镉(cadmium，Cd) 是一种积累性的剧毒重金属元素，具有很强的致畸、致癌、致突变性作用，可通过食物链方式进入生物体而危害人和动物的健康.对中国26个城市土壤样品的重金属含量分析发现，各金属平均含量均超过了土壤环境背景值，其中以镉污染最为严重，是背景值的91.4倍^[1].由于中国人多地少，难于大规模地进行土地休耕而用于污染修复，因此，选择经济高效的治理和修复方法是解决问题的关键.原位钝化修复不仅经济高效，且对环境污染小，符合我国农业可持续发展的需要，受到了土壤、环境学家的广泛关注^[2].

天然沸石具有孔道结构，具备良好的过滤功能和离子交换性能，对重金属Pb、Hg、Cd、Cr和Ni等有很强的吸附能力.国内外大量研究已证实，添加沸石可降低土壤重金属镉的活性，从而降低镉的生物有效性^[3].许多研究也发现，沸石在重金属镉污染土壤修复中有良好的修复效果^[4~8].但由于传统普通沸石结构性质存在孔道易堵塞等缺陷，影响了沸石的离子交换能力和表面吸附能力，使沸石在土壤镉污染修复中表现出一定的局限性^{[9, 10]}.为进一步提高沸石的吸附能力和离子交换能力，一些研究者对沸石进行改性或改型处理^[11].纳米沸石特殊的结构使其具有更大的比表面积和离子交换能力，孔道更短而规则，不会出现普通沸石孔道内易被水分子和其它离子半径大小不同的Na⁺、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等离子占据，造成沸石孔道堵塞，使孔道不畅通等缺点，在重金属修复方面具有普通沸石无法匹敌的优越性^[12].马玮艺等^[13]研究结果也发现纳米沸石对镉的固定效果最好.

我国沸石资源丰富，保有储量达27.8亿t，资源总量大于100亿t，居世界前三位，沸石在重金属修复方面有着广泛的应用前景.选取沸石作为修复材料具有很大的实用价值.值得进一步思考的是，普通沸石对重金属离子的吸附固定能力存在一定的局限性，当重金属污染水平过高时，沸石的修复能力则降低甚至反而增强重金属的生物有效性.而纳米沸石与普通沸石相比，颗粒更细小而均匀，具有更大的比表面积和阳离子交换量，理论上其对重金属具有更大的吸附能力和吸附容量，在土壤重金属污染修复方面应更具优势，而目前将纳米沸石用于土壤重金属修复的研究鲜见报道.因此，通过盆栽试验研究在不同镉污染水平(1 mg·kg^-1和5 mg·kg^-1 Cd) 土壤上，纳米沸石和普通沸石不同施用量(0、5、10和20 g·kg^-1) 对大白菜生长、抗氧化酶活性及镉形态及含量的影响，探讨纳米沸石和普通沸石对土壤镉的修复机制，以期为土壤镉污染修复技术提供理论依据.

大白菜(Brassica peckinensisL.) 品种为山东四号、新晋菜三号.供试土壤采自重庆市九龙坡含谷蔬菜基地，为酸性紫色土.土壤基本理化性质参考文献[14].

纳米沸石和普通沸石均采自河北省灵寿县某一矿厂.纳米沸石(NZ) 和普通沸石(OZ) 的粒径分别为60~70 nm和100目.纳米沸石和普通沸石pH、阳离子交换量、比表面积、全镉含量参考文献[14].

本试验于2014年9月15日~12月1日在西南大学资源环境学院玻璃温室内进行.分别称取2.5 kg风干土分装于17 cm×20 cm的暗色塑料桶中.向土壤中分别添加不同浓度的Cd (1 mg·kg^-1和5 mg·kg^-1，CdCl₂·2.5H₂O的形式加入)，同时加入底肥(N 180 mg·kg^-1、P₂O₅ 100 mg·kg^-1、K₂O 150 mg·kg^-1，以尿素、磷酸二氢铵和氯化钾的形式加入)，充分拌匀后，于温室中平衡3周.然后分别拌入纳米沸石(NZ) 和普通沸石(OZ)，添加量为0、5、10和20 g·kg^-1.所有试验处理为: Cd₀+Z₀ (自然对照)，Cd₁+Z₀ (加镉对照)，Cd₁+OZ₅，Cd₁+OZ₁₀，Cd₁+OZ₂₀，Cd₁+NZ₅，Cd₁+NZ₁₀，Cd₁+NZ₂₀，Cd₅+Z₀ (加镉对照)，Cd₅+OZ₅，Cd₅+OZ₁₀，Cd₅+OZ₂₀，Cd₅+NZ₅，Cd₅+NZ₁₀，Cd₅+NZ₂₀.加沸石5 d后，每盆土分别移栽6株长势均匀的大白菜幼苗，每隔2 d用重量法测定土壤含水量，并加水使土壤含水量保持田间持水量的70%.每个处理3个重复，随机排列.幼苗移栽30 d后3株大白菜去测定分析抗氧化酶活性，最后每盆土定苗3株.移栽40 d后收获.将大白菜洗净后用去离子水冲洗，将大白菜根和地上部分开并分别记录鲜重.植株于105℃下杀青15 min，在65℃下烘干至恒重，计算植株干重，后将烘干植株打样磨碎，测得根和地上部镉含量.

土壤和沸石理化指标采用常规方法测定^[14]；纳米沸石粒径采用原子力显微镜(Dimension Icom Atomic Force Microscope，Bruker, USA) 测定.

