氮磷鉀肥配施對輕鎘污染紅壤中小白菜生長及鎘累積的影響

陳修曉，王翠紅，郭 琪，倪 政，李葉軍，于青漪

（湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128）

鎘是環境中對人類毒性最強的重金屬元素之一。湖南省是“有色金屬之鄉”，土壤重金屬污染較為嚴重，其中以鎘污染較為普遍[1-3]，以城郊菜園土壤中鎘的污染較為嚴重[4]。葉類蔬菜是人們喜愛的蔬菜之一，但其具較強的重金屬富集能力，其中小白菜對鎘的富集作用較強[5]。在蔬菜生產中，施用NPK肥是較為重要的增產措施，研究表明，NPK肥能在一定程度上緩解重金屬的毒害。目前，國內外研究NPK元素對重金屬鎘的影響主要以單一元素為主[6-8]，兩個以上元素的研究較少[9]，而其作用機理方面尚缺乏研究報道。

本試驗選取湖南省有代表性的2種母質類型發育的耕型紅壤為供試土壤，以小白菜為研究對象，通過秋冬季盆栽試驗，揭示不同母質紅壤中NPK肥配施對改善重金屬鎘對小白菜生長發育的影響，旨在通過施肥為緩解土壤鎘污染，保障蔬菜的食用安全提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤與作物

供試土壤采自湖南省長沙縣境內，為第四紀紅土、花崗巖風化物發育的耕型紅壤。采集深度0～20 cm，采回后于室內陰涼處風干，除去砂礫及植物殘體，捶碎過1 cm×1 cm篩，混合均勻后備用，并隨機選取適量，磨碎過10目和100目尼龍篩，用于土壤理化性質測定，結果見表1。

供試作物為原種上海青小白菜，由湖南省農業科學院提供。

表1 供試土壤理化性質

1.2 試驗設計

盆栽試驗于2010年在湖南農業大學農業資源系科研教學試驗基地進行。每種紅壤利用Cd的后期添加控制其Cd的含量，設3個水平，分別為Cd 0、Cd 0.5 mg/kg、Cd 1.0 mg/kg。3 個 Cd 水平均以不施用NPK為對照，其中Cd 0.5 mg/kg、Cd 1.0 mg/kg分別設 3個 N 水平 （0.10 g/kg，0.15 g/kg，0.30 g/kg），2個 P 水平（0.10 g/kg，0.30 g/kg）和 1 個 K 水平（0.15 g/kg）進行試驗。每種紅壤15個處理，3次重復。

所有試驗肥料均為分析純試劑，氮肥為尿素（N 46%），磷肥為一水磷酸二氫鈣（P2O524.6%），鉀肥為氯化鉀（K2O 52%）。磷肥基肥100%，氮肥和鉀肥基肥各施40%，氮肥分兩次追肥，每次30%，鉀肥追肥一次為60%。試驗用盆缽規格為直徑18 cm、高20 cm，每盆裝土2.5 kg。將土壤、NPK基肥分別與不同濃度的鎘液充分混勻，然后裝盆，隨機排列。加蒸餾水保濕（保持60%田間持水量），網室內平衡1周后，于10月7日下午播種，每盆播15粒小白菜種子，待苗高達2～3 cm時進行定苗，每盆留4棵長勢基本一致的植株。小白菜生長期間，要及時澆水（蒸餾水）、治蟲、中耕等，并觀察其長勢長相，同時每隔2～3 d觀察并記錄白菜的葉片數、株高及毒害癥狀。花崗巖紅壤的小白菜于11月25日收獲，第四紀紅土紅壤的小白菜于12月15日收獲。小白菜收獲后，其地上部分用蒸餾水沖洗干凈，置于烘箱105℃下殺青0.5 h后，再調至65℃烘干至恒重，稱取干重，把樣品磨碎過40目尼龍篩，用于測植株中的鎘含量。

1.3 測定項目與方法

土壤基本理化性質的測定：pH值采用1∶1水浸-電位法，有機質采用硫酸重鉻酸鉀外加熱-容量法，全氮采用半微量凱氏法，堿解氮采用堿解擴散法，全磷、全鉀采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用1 mol/L乙酸銨浸提-火焰光度法，CEC采用醋酸銨交換法，粘粒含量采用比重速測法[10－11]。

土壤總鎘含量的測定采用HNO3-HCl-HClO4-HF消化-原子吸收光譜法，有效鎘含量的測定采用DTPA浸提-原子吸收光譜法，植株中鎘含量用HNO3-HClO4消化-原子吸收光譜法[12]。

2 結果與分析

2.1 施用不同配比NPK肥對小白菜體內鎘含量的影響

由圖1、圖2可知，與對照相比，除第四紀紅土紅壤的 Cd 1.0 mg/kg、N 0.1 g/kg、P 0.1 g/kg、K 0.15 g/kg處理外，其它處理中小白菜體內含Cd量均有降低。其中，花崗巖紅壤中Cd 1.0 mg/kg、N 0.15 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg 處理的降幅最大，達59.87%，第四紀紅土紅壤中Cd 1.0 mg/kg、N 0.3 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg降幅最大，為 53.18% 。可見，配施不同NPK在緩解小白菜鎘毒害方面，花崗巖紅壤優于第四紀紅土紅壤。

