土壤水分對Cd污染土壤蔬菜產量和Cd積累的影響

陳永堅，疏仁宗，杜應瓊，王富華，文 典，2，徐愛平，李富榮，趙沛華，杜瑞英，王 旭，何 舞

(1.廣東省農業科學院農產品公共監測中心 510640;2.農業部農產品質量安全風險評估實驗室;3.農業部農產品質量安全檢測與評價重點實驗室)

Cd因其劇毒性及農田污染的嚴重性而成為目前農業研究中的重點和熱點[1－3]。生產中多數污染土壤還在被利用。因此，如何減少食用農產品從土壤等環境中吸收和積累Cd成為保障人民身體健康的關鍵。相較于其他重金屬元素，Cd在土壤中具有有效態比例較高、活性較強、更易被作物吸收等特點[4－5]。但也更易通過改變土壤環境條件而對其進行控制，改土法、電化法等工程措施往往因工程量大、費用高，并且有可能對土壤生態功能造成破壞而受到限制，農藝調控措施則因簡單易行[6]、不會對環境造成二次傷害而逐步受到重視。據報道，土壤水分調控能顯著影響水稻對Cd的吸收和累積，淹水還原環境能有效降低水稻對Cd的吸收和累積[7－9]。但目前水分對作物Cd吸收和累積影響的研究主要集中在水稻上，而對蔬菜等旱作影響的研究鮮見報道。

本文重點探討Cd污染土壤的不同田間持水量對土壤pH值、土壤有效態Cd含量、蔬菜產量及蔬菜Cd含量等的影響，以期為合理利用和科學治理Cd污染土壤提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤取自韶關礦區典型紅壤Cd污染菜地耕層，基本理化性狀:pH值6.69、速效氮141.58 mg/kg、有效磷 120.62 mg/kg、速效鉀 148.37 mg/kg、有機質23.75 g/kg、CEC 10.02 cmol/kg、有效Cd 0.78 mg/kg、全Cd 4.00 mg/kg。設添加Cd的兩個土壤鎘水平，即土壤全Cd含量4.00 mg/kg(Cd1)、8.00 mg/kg(Cd2);以分 析 純 Cd(NO3)2·4H2O溶液的形式加入土壤，干濕交替2次，平衡1周。

供試蔬菜為尖葉油青甜菜心和玉帥竹葉青蕹菜，種子購于廣東省農業科學院蔬菜研究所種子市場。

1.2 試驗設計

試驗在本單位盆栽場進行，設2個處理:①40%田間持水量，②80%田間持水量。裝盆前測定土壤田間持水量為21%，每天用稱重法將田間持水量補充到試驗設計水平。氮肥以尿素形式施200 mg(每公斤土施用量，下同)，磷肥以KH2PO4的形式施150 mg，鉀肥在KH2PO4的基礎上以KCl的形式補足到200 mg，并加入阿農溶液1 mL。上述營養元素均在裝盆時拌土施入。用直徑25 cm、高20 cm的塑料盆，每盆裝土3 kg，底部墊紗網防止漏土。5次重復，盆栽隨機擺放。

蔬菜種子經1%NaClO消毒10 min后，用自來水沖洗數次，再用去離子水沖洗。浸泡過夜后菜心在2013年7月21日播種，9月12日收獲;蕹菜于7月24日播種，8月24日收獲。收獲后取蔬菜和土壤進行相關項目分析。

1.3 測定方法

土壤全量Cd按照GB/T 17141－1997測定;蔬菜Cd含量按照GB/T 5009.15－2003，采用濕消解法測定;土壤有效態 Cd按照 GB/T 23739－2009，采用DTPA浸提法，然后上ICP(美國Thermo公司產iCAP6000)測定。

土壤pH值采用pH計測定 (水土比為2.5∶1)，有機質采用重鉻酸鉀外加熱法，CEC采用醋酸銨法，全氮采用開氏法，堿解氮采用堿解擴散法，有效磷采用Olsen－NaHCO3浸提—鉬藍比色法，速效鉀采用NH4OAc浸提—火焰光度法，田間持水量采用環刀法。

蔬菜Cd積累量(mg)=蔬菜質量(g)×蔬菜Cd含量(mg/kg)×10－3;蔬菜Cd富集系數 =蔬菜 Cd含量(mg/kg)/土壤Cd含量(mg/kg)。

1.4 數據處理

采用SPSS 19.0進行統計分析，采用單因素方差分析法 (one-way ANOVA)和最小顯著差數法(LSD)比較不同數據間的差異。

2 結果與分析

2.1 土壤pH值

由表1可知，提高土壤田間持水量均可顯著提高土壤的pH值。在2種Cd水平下，80%持水量處理的菜心土壤pH值比40%持水量處理的分別提高0.33個單位和0.25個單位，蕹菜土壤pH值分別提高0.32個單位和0.25個單位。