大白菜地上部各镉形态分级采用连续浸取法测定^[15].植株镉含量测定采用HNO₃:HClO₄法消煮，原子吸收分光光度法(Perkin Elmer SIMMA 6000，Norwalk，USA) 测定.检测限为0.005 mg·kg^-1.采用国家标准与技术研究所提供的植株标准物质(GBW # 08513) 对测定结果进行质量监控.所有植物样品的镉回收率均高于95%，相对标准偏差(RSD) 的精度在10%以内.

过氧化物酶(POD) 活性测定采用愈创木酚法，过氧化氢酶(CAT) 活性测定采用比色法，超氧化物歧化酶(SOD) 活性测定采用氮蓝四唑法^[16].

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理和作图，SPSS 23.0进行数据方差分析，显著差异水平为P＜0.05.

如表 1所示，与对照(Cd₀+Z₀) 相比，加镉对照(Cd₁/Cd₅+Z₀) 处理使新晋菜三号地上部、根部和总植株干重分别提高了34.3%~75.7%、105.9%~182.4%和41.8%~77.2%，而高镉(5 g·kg^-1 Cd) 对照地上部和总植株干重比低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 对照分别提高了30.9%和25.0%.山东四号在低镉(Cd₁+Z₀) 处理条件下根部生长受抑制，生物量降低3.3%，但外源镉明显促进了地上部的生长，使地上部、总植株干重分别增加了20.5%、18.4%，而高镉(Cd₅+Z₀) 处理条件下生长则受到抑制，根部和总植株干重分别降低了30.8%和1.2%.

表 1 (Table 1)

表 1 不同浓度镉污染条件下沸石施用量对大白菜生物量的影响1) Table 1 Effect of different zeolite doses on the biomass of Chinese cabbage at different Cd levels 处理 植株干质量/g·pot-1 地上部 根部 总量 山东四号 新晋菜三号 山东四号 新晋菜三号 山东四号 新晋菜三号 Cd0+Z0 0.91±0.01d 0.64±0.01e 0.09±0.00cd 0.03±0.00d 1.00±0.01d 0.67±0.01e Cd1+Z0 1.10±0.07c 0.86±0.03cd 0.09±0.00cd 0.10±0.01b 1.19±0.01cd 0.95±0.03cd Cd1+OZ5 1.17±0.06bc 1.69±0.175a 0.10±0.00bc 0.10±0.00b 1.27±0.06bc 1.79±0.18a Cd1+OZ10 1.15±0.09bc 1.33±0.08b 0.08±0.00de 0.07±0.01c 1.23±0.09bc 1.39±0.07b Cd1+OZ20 0.65±0.02e 0.92±0.07c 0.05±0.00f 0.07±0.01c 0.70±0.01e 0.99±0.07c Cd1+NZ5 1.52±0.14a 1.39±0.06b 0.11±0.01b 0.11±0.01a 1.62±0.07a 1.50±0.06b Cd1+NZ10 1.29±0.01bc 0.75±0.08de 0.14±0.01a 0.08±0.01c 1.43±0.03b 0.82±0.09d Cd1+NZ20 1.30±0.08b 0.98±0.07c 0.07±0.00e 0.10±0.00b 1.37±0.08bc 1.08±0.07c Cd0+Z0 0.91±0.01cd 0.64±0.01d 0.09±0.00a 0.03±0.00e 1.00±0.01cd 0.67±0.01d Cd5+Z0 0.93±0.07cd 1.12±0.07c 0.06±0.01b 0.07±0.00d 0.99±0.06cd 1.19±0.07c Cd5+OZ5 1.30±0.08b 1.07±0.06c 0.07±0.00b 0.07±0.00d 1.36±0.08b 1.14±0.07c Cd5+OZ10 1.01±0.01cd 1.91±0.34a 0.07±0.01b 0.09±0.00c 1.08±0.00cd 2.00±0.33a Cd5+OZ20 0.86±0.06d 1.48±0.02b 0.07±0.00b 0.16±0.01a 0.93±0.06d 1.64±0.03b Cd5+NZ5 1.67±0.20a 1.75±0.15ab 0.10±0.00a 0.07±0.01d 1.76±0.21a 1.83±0.15ab Cd5+NZ10 1.05±0.030c 1.61±0.14b 0.09±0.00a 0.12±0.01b 1.14±0.03c 1.73±0.13b Cd5+NZ20 1.03±0.01c 1.97±0.11a 0.04±0.00c 0.09±0.01c 1.07±0.01cd 2.06±0.12a 1) 不同小写字母表示同一个镉污染水平下不同沸石处理及对照间的差异显著性(P＜ 0.05)，下同

表 1 不同浓度镉污染条件下沸石施用量对大白菜生物量的影响1) Table 1 Effect of different zeolite doses on the biomass of Chinese cabbage at different Cd levels

