不同肥料對土壤中重金屬Cd的植物修復影響

張琦 徐靜靜

摘要：目前Cd污染農田現象普遍，植物修復技術對周圍環境影響較小，污染治理成本較低、污染治理效果持久，具有良好推廣應用前景，但植物地上部分的生物量一直是制約植物修復效率的主要限制因素。不同肥料對土壤中Cd的生物有效性及植物對Cd的吸收影響不同，本文主要分析不同肥料對土壤中重金屬Cd的植物修復的影響。

關鍵詞：肥料;土壤;鎘;植物修復

土壤中重金屬Cd的存在形態

重金屬以比較復雜的形態存在于土壤中，一般分為可交換態及碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機物及硫化物結合態和殘留態4種，其生物有效性逐漸降低金屬穩定性逐漸加強。土壤中存在的Cd的形態一般可以分為水溶性Cd以及非水溶性Cd兩大類。以離子態和絡合態存在的水溶性Cd等能被作物直接吸收，對生物危害性較大，而非水溶性Cd比如CdS和CdCO₃等不易遷移轉運，無法被作物直接吸收，但水溶性Cd和非水溶性Cd可以隨著環境條件的改變而相互轉化。

Cd污染的危害

Cd是重金屬當中生物毒性最強的一種元素，其在環境當中具有化學活性強、移動性強并且生物毒性持久的特點。Cd可以通過水、大氣、動植物等人類活動必需接觸的介質進行侵害，危害著人類的健康。人體在長期和高劑量的情況下攝入Cd，能夠引起高血壓和心腦血管疾病、對骨骼和肝腎造成深度傷害，人體受Cd污染影響還會造成腎衰竭、脊柱畸形和骨質疏松等疾病。Cd不是植物生長所必需的元素，Cd會影響植物的正常健康生長，當植物體內的Cd累計到一定的含量時，就會使植物呈現出受毒害的癥狀^[4]，表現為植物根系的生長受到影響，從而降低植物對水分和養分的吸收;并且植物的呼吸作用和光合作用也會受到不利的影響，進而引起植物內新陳代謝失常，比如降低植物的葉綠素、蛋白質和糖的合成以及降低光合強度、改變某些特定酶的活性，最終植物的產量、品質和食品安全受到影響，進而直接或者間接危害到人體的健康。所以，Cd污染不但會對環境經濟造成巨大的損失，還會對人體和作物產生危害。

土壤Cd污染植物修復技術

植物修復指利用植物固定、揮發以及吸收土壤當中重金屬的能力，以降低土壤當中重金屬的含量或有效態的含量，降低其生物有效性，減少其對生物的危害。植物吸收是指通過利用富集植物和超富集植物對重金屬的高積累能力，轉運并富集土壤當中的金屬元素到植物的地上部分，最后通過收獲植物的地上部分，從而使得土壤當中重金屬的含量降低。植物揮發是指利用一些植物的特殊能力將土壤中的重金屬轉變為可以揮發的形態，使得重金屬從土壤當中和在植物的蒸騰過程當中揮發，離開土壤。植物固定是指植物根際的分泌物通過某些作用將土壤中的重金屬固定于土壤中使其降低移動性，其機理是通過根際分泌物來改變植物的根際環境，改變重金屬的形態，最終使得其在植物的根際附近產生沉淀和積累。

肥料對土壤重金屬Cd形態的影響

眾所周知通過施肥能夠增加作物產量和提高作物質量，化肥在增加作物產量、提高作物品質和保證糧食安全方面起到了舉足輕重的作用，此外，化肥還影響作物對重金屬的吸收。前人的研究結果表明化肥能夠改變土壤的理化性質比如pH、CEC等，還能夠改變重金屬的有效態，增加生物有效性，對于被重金屬污染的土壤，通過施加肥料能夠解吸和活化重金屬。向土壤中施入N、P、K肥，能夠改變土壤的pH和表面電荷數，并且能夠改變重金屬的形態，影響其有效性。有研究表明向土壤中施加NH₄⁺-N肥將會降低土壤的pH，曾清如等研究表明，NH₄Cl能夠顯著促進Cd的溶出，這可能是因為Cl^-能夠與Cd發生絡合反應。向土壤中施加P肥能夠增加土壤的負電荷和CEC，從而增加了土壤對重金屬離子的吸附。Xie和MacKenzie推測通過向土壤中施加P肥會增加金屬離子的專性吸附點位。

氮肥

有研究表明施用（NH₄）₂SO₄、NH₄NO₃和CO（NH₂）₂能增加弱酸性土壤當中水溶交換態Cd的含量，是因為這3種肥料均使土壤的pH降低。有研究指出：NH₄NO₃施入土壤后NH₄⁺將發生硝化作用，短期內能使土壤pH顯著的降低，從而增加Cd在土壤中的活性。宋麗華等研究表明連續五年定點施用NH₄Cl肥料，導致耕作層最高下降pH值1.2，說明在表層土施加NH₄Cl會在一定程度上酸化土壤^[30-35]。

