蒙脱石改良剂缓解镉毒性与水分胁迫下小麦生长的协同机制研究

针对镉(Cd)污染土壤修复与水分胁迫协同治理难题，南京团队通过三种蒙脱石改良剂(RMA/AMA/MMA)与梯度水分调控(DI50 /DI70 /DI90 )实验，发现镁改性蒙脱石(MMA)在DI90 条件下可使Cd去除率达41.8%，显著改善土壤微生物α多样性并降低小麦H2 O2 含量，为重金属-干旱复合胁迫治理提供新策略。

　　

随着全球耕地重金属污染加剧与水资源短缺双重危机，镉(Cd)污染土壤修复面临严峻挑战。中国作为小麦主产国，16.1%农用地存在污染，其中7%达Cd风险阈值(0.3 mg/kg)，而传统化学淋洗法易造成二次污染。与此同时，水分亏缺灌溉(DI)虽能节水，却可能加剧重金属生物有效性。如何通过环境友好材料实现Cd固定化与水分高效利用的协同调控，成为农业可持续发展的重要科学命题。

河海大学节水公园研究团队在《Journal of Environmental Management》发表研究，系统评估了原始(RMA)、酸改性(AMA)和镁改性(MMA)蒙脱石在三种水分梯度(DI₅₀
/DI₇₀
/DI₉₀
)下的修复效果。研究采用土壤理化性质分析、高通量微生物测序、植物生理生化检测等技术，结合江苏南京实际气候条件开展盆栽实验。

主要技术方法
实验选用污染土壤盆栽小麦，设置3种蒙脱石改良剂(RMA/AMA/MMA)与3种水分梯度(DI₅₀
=严重缺水, DI₇₀
=中度缺水, DI₉₀
=轻度缺水)的交叉处理。通过测定土壤pH、氧化还原电位(Eh)、水溶性有机碳(WSOC)等指标评估Cd形态转化，利用16S rRNA测序分析微生物群落，并检测小麦根系形态、抗氧化酶活性及细胞超微结构变化。

研究结果

1. 蒙脱石改良剂对Cd污染土壤化学特性的影响
   DI₉₀
   ×MMA组合使土壤pH提升至7.1±0.4，CEC达18.0±0.7 cmolc/kg，WSOC增加至265.6±14 mg/kg，同时将酸溶态Cd转化为残渣态。该处理Cd去除效率较DI₅₀
   ×RMA提升41.8%。

2. 微生物群落响应
   MMA处理下变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)丰度降低，拟杆菌门(Bacteroidetes)增加，土壤α多样性指数显著提高。

3. 植物生理调控
   DI₉₀
   ×MMA使小麦根系表面积扩大，根中H₂
   O₂
   含量下降，叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性达319 μmol/(g·h)，过氧化氢酶(CAT)活性升至29.3 μg/min，丙二醛(MDA)含量降至12.9 μmol/g。

结论与意义
该研究首次阐明镁改性蒙脱石通过"pH-WSOC-微生物"协同机制缓解Cd-干旱复合胁迫：①MMA层间镁离子增强Cd²⁺
离子交换；②DI₉₀
水分条件促进有机质络合Cd；③微生物群落重构加速Cd固定化。研究成果为开发"粘土矿物-水分调控"联合修复技术提供理论依据，对保障粮食安全与生态安全具有双重价值。作者建议后续研究应优化蒙脱石添加量以避免土壤板结，并探索其在田间尺度的长期效应。