圖1 花崗巖紅壤施鎘 0.5 mg/kg（a）、1.0 mg/kg（b）水平下小白菜體內鎘含量隨施氮水平的變化

圖2 第四紀紅土紅壤施鎘 0.5 mg/kg（a）、1.0 mg/kg（b）水平下小白菜體內鎘含量隨施氮水平的變化

與低P處理相比，花崗巖紅壤中高P處理的小白菜體內含Cd量降幅最大的為35.97%，最小為23.05%，而第四紀紅土紅壤中高P處理的小白菜體內含Cd量降幅最大的為42.53%，最小為8.20%。且最小降幅均出現在Cd 0.5 mg/kg、N 0.3 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg處理中。可見，高P處理可減輕Cd對小白菜的毒害。劉世亮、劉芳等[13]發現添加P可減輕Cd對油麥菜、菠菜的毒害，且植株體內P、Cd的含量與土壤環境中P、Cd的含量濃度呈顯著正相關。

兩種加Cd土壤中，Cd 0.5 mg/kg處理中，除第四紀紅土紅壤低P處理外，其余處理中的小白菜體內含Cd量均隨N水平提高而增加；Cd 1.0 mg/kg處理中，除第四紀紅土紅壤高P處理外，其余處理中的小白菜體內含Cd量均隨N水平提高而降低。李波等[14]研究表明氮肥對重金屬Cd在土壤中吸附、解吸、形態轉變、遷移率大小的影響顯著。

花崗巖紅壤在Cd 0.5 mg/kg中，N 0.1 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg處理的小白菜體內Cd含量最低為 0.12mg/kg，而在 Cd 1.0 mg/kg中，N 0.15 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg處理的小白菜體內Cd含量最低值為0.18 mg/kg，分別較對照降低57.85%和59.87%。而第四紀紅土紅壤中對應的值分別為1.16 mg/kg和 1.49 mg/kg。

綜上所述，花崗巖紅壤所有處理中，小白菜體內含Cd量均明顯低于第四紀紅土紅壤所有的處理。這可能與pH值的大小有關。

2.2 施用不同配比NPK肥對小白菜產量的影響

從圖3、圖4中可知，與對照相比，各處理的小白菜產量均有所增加。其中，第四紀紅土紅壤中的Cd 1.0 mg/kg、N 0.3 g/kg、P 0.1 g/kg、K 0.15 g/kg 處理增幅最大，為1 513.16%，而花崗巖紅壤中的Cd 1.0 mg/kg、N 0.1 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg 處理增幅最大，為423.58%。

圖3 花崗巖紅壤施鎘0.5 mg/kg（a）、1.0 mg/kg（b）水平下小白菜產量隨施氮水平的變化

圖4 第四紀紅土紅壤施鎘 0.5 mg/kg（a）、1.0 mg/kg（b）水平下小白菜產量隨施氮水平的變化

兩種加Cd土壤中，花崗巖紅壤的高P處理中，小白菜產量隨N水平提高先降低后增加；低P處理中，小白菜產量隨N水平提高先增加后降低。第四紀紅土紅壤的低P處理中，小白菜產量隨N水平提高而增加。

Cd 0.5 mg/kg處理的花崗巖紅壤中，Cd含量最低的小白菜干重為6.29 g，為花崗巖紅壤中小白菜干重最大值的97.67%；而Cd 1.0 mg/kg處理的花崗巖紅壤中，Cd含量最低的小白菜干重為5.75 g，是其小白菜干重最大值的89.21%。Cd 0.5 mg/kg處理的第四紀紅土紅壤中，Cd含量最低的小白菜干重為3.13 g，為第四紀紅土紅壤中小白菜干重最大值，而Cd 1.0 mg/kg處理的第四紀紅土紅壤中，Cd含量最低的小白菜其干重為1.76g，為第四紀紅土紅壤中小白菜干重最大值的56.32%。

3 討論

研究表明，施P肥能顯著降低植株中Cd的含量。一方面，因為P肥改善了植株的營養狀況，促進其生長從而引起生物稀釋作用[9]；另一方面，由于植物吸收Cd后，與無極陰離子磷酸根進行絡合，生成CdHPO+4或CdH2PO+4等絡合物，增大了植物體內Cd的遷移性，避免了Cd在某一組織的大量沉淀累積，從而減少了Cd對植物的危害[10]。本試驗中，高P處理能有效緩解Cd污染，且在Cd含量最低的小白菜中，除第四紀紅土紅壤Cd 1.0 mg/kg、N 0.3 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg處理的小白菜干重達到最大干重的56.32%外，其余處理小白菜的干重均超過最大干重的89%。但要使小白菜體內Cd含量達到0.05 mg/kg的食用衛生標準，以及在農業推廣中有更好的應用前景。建議采用正交旋轉設計尋優的設計方法，尋找既滿足Cd食用安全標準，又能保證產量的最佳NPK肥配比范圍。

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