施用沸石(≤10 g·kg^-1) 促进了山东四号大白菜的生长，且纳米沸石对大白菜生长的促进效果优于普通沸石.以5 g·kg^-1纳米沸石处理对大白菜生物量的增加最为明显.与Cd₁+Z₀相比，Cd₁+NZ₅处理地上部、根和总植株生物量分别增加了38.0%、20.5%和36.7%；与Cd₅+Z₀相比，Cd₅+NZ₅地上部、根部及植株总生物量分别增加了79.8%、54.0%和78.2%. 5 g·kg^-1纳米沸石处理使大白菜各部位生物量比5 g·kg^-1普通沸石处理增加了8.2%~47.0%.但随着沸石用量的增加，大白菜生物量呈降低的变化趋势.沸石施用量为20 g·kg^-1时大白菜生物量总是最低，有的甚至低于对照.例如，在1 mg·kg^-1和5 mg·kg^-1 Cd水平中，20 g·kg^-1普通沸石处理地上部、根部和总植株生物量比Cd₀+Z₀降低了3.3%~20.5%.对‘新晋菜三号’大白菜，在低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下，2种沸石均以低施用量(5 g·kg^-1) 处理对‘新晋菜三号’各部位生物量的增加效果最为明显，Cd₁+OZ₅使地上部、根部和总植株生物量分别增加了98.0%、2.1%和88.3%，Cd₁+NZ₅处理则分别增加了62.6%、18.8%和58.1%. Cd₁+OZ₁₀/OZ₂₀和Cd₁+NZ₂₀处理对‘新晋菜三号’生物量也有一定的增加效果，除了普通沸石处理根降低了28.1%~30.2%，地上部、总植株生物量分别增加了2.1%~14.3%和3.8%~55.2%. Cd₁+NZ₁₀处理则使‘新晋菜三号’地上部、根部和总植株生物量分别降低了12.7%、18.8%和13.4%.高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 条件下，Cd₅+OZ₁₀/OZ₂₀处理提高了‘新晋菜三号’地上部、根部和总植株生物量，增幅分别为32.4%~70.3%、34.3%~131.4%、38.3%~68.2%，Cd₅+OZ₅处理则使地上部和总植株生物量分别降低了4.6%和4.0%.纳米沸石处理以Cd₅+NZ₂₀处理对地上部和总植株生物量的增加效果最好，增幅分别为76.0%和72.9%，Cd₅+NZ₅处理次之，增幅分别为56.5%和53.5%，Cd₅+NZ₁₀处理则为43.5%和45.1%，但此时其对根部生物量的提高效果最好，增幅为70.0%，Cd₅+NZ₅和Cd₅+NZ₁₀处理对根部生物量的增幅分别为5.7%和24.3%.高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 条件下纳米沸石处理对‘新晋菜三号’生物量的增加效果明显优于普通沸石.

将纳米沸石与普通沸石进行对比，低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下，普通沸石处理大白菜生物量整体高于纳米沸石处理，大白菜地上部和总植株干重以5 g·kg^-1普通沸石处理最高，5 g·kg^-1纳米沸石处理次之.而高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 条件下，纳米沸石对大白菜生物量的增加效果略优于普通沸石，大白菜地上部和总植株干重以20 g·kg^-1纳米沸石处理最高，10 g·kg^-1普通沸石处理次之.

分别对山东四号(图 1) 和新晋菜三号(图 2) 品种大白菜抗氧化酶活性进行结果分析.对于山东四号品种(图 1)，与对照(Cd₀+Z₀) 相比，添加外源镉明显刺激了地上部SOD和低镉条件下(1 mg·kg^-1 Cd) 根部SOD活性的增加，降低了POD和CAT活性(除了地上部CAT活性无显著变化) 和高镉条件下(5 mg·kg^-1 Cd) 根部SOD活性.不同镉污染浓度下，施用沸石对山东四号大白菜抗氧化酶活性的影响有所不同.低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下，‘山东四号’地上部和根部SOD、POD、CAT 3种酶活性均随着普通沸石施用量的增加呈先下降后上升的变化趋势，与Cd₁+Z₀相比，仅高施用量(20 g·kg^-1) 的沸石处理增加了大白菜地上部和根部SOD、POD、CAT活性，增幅分别为16.7%~21.2%、12.6%~19.7%和5.3%~29.9%，其余施用量处理整体上与对照无显著差异(P>0.05).低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下地上部抗氧化酶活性随着纳米沸石施用量的增加而增加，Cd₁+NZ₁₀和Cd₁+NZ₂₀处理使地上部SOD、POD、CAT活性分别比对照(Cd₁+Z₀) 增加了29.7%~29.9%、14.6%~37.7%和34.8%~43.1%；与Cd₁+Z₀相比，根部SOD、POD、CAT活性在Cd₁+NZ₅和Cd₁+NZ₁₀处理下提高22.8%~40.0%，Cd₁+NZ₂₀处理抗氧化酶活性与对照无显著差异.高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 条件下，Cd₅+OZ₂₀处理使山东四号大白菜地上部和根部SOD活性分别比对照增加了12.5%和37.5%，Cd₅+NZ₁₀和Cd₅+NZ₂₀处理使地上部和根部SOD活性也分别比对照增加了11.0%~26.8%和51.7%~141.1%.与Cd₅+Z₀相比，Cd₅+NZ₂₀和Cd₅+OZ₂₀处理使地上部POD活性分别降低了33.8%和28.6%，中低施用量处理(5 g·kg^-1和10 g·kg^-1) 变化不显著.根部POD则反之，Cd₅+NZ₂₀和Cd₅+OZ₂₀处理增加了根部POD活性，比对照(Cd₅+Z₀) 分别增加了8.2%和23.3%，其它施用量处理则显著低于对照.施用纳米沸石和普通沸石都显著降低了地上部CAT活性，分别比对照(Cd₅+Z₀) 降低了8.0%~13.0%和21.7%~24.7%.根部CAT活性则反之，与Cd₅+Z₀相比，中高施用量(10和20 g·kg^-1) 的纳米沸石和普通沸石处理增加了根部CAT活性，增幅分别为5.5%~27.1%和16.5%~34.8%，普通沸石以中施用量(10 g·kg^-1) 处理提高幅度最大，纳米沸石则以高施用量(20 g·kg^-1) 处理提高幅度最大.