磷肥

向酸性土壤中施加KH₂PO₄ （80mgP/kg），能夠降低水溶性和可交換態Cd的含量，增加碳酸鹽結合態Cd的含量。曹仁林研究證明施加鈣鎂磷肥能夠降低土壤當中交換態Cd含量，增加土壤中碳酸鹽結合態Cd含量和鐵錳氧化結合態Cd含量。Kaushik等研究結果表明，在堿性土壤中增加KH₂PO₄的施用量能夠降低晶形氧化鐵結合態、有機態以及碳酸鹽結合態的Cd含量，增加土壤中無定形氧化鐵結合態Cd含量及水溶態和交換態Cd的含量，殘留態Cd含量沒有變化。

鉀肥

向土壤中施加KCl，能夠增加土壤中水溶性Cd含量和可交換態Cd含量，并且能夠減少碳酸鹽結合態Cd含量，可能是因為K和重金屬離子競爭土壤表面的交換性而造成的。有研究表明施加KCl至稻田土壤中，能夠增加土壤當中交換態Cd含量。從上述前人研究結果來看，通過施加KCl能夠增加土壤中有效態Cd的含量。

肥料對植物吸收重金屬Cd的影響

氮肥

向土壤中施加銨態氮肥后，NH₄⁺會發生硝化/酸化作用降低土壤的pH，增加重金屬Cd的有效性，所以銨態氮比硝態氮更能增加Cd的活性。而且含N的鈣鹽比銨態氮更有助于增加Cd的有效性。Eriksson發現在總施氮量相同的條件下（NH₄）₂SO₄與NH₄NO₃相比（NH₄）₂SO₄處理下油菜籽粒當中Cd的含量更高。Willaert等研究表明（NH₄）₂SO₄能夠增加菠菜中Cd的含量。Maier等人研究在Ca（NO₃）₂、NH₄NO₃、CO（NH₂）₂、（NH₄）₂SO₄四種N肥施加下對馬鈴薯中Cd含量的影響，結果表明Ca（NO₃）₂與（NH₄）₂SO₄相比，Ca（NO₃）₂處理下馬鈴薯塊莖中的Cd含量更高，與其他氮肥相比施加CO（NH₂）₂處理后，能夠明顯降低幼苗葉片當中Cd的含量，這與Tu等人的報道相一致。Florijn等人在研究中也得出同樣的結論，銨態氮比硝態氮更能增加萵苣中的Cd含量，這是因為NH₄⁺能夠降低土壤的pH^[44]。

磷肥

P是植物生長和發育的必需營養元素，對保障作物生長和保障產量有著重要作用，P影響重金屬的活性以及作物對重金屬的吸收和積累。有研究表明施加P肥能夠促進油菜的生長，提高油菜的生物量，還可以降低土壤中重金屬Cd有效態的含量。有研究表明馬鈴薯塊莖中吸收積累的Cd含量隨著P肥施加量的增加而增加，說明在施P肥的處理下能夠增加馬鈴薯對Cd的吸收積累。

鉀肥

Bingham等人研究表明K肥中的伴陰離子Cl^-和SO₄^2-能夠增加瑞士甜菜中Cd的含量。依純真等人研究水稻在KCl、K₂SO₄、KNO₃處理下不同生育期中水稻中Cd的含量，結果表明，Cl^-能夠促進水稻對Cd的吸收，不同作物和不同生育期中Cd的含量存在差異;但與Cl^-不同，SO₄^2-卻顯著降低糙米中Cd的含量并且使得水稻減少對Cd的吸收;NO₃^-則對水稻吸收Cd的影響不大。施用KCl肥對水稻吸收Cd的促進作用高于小麥。Zhao等認為，Cd在整個植株中的含量隨KCl、K₂SO₄施用量而極顯著的增高，而KNO₃只有最高量時對植物Cd含量有顯著影響。試驗表明Cl^-和SO₄^2-增加了植物對Cd的吸收，這可以解釋為Cl^-和SO₄^2-容易與Cd²⁺形成配位體而增加了Cd的生物有效性。Sparrow等研究表明，與施用等量的K₂SO₄相比，施用KCl可增加馬鈴薯塊莖中Cd的濃度。Grant等認為KCl增加了大麥子粒中Cd的濃度^[53]。Weggler等的研究證實了植物吸收的Cd與土壤溶液中CdCl⁺的活度存在很高的相關性。相反，McLaughlin等的田間試驗表明，不同的K肥種類（KCl，K₂SO₄）對馬鈴薯塊莖中Cd的濃度沒有影響^[55]。

結語

面對大量Cd污染農田，植物修復技術因其原位修復，對周圍環境影響較小，污染治理成本較低、污染治理效果持久，具備凈化和美化環境的生態價值，因而良好推廣應用前景。通過施肥能夠促進植物的生長，增加植物地上部分生物量的積累，從而降低地上部分生物量所制約植物修復效率的影響。并且施加肥料可以增加土壤中Cd的生物有效性及植物對Cd的吸收量，因此在植物修復土壤重金屬Cd污染的研究或者應用當中應當根據所選擇的富集植物的種類和土壤污染濃度選擇肥料及施肥濃度，從而達到更好的修復效果。

參考文獻

[1] 高志嶺，劉建玲，廖文華.磷肥使用與鎘污染的研究現狀及防治對策[J].河北農業大學學報， 2001， 24（ 3） ： 90 -99 .

[2] 趙其國， 黃國勤， 錢海燕. 生態農業與食品安全. 土壤學報， 2007， 44（6）： 1127-1134

[3] 李明德， 童潛明， 楊海濤， 等.海泡石對鎘污染土壤改良效果的研究[J].土壤肥料， 2005， 1： 42 -44 .