与复合微生物肥处理下各器官的镉富集系数Table 5 Cd enrichment coefficients of different winter wheat organs treated with adding soil amendment and compound microbial fertilizer

2.5 不同处理对冬小麦产量及其构成因素的影响

由表6 可以看出，土壤钝化剂与复合微生物肥单施和等量配施处理对冬小麦产量及其构成因素具有显著影响，且处理间、品种间存在差异。从各处理的影响效应看，CMF 和CMF+GP 处理均能提高单位面积成穗数，与CK 处理相比，两年度单位面积平均成穗数分别提高4.1%、8.2%，而GP 处理则促使单位面积成穗数降低，其降幅为 1.1%；CMF、GP、CMF+GP 处理均能提高穗粒数、千粒重和产量，两年度冬小麦穗粒数和产量的提高效果均为CMF+GP处理最好，其平均增幅分别为10.6%、12.4%，CMF对千粒重的提升效果最为明显，两年度平均增幅为3.1%。从不同小麦品种的响应看，CMF+GP 处理能显著提高鑫华麦818、漯麦163 单位面积成穗数，两年度平均分别提高15.3%、9.2%，CMF 处理可提高鑫华麦818、漯麦163、鑫麦296、郑麦136、郑麦7698 等5 个供试品种的单位面积成穗数，而GP处理则导致两年度鑫华麦818、郑麦9023 单位面积平均成穗数分别降低 2.1%、8.8%。CMF、GP、CMF+GP 处理均能提高6 个供试品种的穗粒数，且以CMF+GP 处理的效果最好，两年度平均穗粒数大小依次为CMF+GP＞GP＞CMF＞CK 处理，3 个处理 6 个供试小麦品种的平均穗粒数增幅分别为2.5%、7.4%、10.6%；CMF+GP 处理对小麦千粒重的影响并不显著，仅在2020—2021 年显著提高了郑麦136 千粒重，而CMF 处理可提高6 个供试品种千粒重，且对鑫麦296、郑麦136 的效果最为明显，其两年度平均千粒重增幅分别为6.8%、7.3%，GP处理可显著提高鑫华麦818 千粒重，成为两年中6个品种和所有处理中最高值，其两年度均值为56.82 g；CMF、GP、CMF+GP 处理均能显著提高6 个品种产量，且以CMF+GP 处理的效果最好，与CK 相比，CMF、GP、CMF+GP 处理下6 个供试小麦品种的平均产量增幅分别达6.1%、5.6%、12.4%，可促使鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023、鑫麦296、郑麦136、郑麦7698 等6 个供试品种产量分别提高16.9%、9.1%、9.7%、7.9%、23.4%、7.9%。另外，从表6 还可以看出，相比2020—2021，2021—2022年度相同品种的同一处理产量均有大幅增长，这可能与豫北地区2022 年3—5 月气温总体偏高、无极端高低温、适宜灌浆温度持续时间长、平均降水量较2021 年同期增多有关。方差分析结果表明，6个供试品种间穗数、穗粒数、千粒重和产量差异显著，土壤钝化剂和复合微生物肥对穗数、穗粒数、千粒重和产量的影响达到极显著水平。由此可见，品种和土壤修复材料均能显著调控产量及其构成因素。品种与土壤修复材料的交互作用对穗粒数、千粒重影响不显著，但显著影响了穗数，进而显著调控了产量。

表6 施用钝化剂与复合微生物肥对不同冬小麦品种产量及其构成因素的影响Table 6 Effects of adding soil amendment and compound microbial fertilizer on yield and its components of different winter wheat varieties

3 讨论

3.1 施用钝化剂与复合微生物肥对土壤有效态镉的调控效应及小麦地上部器官镉含量的影响

有效态镉含量是评价土壤中重金属生物有效性的重要指标之一[25]。土壤中镉以有效态的形式随着土壤溶液迁移到作物根系附近，被根系吸收之后并在根压和蒸腾拉力的作用下向地上部迁移转运，因此土壤中重金属有效态含量决定了植物受重金属的毒害程度[26]。崔红标等[27]研究表明，添加土壤改良剂能够有效降低土壤交换性酸和交换性铝的含量，从而改变土壤中镉形态分布，降低土壤镉有效态。黎大荣等[28]通过室内盆栽试验研究发现，向土壤中添加钝化剂蚕沙，蚕沙中有效成分包含了80%有机质，有机质中具有大量的极性基团，如羧基、羟基、羰基、氨基等，能与重金属结合形成稳定不溶性金属有机复合物，从而使土壤中重金属的有效态组分降低。本试验通过连续两个冬小麦生长季土壤镉有效态研究发现，土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施均能有效降低土壤有效态镉含量，降低效果总体上表现为CMF+GP＞GP＞CMF，对土壤有效态镉含量的降低效果以CMF+GP 最显著，两年度促使耕作层土壤有效态镉平均含量显著下降17.8%—22.4%，降幅平均值为20.1%；而土壤钝化剂单施（GP）和复合微生物单施（CMF）的处理效果较差，仅能显著降低部分冬小麦品种种植区耕层土壤有效态镉含量，其中GP 处理可使耕层土壤有效态镉平均含量下降10.8%—16.3%，平均降幅为13.0%；CMF 处理可使耕层土壤有效态镉平均含量下降6.2%— 8.9%，平均降幅为7.5%。本研究还发现，土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施对土壤有效态镉含量的降低效果存在品种间差异，这与种植小麦品种的镉吸收积累特性有关，土壤有效态镉含量与不同小麦品种地上部各器官镉的吸收积累具有相关性，结果表明，土壤有效态镉含量与不同小麦品种、各部位器官镉含量间的相关性存在差异变化，与鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023 各器官镉含量呈正相关，而与鑫麦296、郑麦136、郑麦7698 呈负相关，与6 个供试品种的叶片、籽粒中镉含量呈正相关，而与穗轴+颖壳的镉含量则呈负相关。