图 1

Fig. 1

不同小写字母表示同一个镉污染水平下不同沸石处理及对照间的差异显著性(P＜0.05)，下同 图 1 不同浓度镉条件下沸石用量对山东四号品种大白菜SOD、POD、CAT酶活性的影响 Fig. 1 Effect of zeolite doses on SOD, POD, CAT activities of shandongsihao cabbage in soils with different Cd levels

图 2

Fig. 2

图 2 不同浓度镉条件下沸石用量对新晋菜三号品种大白菜SOD、POD、CAT酶活性的影响 Fig. 2 Effect of zeolite doses on SOD, POD, CAT activities of xinjincaisanhao cabbage in soils with different Cd levels

新晋菜三号大白菜抗氧化酶活性见图 2.添加镉显著降低了大白菜SOD活性，除了高镉(Cd₅+Z₀) 根部POD (降低) 和低镉(Cd₁+Z₀) 根部CAT (显著降低)，外源添加镉均提高了地上部和根部POD和CAT活性.低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下，与Cd₁+Z₀相比，Cd₁+OZ₁₀和Cd₁+OZ₂₀处理使地上部和根部SOD活性分别提高了12.9%~15.6%和36.0%~57.8%(P＜0.05)，Cd₁+OZ₅处理则与对照无显著差异(P>0.05)；Cd₁+NZ₅和Cd₁+NZ₁₀处理提高了地上部SOD活性16.7%~21.2%，Cd₁+NZ₂₀处理与对照无显著差异(P>0.05)；根部SOD则在Cd₁+NZ₁₀和Cd₁+NZ₂₀处理时提高了42.2%和69.4%，Cd₁+NZ₅处理则与对照无显著差异(P>0.05).低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下，Cd₁+OZ₂₀和Cd₁+NZ₂₀处理显著提高了地上部POD活性，分别比对照提高了20.6%和36.4%，Cd₁+NZ₂₀和Cd₁+OZ₁₀处理也使根部POD活性分别比对照显著提高了23.2%、19.3%(P＜0.05). CAT活性在低镉条件下则表现为，在Cd₁+NZ₅和Cd₁+NZ₁₀处理下，地上部CAT活性分别比对照(Cd₁+Z₀) 显著提高了12.7%和28.0%，根CAT活性也以Cd₁+NZ₁₀和Cd₁+OZ₁₀处理最高，分别比对照增加了16.7%和3.3%，但与对照差异不显著(P>0.05).高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 条件下，施用纳米沸石和普通沸石总体上使地上部和根部SOD和CAT活性降低了0.7%~51.3%，POD活性则不同，地上部和根部POD活性均随着普通沸石施用量的增加而增加，Cd₅+OZ₂₀处理使地上部和根部POD活性分别比对照(Cd₅+Z₀) 提高了25.6%和20.1%，Cd₅+OZ₅和Cd₅+OZ₁₀处理则与对照无显著差异.纳米沸石施用量对地上部和根部POD活性的影响表现相反，中低施用量处理(5 g·kg^-1和10 g·kg^-1) 显著提高了地上部POD活性，比对照提高了14.5%~23.1%(P＜0.05)，Cd₅+NZ₂₀处理与对照无显著差异(P>0.05)；根部POD活性的则在Cd₅+NZ₁₀和Cd₅+NZ₂₀处理下提高了30.1%~36.2%(P＜0.05)，Cd₅+NZ₅处理与对照无显著差异(P>0.05).

由表 2可见，随着土壤镉处理浓度的增加，大白菜镉含量显著增加(P＜0.05)，Cd₁+Z₀和Cd₅+Z₀处理中，2个品种大白菜镉含量分别增至31.079~40.153 mg·kg^-1和77.102~138.062 mg·kg^-1.施用纳米沸石和普通沸石有效降低了2个品种大白菜镉含量，大白菜镉含量在沸石施用量、纳米沸石和普通沸石处理间的差异达到显著水平(P＜0.05).低镉(1mg·kg^-1 Cd) 条件下，5、10和20 g·kg^-1的沸石处理使‘山东四号’地上部镉含量比对照(Cd₁+Z₀) 分别降低了1.0%~35.9%、25.9%~70.4%和53.6%~75.0%，根部镉含量除Cd₁+OZ₅处理外均下降了26.6%、17.1%~60.5%、24.6%~73.3%. ‘新晋菜三号’地上部镉含量则分别降低了19.5%(除Cd₁+OZ₅处理)、53.0%(除Cd₁+OZ₁₀处理) 和41.4%~68.9%；根部镉含量均下降了9.6%~47.5%、14.4%~62.5%、49.3%~82.4%.高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 条件下，与对照(Cd₅+Z₀) 相比，5、10和20 g·kg^-1的沸石处理使‘山东四号’地上部镉含量分别降低了7.2%~17.0%、39.4%(除Cd₅+OZ₁₀处理) 和39.4%~53.2%；根部镉含量也下降了18.7%~39.3%、27.8%~50.2%、40.6%~52.4%. ‘新晋菜三号’地上部镉含量则分别降低了6.2%~17.0%、0.7%~43.0%和21.0%~63.0%同时根部镉含量也下降了5.4%~39.2%、2.0%~47.8%、25.4%~68.7%.在低镉(1mg·kg^-1 Cd) 和高镉(5mg·kg^-1 Cd) 条件下，2个品种大白菜地上部和根部镉含量均以纳米沸石显著低于普通沸石，相同条件下，纳米沸石处理比普通沸石处理大白菜各部位镉含量低10.5%~65.7%，各处理大白菜地上部和根部镉含量均以纳米沸石高用量(20 g·kg^-1) 处理最低，如Cd₁+NZ₂₀处理使‘新晋菜三号’根部镉含量降低至7.086 mg·kg^-1.将2个大白菜品种进行对比，各处理大白菜地上部和根部镉含量以山东四号品种低于新晋菜三号.

