农业是人类生存与发展的物质保障，其稳定发展对民生福祉具有不可替代的作用。新疆作为重要的农业主产区，凭借独特的光热资源与土地优势，在全国农产品生产与加工体系中占据关键地位。近年来，红枣种植等特色林果产业，发展迅猛，种植规模持续扩大，总产量稳步提升，林果产品的品质亦逐步提升。当前针对红枣的研究多聚焦于品质提升领域，而关于红枣种植过程中土壤重金属累积、植株重金属吸收转运及果实重金属残留的研究较少。重金属元素能在土壤中累积，对土壤质量造成损害，并且能通过物理、化学、生物等多种途径转移到植物体内，影响植物的生长发育。此外，植物根系吸收的重金属还可能通过食物链对人类健康产生影响[1]。陈云飞等[2]研究发现，红枣种植的某些区域可能遭受土壤重金属污染。何伟忠等[3]在红枣主要产区检测出红枣中含有少量铅、镉、镍等重金属元素，这凸显了开展土壤重金属污染防治的重要性。由此可见，土壤是林果类产品重金属污染的主要来源，因此，在林果种植过程中对土壤重金属污染的控制显得尤为关键。
菌制剂能够通过生物吸附、生物降解、生物沉淀以及生物转化等方式，对土壤中的重金属含量及形态进行调整。王继勇等[4]从土壤中分离出一种高效产脲酶菌株，该菌株可将镉离子（Cd2+）固化成碳酸镉和碳酸钙。王桔红等[5]研究发现，在种植含羞草的土壤中接种贪铜菌HXC-8可减缓铜（Cu）对含羞草的危害，土壤中游离态铜离子（Cu2+）含量显著降低。部分细菌在与重金属接触后，菌体内的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性得到显著提升，进而提高了菌体对重金属的抗性[6]。鉴于不同菌种对重金属的敏感性存在差异，选择适当的菌制剂及其应用水平显得至关重要[7]。
基于此，本研究以红枣种植土壤为对象，通过设置不同剂量的复合菌制剂施用处理，系统探究该制剂对土壤中铅（Pb）、镉（Cd）2种重金属形态及土壤酶活性的影响，以筛选出最佳的菌制剂配比，拓展土壤重金属污染控制的策略，并为减轻林果种植业中重金属污染问题提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验启动前，采集深度为0～20 cm的表层土壤样本，过1.00 mm孔径的筛子以去除石块、植物根系等杂质，再经粉碎机研磨至均匀粉末状后密封保存，用于测定土壤初始理化性质，测定结果详见表1。
1.2 试验药品及仪器
本试验所用药品为胰蛋白胨（纯度为总氮≥13.50%；氨基氮≥2.00%）、胰蛋白胨（纯度为总氮≥7.50%；氨基氮≥3.00%）、氯化钠（纯度为99.80%）、苯酚钠（纯度为98.00%）、3，5-二硝基水杨酸（纯度为98.00%）、高锰酸钾（纯度为99.00%）；仪器为恒温摇床（LC-DIS-20H）、超净工作台（SW-CJ-2D）、电感耦合等离子体质谱仪（7500ICP-MS）、粉碎机（DLS-100 g）、灭菌锅（DGLS-50B）、紫外分光光度计（721/722N）。
1.3 试验材料
本研究所用菌株均购自北京百欧博伟生物技术有限公司。先将菌株在LB固体培养基上进行活化，再接种至LB液体培养基中，28 ℃、200 r/min条件下恒温摇床中培养至OD值达到1.50。LB培养基配方为胰蛋白胨10.00 g/L、酵母浸粉5.00 g/L、氯化钠10.00 g/L。固体培养基在上述配方基础上添加20 g/L琼脂，将各成分溶解于灭菌水中后，用氢氧化钠溶液调节pH，配置完成后用全自动高压灭菌锅灭菌，密封保存备用。
1.4 试验设计
复合菌制剂（枯草芽孢杆菌:根瘤菌:土壤假单胞菌:沼泽红假单胞菌比例为1:3:3:3）的施用剂量分别为1.50、3.00、4.50、6.00、7.50 kg/hm²，分别标记为T1、T2、T3、T4、T5。对照组未施用任何菌制剂，以等量清水作为替代，每个处理设置3个重复。