3.2 施用钝化剂与复合微生物肥对冬小麦镉转运系数与富集系数的影响

已有研究表明，镉胁迫下同一小麦品种不同器官间对镉的富集、转运能力存在差异，不同品种的相同器官之间的富集、转运能力也不尽相同[29]，冬小麦对土壤镉的吸收富集能力和器官之间对镉由下向上的内部转运能力是影响小麦籽粒安全生产的重要指标[30]。土壤钝化剂中含有的元素可与土壤镉之间存在拮抗作用，能够进一步降低植物对镉的吸收，以调控植物体内镉的迁移和转运[31]。张静静等[32]通过向豫北弱碱性镉重度污染农田（镉全量4.3 mg·kg-1）添加土壤改良剂发现，褐煤2%和鸡粪2%可显著降低冬小麦茎叶镉含量32.7%、22.7%，褐煤1%可降低小麦籽粒镉含量56.5%；HUANG 等[33]通过土壤中添加0.1%和0.2%MnSO4发现，土施MnSO4能够增强冬小麦的抗氧化系统，改变根系中镉的化学形态分布和亚细胞分布，下调了小麦根系中转运基因TaNramp5、TaHMA2和TaLCT1的表达，介导了小麦根系镉浓度的降低，并通过上调TaHMA3的表达增加了镉向液泡的固存，进而降低小麦根、茎、叶和籽粒中镉含量。本研究的结果表明，土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施能够有效降低冬小麦籽粒镉含量，以土壤钝化剂和复合微生物肥等量配施处理（CMF+GP）的降低效果最显著，平均降低了24.0%，复合微生物肥单施处理（CMF）的降低效果最小，仅降低了8.2%，但不同小麦品种阻控籽粒镉积累的方式有所差异。本试验中同一品种不同修复处理的BCF叶、BCF籽粒和TF茎鞘—籽粒值最高相差了0.44、0.05 和0.18，而同一处理的不同品种的BCF叶、BCF籽粒和TF茎鞘—籽粒值最高相差了0.56、0.1 和0.26，说明不同小麦品种BCF叶、BCF籽粒和TF秸秆—籽粒的差异主要由遗传因素决定。井永苹等[34]通过对20 个小麦籽粒镉积累差异品种研究发现，不同品种间BCF籽粒范围为0.038—0.355，TF秸秆—籽粒最大值是最小值的2.15 倍，这与本试验研究结果基本一致。牟力[35]发现，生石灰、有机肥和钝化剂的单施和配施对3 个水稻品种的TF秸秆—稻壳的影响效果不同，对于中浙优1 号，生石灰、有机肥、生石灰+钝化剂1、生石灰+钝化剂2、生石灰+钝化剂4 具有提升作用，而生石灰+有机肥、生石灰+钝化剂3 可使TF秸秆—稻壳降低；对于宜香优2115，除生石灰+钝化剂4 外，其余处理均具有提高作用；对于渝香203，生石灰、有机肥、生石灰+有机肥、生石灰+钝化剂3 可提高TF秸秆—稻壳，其余处理具有降低作用。本试验中，复合微生物肥与钝化剂的单施和等量配施对不同冬小麦品种的BCF茎鞘、TF茎鞘—（穗轴+颖壳）也具有不同的影响效果，对于BCF茎鞘，CMF、GP、CMF+GP 处理使鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023 降低，使郑麦136提高，仅CMF、CMF+GP 处理使郑麦7698 提高；对于TF茎鞘—（穗轴+颖壳），CMF、GP、CMF+GP 处理使鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023 提高，CMF、CMF+GP 处理降低郑麦136 的TF茎鞘—叶，GP、CMF+GP 处理使郑麦7698 提高。对于鑫华麦818，土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施主要通过降低TF茎鞘—叶、TF茎鞘—籽粒，增大TF茎鞘—（穗轴+颖壳）、TF叶—（穗轴+颖壳），使BCF茎鞘、BCF叶降低，促使小麦体内镉含量向穗轴+颖壳转移，以达到减小BCF籽粒，降低其籽粒镉含量；土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施对漯麦163 和郑麦9023 籽粒镉的阻控机理基本与鑫华麦818 一致；对于鑫麦296，与其他品种不同的是土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施并未有效降低其TF茎鞘—叶，导致了鑫麦296的BCF茎鞘也未发生改变，仅土壤钝化剂和复合微生物肥等量配施处理（CMF+GP）的BCF籽粒显著降低；对于郑麦136，土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施并未增大TF茎鞘—（穗轴+颖壳），相反却增大了BCF茎鞘，从而降低BCF籽粒，达到对籽粒镉的阻控效果，由此说明，土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施处理可使郑麦136 器官内镉固定在其茎鞘器官，减少体内镉的进一步转移；对于郑麦7698，土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施对其各个地上部器官间的转运系数影响基本与鑫华麦818、漯麦163 和郑麦9023 一致，但其BCF茎鞘出现了增大趋势，这可能与地下部器官的转运能力有关，由于本试验未检测地下部器官镉含量，其调控机制有待深入研究。