表 2 (Table 2)

表 2 不同浓度镉污染条件下沸石施用量对大白菜镉含量的影响1) Table 2 Effect of different zeolite doses on Cd concentration of Chinese cabbage at different Cd levels 处理 镉含量/mg·kg-1 地上部 根 山东四号 新晋菜三号 山东四号 新晋菜三号 Cd0+Z0 7.06±0.95g 6.83±0.08g 5.69±0.13f 10.92±0.98e Cd1+Z0 36.07±0.03a 34.83±0.20b 31.08±0.03a 40.15±2.19a Cd1+OZ5 35.70±0.14a 48.19±0.78a 31.40±0.14a 36.30±0.66b Cd1+OZ10 26.72±0.02b 47.69±0.72a 25.76±1.09b 34.35±0.95b Cd1+OZ20 16.74±0.37d 20.40±0.58d 23.44±0.48c 20.37±2.00c Cd1+NZ5 23.11±0.12c 28.02±0.84c 22.80±0.06c 21.07±0.65c Cd1+NZ10 10.69±0.85e 16.36±0.76e 12.27±0.43d 15.06±0.18d Cd1+NZ20 9.02±0.09f 10.83±0.01f 8.29±0.97e 7.09±0.05f Cd0+Z0 7.06±0.95g 6.83±0.08g 5.69±0.13f 10.92±0.98h Cd5+Z0 77.10±0.00b 101.07±0.10a 120.24±1.53a 138.06±0.99a Cd5+OZ5 71.51±0.25c 94.82±0.14b 97.73±0.39b 130.65±0.95c Cd5+OZ10 80.05±0.00a 100.38±0.64a 86.76±0.76c 135.26±0.86b Cd5+OZ20 54.10±0.27e 79.88±1.14d 71.43±0.30d 102.98±0.99d Cd5+NZ5 64.00±0.77d 83.89±0.75c 73.03±0.58d 83.89±0.53e Cd5+NZ10 46.73±0.64f 57.58±0.35e 59.87±1.34e 72.01±0.02f Cd5+NZ20 36.09±0.48g 37.36±1.40f 57.29±0.55f 43.26±1.17g

表 2 不同浓度镉污染条件下沸石施用量对大白菜镉含量的影响1) Table 2 Effect of different zeolite doses on Cd concentration of Chinese cabbage at different Cd levels

施用纳米沸石和普通沸石影响着大白菜地上部镉形态含量.由表 3可见，无论是在低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 还是高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 条件下，施用纳米沸石和普通沸石均有效降低了2个品种大白菜去离子水提取态、氯化钠提取态和醋酸提取态镉含量，且去离子水提取态镉含量随沸石施用量的增加而降低.在低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下，与加镉对照相比，施用5、10和20 g·kg^-1的沸石使2个品种大白菜地上部去离子水提取态镉含量分别降低了7.6%~32.4%、11.4%~46.0%和21.0%~66.1%，高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 条件下分别对应降低了3.3%~34.8%(除了OZ₅山东四号)、4.3%~63.0%和23.6%~87.7%.沸石对大白菜去离子水提取态含量的降低效果以纳米沸石优于普通沸石.低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下，施用纳米沸石使2个品种大白菜去离子水提取态镉含量分别较对应施用量的普通沸石处理降低了13.4%~57.0%和45.7%~83.5%，且施用量越大，纳米沸石对普通沸石的降低幅度越大.在低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 污染条件下，与对照(Z₀) 相比，施用沸石使2个品种大白菜氯化钠提取态和醋酸提取态镉含量分别降低了22.5%~83.8%(除了新晋菜三号的OZ₅和OZ₁₀处理) 和1.5%~49.2%(除了山东四号NZ₅处理)，高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 污染条件下，其含量分别降低了2.6%~73.9%(除了山东四号OZ₅处理) 和4.5%~47.7%(除了新晋菜三号的OZ₅处理).施用纳米沸石和普通沸石明显降低了大白菜地上部镉总提取量.在2个镉浓度污染条件下，与加镉对照(Z₀) 相比，施用纳米沸石和普通沸石使山东四号品种大白菜地上部总镉提取量分别降低了12.4%~68.8%和13.2%~55.6%(除Cd₅+OZ₅处理)，使新晋菜三号大白菜分别对应降低了9.4%~71.5%和3.1%~38.7%(除Cd₁+OZ₅处理)，且随着施用量的增加，降低幅度更大.值得注意的是，在高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 条件下，OZ₅处理山东四号总镉提取量比对照高出1.1%，低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下，OZ₅处理新晋菜三号总镉提取量也比对照高出1.0%.此外，在高镉条件下，新晋菜三号大白菜中，对总镉提取量随普通沸石施用量的增加没有呈逐渐降低的趋势，而是以中量(10 g·kg^-1) 处理最高(10.557 mg·kg^-1).