表1 不同田間持水量對土壤pH值的影響

2.2 蔬菜產量

由圖1可知，在2種Cd水平下，提高田間持水量能顯著增加菜心產量，極顯著增加蕹菜產量。在Cd1和Cd2水平下，菜心80%田間持水量處理分別比40%田間持水量處理增產60.0%和101.8%，蕹菜分別增產148.0%和137.8%。增加田間持水量對蕹菜的增產效果明顯優于菜心，這可能與蕹菜的喜水特性有關。與Cd1處理相比，Cd2處理對菜心生長有抑制作用，在2種水分條件下 (40%和80%)菜心分別減產27.5%和8.5%，蕹菜分別減產4.8%和8.7%。

圖1 不同田間持水量對蔬菜產量的影響

2.3 土壤有效態Cd含量

由表2可知，在Cd1水平條件下，提高土壤田間持水量對2種蔬菜土壤有效態Cd含量均未產生顯著影響;在Cd2水平時，提高土壤田間持水量顯著降低了菜心土壤有效態Cd含量，極顯著降低了蕹菜土壤有效態Cd含量，降幅分別達到9.1%和24.3%。

表2 不同田間持水量對土壤有效態Cd含量的影響 (單位:mg/kg)

2.4 蔬菜Cd含量

圖2 不同田間持水量下蔬菜Cd含量

由圖2可知，提高土壤田間持水量能顯著或極顯著降低蔬菜體內Cd含量。在2種土壤Cd水平下，80%田間持水量處理的菜心Cd含量比40%田間持水量的分別降低了23.0%和168.4%，蕹菜Cd含量分別降低了136.4%和214.8%。說明提高土壤田間持水量對蕹菜Cd含量的降低效果優于菜心，Cd2水平的效果優于Cd1水平。

2.5 蔬菜Cd積累

從表3可知，對菜心而言，在2種Cd水平下，提高土壤田間持水量均未對其Cd積累量產生顯著影響。在Cd1水平下，提高土壤田間持水量未對蕹菜Cd積累量產生顯著影響，但在Cd2水平下，提高土壤田間持水量可顯著降低蕹菜體內的Cd積累量。

表3 不同田間持水量對蔬菜Cd積累量的影響

從表4可以看出，提高土壤田間持水量顯著降低了菜心Cd1水平的Cd富集系數，極顯著降低了菜心Cd2水平和蕹菜在2種Cd水平下的Cd富集系數。在Cd1、Cd2水平下，菜心富集系數分別降低30.1%和186.7%，蕹菜分別降低171.3%和173.4%。另外，結合圖2可以看出，不同田間持水量對蔬菜Cd富集系數和蔬菜Cd含量有良好的對應關系，高水分含量降低蔬菜中Cd含量是因為其降低了蔬菜對土壤Cd的富集系數。

3 結果與討論

3.1 土壤田間持水量對蔬菜Cd含量的影響

土壤田間持水量對蔬菜Cd含量的影響主要有以下幾個方面:①提高土壤田間持水量可降低土壤溶液Cd含量[10];②提高土壤田間持水量可提高土壤pH值[11]，而土壤pH值是影響Cd形態和有效性的最重要因素[12－14]。空心菜地上部和根系的Cd含量與土壤 pH呈極顯著負相關 (表5)。表明土壤pH值是影響空心菜吸收 Cd的主要因素之一[11]。在本試驗中土壤pH值對蔬菜Cd含量的影響最為顯著，供試2種蔬菜Cd含量與土壤pH的相關性均達極顯著水平。③提高土壤田間持水量促進了植物的生長，因稀釋效應而降低了蔬菜Cd含量。

表4 不同田間持水量下蔬菜Cd富集系數

表5 試驗主要因子間相關關系分析

另外，有研究認為，高土壤持水量降低了土壤Eh，土壤中的 SO2－4被還原為 S2－，Cd在土壤中具有很強的親硫特性，可與S2－形成CdS沉淀;同時高土壤持水量增強了有機質中的官能團對Cd的絡合與螯合能力，從而降低Cd的活性[15－16]。

3.2 土壤有效態Cd含量

王艷紅等[11]在空心菜上的試驗結果表明，土壤DTPA－Cd含量和土壤pH值是影響空心菜體內Cd含量的兩個最主要因素，且兩者呈顯著負相關。而在本試驗中，土壤有效態Cd(DTPA－Cd)與蔬菜Cd含量及土壤pH值的相關性因蔬菜品種和土壤Cd水平的不同而有差異。何江華等[17]研究表明，菜心 (菜薹)只要加入低濃度Cd，其產量即極顯著下降;蕹菜則與菜心表現不同，當培養液中加入低濃度Cd時，其產量不但不下降，反而有所上升，只有當培養液中Cd濃度較高時，蕹菜產量才會下降，但其下降幅度遠不及菜心等蔬菜。

提高田間持水量能提高土壤pH值，降低土壤有效態Cd含量，提高蔬菜產量，同時大幅度降低蔬菜Cd含量，是一種環境友好、廉價高效的重金屬污染調控措施。

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