该试验将红枣种植区域划分为18个小区，每个小区的面积均为50 m2，并在每个小区内种植10棵红枣树。通过随机分配的方式，确定不同试验区施用菌制剂的比例。在试验期间，每隔15 d，在红枣树周围挖掘约30 cm深的土沟，并均匀灌施相应剂量的复合菌制剂。在试验进行到第45天时，采集各小区根区土壤样品，测定土壤中Pb、Cd的不同形态分布及土壤酶活性变化。
1.5 测定指标及方法
1.5.1 重金属含量及形态测定
Pb和Cd采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定，参考Tessier等[8]五步连续提取法测定土壤中各重金属形态含量。
1.5.2 土壤酶活性测定
采用梅花点法随机采集试验区土样，取样深度0～20 cm，每个试验区取5个样本，土样处理方法与试验初始时相同，检测土壤中脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性，每个样本检测3次。检测方法见表2。
表2 土壤酶活性检测方法 |
| 指标 | 检测方法 |
|---|---|
| 脲酶 | 苯酚钠比色法（以24 h后1 g土壤生成的葡萄糖mg数表示） |
| 蔗糖酶 | 3，5-二硝基水杨酸比色法（以24 h后1 g土壤生成的NH4 +-N mg数表示） |
| 过氧化氢酶 | 高锰酸钾滴定法（以1 g土壤消耗0.1 mol/L KMnO4的mL数表示） |
1.6 数据分析
本试验采用Excel 2003软件对数据进行计算及初步处理，用SPSS 21.0软件对数据进行统计学分析。数据以平均值±标准误差表示。
2 结果与分析
2.1 土壤重金属含量
2.1.1 Pb含量
由图1可知，T3组可交换态Pb含量最低，与T1、T2、T4、T5组差异无统计学意义（P>0.05），T1、T2、T3、T4、T5组较对照组分别降低了13.27%、19.34%、26.07%、19.88%、17.69%；各处理组碳酸盐结合态Pb含量差异无统计学意义（P>0.05），但均低于对照组；T5组的铁锰氧化态Pb含量最低，与T2、T4组差异无统计学意义（P>0.05），T2、T4、T5组较对照组分别降低了20.56%、21.39%、21.72%；T4组的有机结合态Pb最低，与T2、T5组差异无统计学意义（P>0.05），T2、T4、T5组较对照组分别降低了31.51%、31.77%、28.27%；T4组残渣态Pb含量最高，与T2、T5组差异无统计学意义（P>0.05），T2、T4、T5组较对照组分别升高了175.53%、181.76%、168.85%。
2.1.2 Cd含量
由图2可知，T4、T5组可交换态Cd含量最低，与T2组差异无统计学意义（P>0.05），T2、T4、T5组较对照组分别降低了50%、57.14%、57.14%；碳酸盐结合态Cd含量最低值出现在T2、T4、T5组，与T3组差异无统计学意义（P>0.05），T2、T3、T4、T5组分别较对照组降低了22.22%、11.11%、22.22%、22.22%；T4组铁锰氧化态Cd含量最低，且低于对照组，差异具有统计学意义（P<0.05），较对照组降低了16.67%，与其他各组差异无统计学意义（P>0.05）；T2、T3、T4、T5组有机结合态Cd含量低于T1组及对照组，差异具有统计学意义（P<0.05），均较对照组降低了11.11%；T4组残渣态Cd含量最高，但与T5组差异无统计学意义（P>0.05），但高于其他各组，差异具有统计学意义（P<0.05），T4、T5组分别较对照组升高了200.00%、185.71%。
2.2 土壤重金属形态
2.2.1 土壤各形态Pb占比
由图3可知，可交换态Pb占比最低值出现在T3组，大小排序依次为对照组>T1>T5>T2>T4>T3；T4组碳酸盐结合态、有机结合态Pb占比均最低，大小排序依次为对照组>T3>T1>T2>T5>T4、对照组>T3>T1>T5>T2>T4；铁锰氧化态Pb占比最低值出现在T5组，大小排序依次为对照组>T1>T3>T2>T4>T5；T4残渣态Pb占比最高，大小排序依次为T4>T2>T5>T3>T1>对照组。