表 3 (Table 3)

表 3 不同镉(1 mg·kg-1和5mg·kg-1 Cd) 条件下沸石用量对大白菜地上部镉形态含量的影响/mg·kg-1 Table 3 Effect of zeolite doses on Cd chemical forms in shoots of cabbage in soils with different Cd treatments (1 mg·kg-1 and 5 mg·kg-1 Cd)/mg·kg-1 处理 山东四号 新晋菜三号 CdE CdW CdNaCl CdHAC CdHCl CdR Cdtotal CdE CdW CdNaCl CdHAC CdHCl CdR Cdtotal Cd0+Z0 0.000±0.000e 0.107±0.014e 0.036±0.005e 0.088±0.014f 0.072±0.009d 0.088±0.014d 0.391±0.001h 0.135±0.031b 0.157±0.045f 0.072±0.058g 0.035±0.004f 0.000±0.000d 0.050±0.018e 0.450±0.058e Cd1+Z0 0.106±0.022a 0.188±0.043a 1.975±0.119a 1.424±0.008b 0.139±0.026a 0.105±0.011c 3.937±0.154a 0.160±0.019a 0.419±0.003a 2.683±0.119c 1.415±0.076a 0.111±0.051b 0.049±0.000e 4.837±0.224a Cd1+OZ5 0.103±0.014a 0.171±0.012b 1.530±0.069b 0.993±0.007e 0.114±0.030b 0.126±0.019bc 3.036±0.040c 0.143±0.030ab 0.387±0.004b 2.810±0.086b 1.364±0.044ab 0.091±0.100bc 0.092±0.013d 4.886±0.036a Cd1+OZ10 0.048±0.001c 0.133 0±0.015d 1.270±0.063c 1.162±0.055c 0.085±0.016c 0.134±0.054b 2.831±0.016d 0.000±0.000c 0.371±0.001bc 2.978±0.006a 1.103±0.075c 0.113±0.036b 0.123±0.011c 4.688±0.105ab Cd1+OZ20 0.057±0.030c 0.148 0±0.011c 0.501±0.064d 1.403±0.001b 0.000±0.000e 0.109±0.044c 2.217±0.062e 0.000±0.000c 0.331±0.016c 1.389±0.120 f 0.887±0.063d 0.146±0.020a 0.212±0.039a 2.964±0.013c Cd1+NZ5 0.086±0.019b 0.135±0.020d 1.259±0.098c 1.724±0.055a 0.000±0.000e 0.245±0.074a 3.449±0.041b 0.000±0.000c 0.283±0.031d 2.051±0.118d 1.238±0.006b 0.082±0.016c 0.165±0.001b 3.819±0.066b Cd1+NZ10 0.051 0±0.036c 0.115±0.019e 0.320±0.020e 1.036±0.204d 0.000±0.000e 0.089±0.054d 1.612±0.153f 0.000±0.000c 0.226±0.050e 1.787±0.102e 0.901±0.096d 0.000±0.000d 0.112±0.010 c 3.026±0.220c Cd1+NZ20 0.021±0.00d 0.064±0.001f 0.488±0.009d 0.850±0.045f 0.000±0.000e 0.053±0.016e 1.476±0.072g 0.000±0.000c 0.149±0.036f 1.290±0.076f 0.719±0.032e 0.000±0.000d 0.087±0.017d 2.244±0.062d Cd0+Z0 0.000±0.000e 0.107±0.014f 0.036±0.005g 0.088±0.014g 0.072±0.009d 0.088±0.014c 0.391±0.001h 0.135±0.031c 0.157±0.045g 0.072±0.058h 0.035±0.004f 0.000±0.000d 0.050±0.018f 0.450±0.058g Cd5+Z0 0.253±0.004a 1.335±0.074b 4.334±0.068b 1.557±0.187a 0.083±0.015c 0.373±0.041a 7.935±0.015a 0.080±0.15d 1.656±0.097a 7.672±0.151a 1.484±0.050ab 0.114±0.066c 0.125±0.047e 11.132±0.101a Cd5+OZ5 0.250±0.025a 1.603±0.073a 4.794±0.100a 1.092±0.072e 0.107±0.013b 0.178±0.011b 8.023±0.247a 0.174±0.022b 1.341±0.060b 5.831±0.188c 1.515±0.070a 0.187±0.035q 0.161±0.035d 9.210±0.247c Cd5+OZ10 0.146±0.000b 1.278±0.003b 4.055±0.139c 1.237±0.101d 0.127±0.026a 0.047±0.015e 6.890±0.006b 0.203±0.003a 1.159±0074d 7.470±0.327a 1.371±0.033c 0.128±0.019b 0.226±0.036b 10.557±0.455bc Cd5+OZ20 0.084±0.011c 0.565±0.012d 1.876±0.028 0.936±0.037f 0.024±0.002f 0.036±0.015f 3.520±0.046f 0.000±0.000e 1.266±0.013c 4.430±0.028d 1.062±0.016d 0.000±0.000d 0.169±0.045cd 6.927±0.070d Cd5+NZ5 0.133±0.014b 0.870±0.012c 3.119±0.133d 1.487±0.020b 0.036±0.016ef 0.073±0.002d 5.717±0.093c 0.000±0.000e 1.602±0.020a 6.804±0.152b 1.403±0.020b 0.000±0.000d 0.273±0.035a 10.082±0.158b Cd5+NZ10 0.081±0.016c 0.579±0.037d 2.432±0.085e 1.262±0.039c 0.046±0.000e 0.047±0.066e 4.447±0.134d 0.000±0.000e 0.612±0.054e 3.721±0.154f 1.032±0.039d 0.000±0.000d 0.252±0.052ab 5.617±0.299e Cd5+NZ20 0.051±0.001d 0.164±0.016a 1.275±0.143f 0.860±0.048e 0.088±0.017c 0.038±0.018ef 2.476±0.109g 0.000±0.000e 0.208±0.011f 2.001±0.086g 0.776±0.031e 0.000±0.000d 0.186±0.012c 3.170±0.093f