另有研究发现，在低镉污染土壤中供试小麦品种各部位富集镉能力为：叶＞茎≈根＞籽粒，小麦各器官之间存在密切的转运关系，且根向茎和茎向叶转运的程度高于茎向籽粒和叶向籽粒的转运程度[15]。本文研究结果与其基本一致，认为施用土壤钝化剂与复合微生物肥对冬小麦镉的转运与富集影响是通过调控各器官间富集和转运系数，但对不同品种的BCF茎鞘和TF茎鞘—（穗轴+颖壳）的影响效果不同，而最终均能减少冬小麦籽粒对土壤中镉的积累，并发现在轻度镉污染弱碱性农田中，冬小麦地上部各器官镉的富集能力为：叶＞茎≈穗轴+颖壳＞籽粒，茎鞘向叶转运的程度远高于茎鞘向穗轴+颖壳、茎鞘向籽粒、叶向穗轴+颖壳、叶向籽粒的转运程度，且叶的富集能力高于茎鞘、穗轴+颖壳、籽粒。

3.3 施用钝化剂与复合微生物肥对冬小麦产量及其构成因素的调控效应

穗数、穗粒数和千粒重对镉胁迫条件下的冬小麦产量具有直接影响作用[36]。张运红等[37]通过盆栽添加土壤改良剂试验发现，不同土壤改良剂提高小麦产量的方式并不相同，生物炭主要通过提高粒重达到增产效果，增施腐殖酸有机肥和海藻复合物则通过提高穗粒数实现增产。本研究结果表明，土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施能够影响冬小麦产量及其构成因素，CMF 和CMF+GP 处理可使小麦平均成穗数分别提高4.1%和8.2%，而GP 处理导致成穗数降低1.1%；CMF、GP 及CMF+GP 处理均能提高穗粒数、千粒重和产量，且对小麦穗粒数和产量的提升效果均以CMF+GP 处理最显著，两年度平均增幅分别达10.6%和12.4%，CMF 对千粒重的提升效果最为明显，两年度平均增幅为3.1%。相同处理下不同冬小麦品种间的产量及其构成因素存在差异，但CMF+GP 处理两年度郑麦136 的产量最高，分别为7 301.17 和10 485.32 kg·hm-2。本文对产量及其构成因素方差分析结果表明，土壤修复材料和品种的选用对冬小麦产量及其构成因素具有显著的调控效应，且品种、土壤钝化剂（GP）与复合微生物肥（CMF）的单施与等量配施处理的调控效应均达显著或极显著水平，但土壤修复材料和品种结合对产量的调控主要是通过调控穗数达到增产目的。另有研究通过在油菜中添加不同类型的土壤改良剂发现[38]，不同土壤改良剂能够降低微量金属污染（TM）的生物有效性，增产效果为石灰+动物粪便堆肥＞石膏+灰煤灰＞石灰＞石膏＞灰煤灰＞石灰+石膏，并不是所有土壤改良剂配施效果均优于单施，这可能与不同土壤钝化材料间存在化学反应的互作关系，其调控的互作机理机制有待进一步深入探究。

4 结论

土壤钝化剂（GP）与复合微生物肥（CMF）单施和等量配施（CMF+GP）能够降低土壤有效态镉含量，调控镉在不同品种冬小麦器官间富集和转运系数，最终有效降低籽粒镉含量，其调控效果表现为CMF+GP＞GP＞CMF 处理。土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施能够影响冬小麦产量及其构成因素，CMF、GP、CMF+GP 处理均能提高穗粒数、千粒重和产量，且对小麦穗粒数和产量的提升效果均以CMF+GP 处理最显著，CMF 对千粒重的提升效果最为明显，而土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施与品种的交互效应主要是通过调控穗数实现增产，两年度试验均以CMF+GP处理的郑麦136的产量最高，分别为7 301.17和10 485.32 kg·hm-2，郑麦136 籽粒镉含量分别为0.033 和0.035 mg·kg-1，远低于国家安全限制标准（GB 2762—2022，谷物≤0.1 mg·kg-1）。因此，在本试验条件下，采用复合微生物肥与土壤钝化剂等量配施并搭配低镉吸收积累高产小麦品种郑麦136，可实现豫北弱碱性镉轻度污染农田冬小麦的高产栽培与安全生产。