2.2.2 土壤各形态Cd占比
2.3 土壤酶活性
3 结论与讨论
3.1 不同菌制剂对红枣地土壤重金属形态的影响
根据Tessier等[8]提出的分类方法，土壤中的重金属形态可被划分为5种类型，包括可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态以及残渣态。其中，可交换态的重金属形态最不稳定，且最容易被植物吸收和动物利用；碳酸盐结合态相对稳定，但在酸性土壤条件下易发生酸解作用，致使重金属重新释放到土壤中；铁锰氧化态的活性较低，但其稳定性会随着土壤氧化还原环境的变化而变化，从而导致重金属的重新释放；有机结合态指的是重金属与有机物形成的复合物，在土壤有机成分发生改变时，重金属形态亦会随之发生变化；残渣态则是这5种形态中最稳定、对环境影响最小的。在生物修复领域，菌制剂的应用能够通过多种机制改变土壤中重金属的化学形态，导致土壤pH下降，从而促进碳酸盐结合态重金属的分解，进一步增强植物对这些金属的吸收能力[9]。
对于农作物种植而言，关键在于如何促使重金属形态从不稳定状态向稳定状态转化，重金属的稳定性越高，通过食物链进入植物体内的可能性就越小，由此带来的潜在危害也就相应降低。刘悦畅等[10]研究表明，沼泽红假单胞菌能够改变土壤中镉的形态，从而降低土壤中的镉含量；柳晓光[11]研究指出，枯草芽孢杆菌具有钝化土壤重金属的能力，能够降低其有效态含量，进而减少植物对这些重金属的吸收；余雪梅等[12]成功分离出一种对镉具有较强吸收能力的枯草芽孢杆菌，其作用机制在于与镉发生反应形成沉淀，从而实现对镉的富集；宋璐[13]研究发现，沼泽红假单胞菌与枯草芽孢杆菌的联合应用能够显著降低连翘土壤中可提取态镉的含量，并增加残渣态镉的含量。本试验中，T4组Pb、Cd不稳定的形态含量及占比均较低，残渣态最高，可见菌制剂对土壤重金属的形态有一定影响，可降低Pb、Cd可交换态含量，提高残渣态含量，使重金属向红枣树转移量降低，其作用机理可能是通过菌制剂的生命活动改变土壤化学性质、有机物等营养物质含量来改变重金属形态[14-15]。
3.2 不同菌制剂对红枣地土壤酶活性的影响
土壤酶作为土壤生化反应的催化剂，是衡量土壤肥力的重要指标。其中，土壤过氧化氢酶能够增强作物的抗病能力，并有助于降解土壤中的污染物；脲酶则能够提升土壤中氮素的转化效率，从而增加植物的营养吸收；蔗糖酶参与土壤的碳代谢过程，显著提升土壤中易溶性营养物质的含量[16-18]。土壤酶活性受多种因素的影响，在施肥过程中，通过合理施用生物制剂、实行间作以及调整灌溉方式等措施，均能有效提升土壤酶的活性[19-20]。当前关于菌制剂对红枣地土壤酶活性影响的研究相对较少。闫锋等[21]研究探讨了不同微生物对糜子地土壤酶活性的影响，结果显示，施用复合菌制剂较单独施用光合细菌处理组的土壤酶活性有显著提升；李星月等[22]研究发现，在油菜地施用光合细菌能够显著增强土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶的活性；王桂花等[23]研究表明，在橡胶树、葛藤间作土地中接种根瘤菌，不仅可以降低氮肥的施用量，而且能够显著增强土壤脲酶活性。在本次试验中，菌制剂组的土壤酶活性普遍高于对照组，特别是T4组，其土壤酶活性整体表现更为显著。
3.3 结论
基于本研究对红枣地复合菌制剂施用效果的系统分析，可得出以下结论。（1）菌制剂可影响红枣地土壤中Pb、Cd形态，促进其从可交换形态向稳定形态转变，降低其向枣树传播的风险。（2）在红枣种植过程中，适度施用菌制剂能够有效提高土壤酶活性，从而促进土壤能量的循环。（3）综合本试验指标测定结果，在红枣地种植管理中复合菌制剂的建议施用量为6.00 kg/hm2。