表 3 不同镉(1 mg·kg-1和5mg·kg-1 Cd) 条件下沸石用量对大白菜地上部镉形态含量的影响/mg·kg-1 Table 3 Effect of zeolite doses on Cd chemical forms in shoots of cabbage in soils with different Cd treatments (1 mg·kg-1 and 5 mg·kg-1 Cd)/mg·kg-1

低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 和高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 污染条件下，地上部镉形态分配比例(FDC) 如图 3所示.随着土壤镉浓度的增加，大白菜各形态去离子水提取态(Cd_W)、乙醇提取态(Cd_E)、氯化钠提取态(Cd_NaCl)、醋酸提取态(Cd_HAC)、盐酸提取态(Cd_HCl)、残留态(Cd_R) 镉含量大幅度上升，以Cd_W、Cd_NaCl和Cd_HAC含量增加幅度最大.在对照(Cd₀+Z₀) 条件下，山东四号和新晋菜三号这2个品种大白菜地上部镉形态均主要为去离子水提取态(Cd_W)，但2个品种镉形态分布情况各不相同.山东四号镉FDC大小以Cd_W(27.5%)>Cd_HAC(22.5%)、Cd_R(22.5%)>Cd_HCl(18.3%)>Cd_NaCl(9.2%)>Cd_E(0.0%)，新晋菜三号镉FDC则表现为Cd_W(35.0%)>Cd_E(30.1%)>Cd_NaCl(16.1%)>Cd_R(11.2%)>Cd_HAC(7.7%)>Cd_HCl(0.0%).外源添加镉改变了大白菜体内镉的形态含量和分布，对于山东四号品种，低镉条件下镉形态分布表现为Cd_HAC(32.7%~64.3%)>Cd_NaCl(19.8%~50.4%)>Cd_W(3.9%~7.1%)>Cd_R(2.7%~7.1%)>Cd_E(1.4%~3.4%)>Cd_HCl(0.0%~3.7%)，高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 条件下为Cd_NaCl(51.5%~59.8%)>Cd_HAC(13.6%~34.7%)>Cd_W(6.6%~20.8%)>Cd_E(1.8%~3.2%)>Cd_R(0.7%~4.7%)>Cd_HCl(0.6%~3.6%)；对于新晋菜三号品种，低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下为Cd_NaCl(46.9%~63.5%)>Cd_HAC(23.5%~32.0%)>Cd_W(6.6%~11.2%)>Cd_R(1.0%~7.1%)>Cd_HCl(0.0%~4.9%)>Cd_E(0.0%~3.3%)，高镉条件下为Cd_NaCl(63.1%~70.8%)>Cd_HAC(13.0%~24.5%)>Cd_W(6.5%~18.3%)>Cd_R(1.1%~5.9%)>Cd_E(0.0%~1.9%)>Cd_HCl(0.0%~2.0%).整体而言，无论在低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 还是在高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 污染条件下，除了低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下山东四号大白菜醋酸提取态镉FDC大多高于氯化钠提取态，其余情况下2个品种大白菜地上部镉均主要以氯化钠提取态存在，盐酸提取态镉分配比例总是相对较低.

图 3

Fig. 3

图 3 低镉(1 mg·kg-1 Cd) 和高镉(5 mg·kg-1 Cd) 条件下沸石用量对大白菜地上部镉形态分布的影响 Fig. 3 Effect of zeolite doses on distribution of Cd chemical forms in shoots of cabbage in soils with lower (1 mg·kg-1 Cd) and higher (5 mg·kg-1 Cd) Cd levels

镉对植物生长具有双重作用.大多数研究表明，镉胁迫条件下，植物常表现出生长受抑制等镉毒害症状，且毒害作用随着镉浓度的增加而增加^[17].但也有研究指出，在一定低镉浓度条件下，镉可刺激和促进植物生长^[18]，或对植物生长没有显著影响^{[17, 19]}.本试验中，在不施用纳米沸石和普通沸石的情况下，添加外源镉刺激了大白菜的生长，并提高了大白菜地上部、根部和总植株生物量，这种刺激作用对‘新晋菜三号’的表现更为明显，‘山东四号’根部则在土壤Cd浓度提高至5 mg·kg^-1时，开始表现出明显的抑制作用，根生物量显著降低(P＜0.05).该结果与施宠等^[18]和Ding等^[20]的报道一致.在低镉(1 mg·kg^-1 Cd) 和高镉(5 mg·kg^-1 Cd) 污染条件下，施用纳米沸石和普通沸石均不同程度上增加了大白菜生物量.但沸石对大白菜生长的影响受沸石施用量、大白菜品种和镉污染含量的影响.以沸石低施用量(5 g·kg^-1) 处理对大白菜生长的促进作用最大，当沸石施用量高至20 g·kg^-1时，大白菜生长开始受到抑制，生物量甚至显著低于对照.该结果与Rebedea等^[21]的研究一致.原因可能是低量沸石(5 g·kg^-1) 有效降低了土壤中镉的有效态含量，抑制了大白菜对镉的吸收，从而减轻了镉对大白菜的毒害，并且沸石施入土壤中，可提高土壤阳离子交换量等改善土壤理化性状，提高植物对营养元素的吸收，从而促进了大白菜生长^[22]；但当沸石施用量过高(20 g·kg^-1) 时，土壤环境中可能存在局部pH偏高的情况，从而对植物生长不利，另一方面也可能是由于高施用量的沸石在更有效地吸收固定重金属的同时，也过多地吸附了土壤中的养分，使植物所需养分减少，从而对植物生长产生负面影响.

SOD、POD和CAT等组成的抗氧化系统是植物的重要保护机制^[23~26].镉胁迫能诱导植物体内产生大量的O₂^-、·OH^-、H₂O₂、O₂等自由基，破坏细胞膜完整性和稳定性，引起植物过氧化损伤，而SOD、POD、CAT抗氧化酶活性的提高可清除或减少这些自由基和过氧化物，有利于缓解镉对植物的过氧化伤害^{[25, 27]}.但SOD、POD和CAT抗氧化系统对植物的保护作用有一定的范围限制^[25].本试验中，不同浓度镉胁迫下，山东四号和新晋菜三号这2个品种大白菜抗氧化酶活性对Cd胁迫也表现出不同程度的生理响应，以抵御Cd胁迫引起的过氧化伤害.在不施沸石情况下，添加外源镉总体上刺激了‘山东四号’SOD活性的增加，降低了POD和CAT活性，‘新晋菜三号’品种抗氧化酶活性变化与之相反.说明镉胁迫条件下，‘山东四号’主要通过提高SOD活性来抵御镉胁迫伤害.但当土壤镉污染浓度升至5 mg·kg^-1时，‘山东四号’SOD、POD和CAT活性降低，根部抗氧化能力降低，这与根部生物量降低的结果相符.而‘新晋菜三号’由于对土壤镉的吸收积累量更大，使抗氧化酶对自由基的清除突破了第一道防线，SOD活性降低，主要通过提高POD和CAT活性来抵御镉胁迫引起的过氧化损伤.施用纳米沸石和普通沸石不同程度上提高了大白菜抗氧化酶活性.对于‘山东四号’品种，低镉(1 mg·kg^-1Cd) 和高镉(5 mg·kg^-1Cd) 条件下，高施用量(20 g·kg^-1) 沸石处理均提高了‘山东四号’地上部和根部SOD、POD和CAT活性(高镉条件下地上部POD和CAT活性降低除外).对于‘新晋菜三号’，低镉污染(1 mg·kg^-1 Cd) 条件下，纳米沸石及普通沸石中、高施用量(10 g·kg^-1和20 g·kg^-1) 处理总体上提高了地上部和根部SOD、POD、CAT抗氧化酶活性，而高镉污染条件下，增施纳米沸石和普通沸石均进一步降低了地上部和根部SOD和CAT活性，但高施用量(20 g·kg^-1) 的普通沸石和中、高施用量(10 g·kg^-1和20 g·kg^-1) 的纳米沸石明显提高了地上部和根部POD活性.表明施用高量的纳米沸石和普通沸石有利于提高抗氧化系统对活性氧自由基的清除能力，从而缓解镉对植物的过氧化损伤，而高镉污染条件下，新晋菜三号对镉的吸收积累增加，SOD和CAT活性降低，其抵御能力下降，此时新晋菜三号植株主要通过提高POD活性来抗击Cd胁迫.

与不施沸石的对照相比，施用纳米沸石和普通沸石均显著降低了大白菜地上部和根部镉含量.该结果与周坤等^[28]的报道类似.在镉污染条件下，大白菜地上部镉含量略小于根部.与普通沸石相比，相同施用量的纳米沸石在显著提高了大白菜生物量的同时，也显著降低了大白菜各部位镉含量.

镉在植物体内的不同形态镉迁移能力有明显的差异，进而影响到植物体内镉的运输转移及镉对植物体的毒性^[29].乙醇和去离子水提取态生物毒性和移动性最高，最容易使植物受到毒害，氯化钠提取态毒性与移动性中等，醋酸与盐酸提取态生物毒性与移动性均最低^[29].本试验中，对大白菜可食部位(地上部) 镉形态进行分析发现，沸石处理降低了去离子水提取态Cd含量和分配比例，大白菜可食部位(地上部) 镉均主要以氯化钠提取态存在，其次为醋酸提取态，这两种形态均有非活性态，从而有效降低镉在大白菜体内的迁移和毒性^[30].施用纳米沸石和普通沸石也显著减少了2个品种大白菜可食部位(地上部) 各形态镉含量和镉提取总量，大大降低了镉对大白菜的毒害也提高了大白菜的食用安全.

(1) 中高施用量的纳米沸石和高施用量的普通沸石均提高了2个品种大白菜地上部和根部SOD、POD和CAT活性.中低量的纳米沸石和普通沸石处理提高了2个品种大白菜各部位生物量，当施用量增至20 g·kg^-1时，大白菜生长受抑制，生物量降低.

(2) 施用纳米沸石和普通沸石后，大白菜可食部位(地上部) 各形态镉含量及镉提取总量明显降低，沸石的高施用量(20 g·kg^-1) 处理对大白菜可食部位(地上部) 镉提取总量的降低效果最佳.总镉提取量、氯化钠态镉含量及其分配比例均以新晋菜三号高于山东四号.

(3) 纳米沸石和普通沸石降低了大白菜地上部和根部镉含量，且随纳米沸石和普通沸石用量增加，大白菜地上部和根部镉含量呈明显下降趋势.新晋菜三号各部位镉含量明显高于山东四号品种，其对镉的吸收富集能力相对较强.