三種改良劑對土壤中鎘（Cd）的鈍化及小白菜品質的影響

徐守俊，孫 金，黨蕊娟，王 旭，莫測輝，吳志超，石含之，李富榮，杜瑞英

（1.廣東省農業科學院農業質量標準與監測技術研究所/農業農村部農產品質量安全風險評估實驗室（廣州）/廣東省農產品質量安全風險評估重點實驗室，廣州 510640；2.華中農業大學，武漢 430070；3.深圳潤康生態環境股份有限公司，廣東 深圳 518102；4.暨南大學，廣州 510632）

根據《全國土壤污染狀況調查公報》的報道，鎘（Cd）是中國土壤重金屬污染最嚴重的元素之一，其點位超標率居重金屬污染之首。工礦違規排放、污水灌溉、農藥及肥料不合理施用等人為外源輸入活動加劇了中國土壤Cd 污染問題［1］。土壤中的重金屬鎘可以通過農產品的累積富集進入食物鏈，人們長期攝入鎘超標的農產品將會對身體健康造成不同程度地損害［2］。小白菜是人們日常生活中不可或缺的一種葉菜類蔬菜，但其對Cd 具有較強的富集能力［3］。Cd 是植物非必須元素，其影響小白菜的生長和品質，而且Cd 污染土壤種植的小白菜存在重金屬Cd 超標風險，將會對人體健康帶來不利影響［4-6］。

目前，原位鈍化技術是解決中國農田土壤重金屬超標問題高效且能適用于大范圍推廣的技術手段之一。原位鈍化是通過向重金屬污染土壤中添加土壤修復劑，從而降低土壤重金屬的移動性和生物有效性［7］。常用的土壤修復劑主要包括含硅物質、含鈣物質、含磷物質、金屬氧化物、黏土礦物以及有機質等［8-10］。石灰、煤灰、鋼渣、高爐渣等堿性物質可以提高土壤pH，促進重金屬生成硅酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物沉淀，可降低土壤中重金屬有效性［8］。雖然這些產品能夠在一定程度上對土壤中重金屬產生鈍化作用，但是也對土壤理化性狀帶來不利影響，最終可能影響農產品產量和品質［11-13］。例如，施用過多的鈣質堿性物質會造成土壤板結，降低作物對礦質養分的吸收效率，從而對作物產量和品質造成不利影響［14］；當羥基磷灰石用量超過5%（質量分數）就會對某些植物產生毒害，抑制生長［15］。

因此，本研究選用白云石煅燒物、腐殖酸、山梨糖醇，并按照一定比例復配成一種富含鈣鎂、有機質、糖醇螯合鈣的改良劑，以小白菜為研究對象，設置4 個不同施用量處理，研究復配改良劑對土壤Cd 的鈍化效果以及對小白菜產量與品質的影響。擬通過本研究推斷出此改良劑的最佳施用量，為Cd 污染區域葉菜類種植與安全管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 土壤改良劑

土壤改良劑主要物料包括白云石煅燒物、腐植酸、山梨糖醇及尿素等。白云石煅燒物與腐植酸配料均勻混合并粉碎備用，然后將山梨糖醇、尿素混合并加水攪拌溶解分散后與上述物料（白云石煅燒物與腐植酸混合粉末）均勻混合，擠壓造粒后干燥，最后對樣品進行檢測評價。土壤改良劑重金屬含量及主要成分含量如表1 所示。

表1 供試土壤改良劑中重金屬及主要成分含量

1.2 供試材料

供試小白菜品種為廣東省主栽品種，由廣東省農業科學院蔬菜研究所提供。

供試土壤為清遠市英德市大站鎮酸性重金屬Cd 污染土壤，其pH 為5.75，土壤總Cd 含量為0.607 mg/kg。土樣為0～20 cm 耕層土壤，經風干、粉碎過10 目篩后作為盆栽土壤。

1.3 試驗設計

本試驗采用室內土壤盆栽培養。試驗共設置3種改良劑處理和1 個對照：0 g/kg 土（T0）、1.50 g/kg土（T1.5）、3.0 g/kg 土（T3.0）、4.5 g/kg 土（T4.5），每個處理重復4 次。種植前，土壤施用等量的底肥，每千克土施入N 0.25 g，P2O50.10g，K2O 0.20g，氮肥為尿素，磷肥為磷酸二氫鉀，鉀肥為硫酸鉀，均為分析純。每個處理的改良劑、肥料充分與土壤混合后，加去離子水使土壤水分含量達到田間持水量的60%，平衡2 周后風干磨碎重新混勻裝盆。每盆直播后間苗，保證每盆留存5 株長勢一致的小白菜，種植期間根據土壤干濕情況澆入適量的去離子水，并加蓋防蟲網防治蟲害。培養28 d 后收獲地上部并采集土壤樣品。

1.4 樣品采集與分析

土壤理化性質的測定：pH 用水浸提法，m（土壤）∶v（水）＝1∶2.5，用pH 計測定。土壤有效態Cd 含量采用DTPA 浸提劑提取后，利用電感耦合等離子體（ICP-MS）測定其含量。

植物樣相關指標測定：小白菜地上部利用去離子水洗干凈后，吸水紙吸干水分，利用百分之一天平稱量鮮重并記錄。地上部Cd 含量采用鮮樣勻漿后，利用HNO3-HClO4（9∶1）微波消煮系統進行消煮，然后利用ICP-MS 測定。小白菜地上部可滴定酸含量測定方法為酸堿中和轉移法；小白菜地上部維生素C 含量測定方法為2，6-氯酚靛酚法；小白菜地上部可溶性固形物含量測定方法參照折射儀法。

1.5 數據分析

數據采用Excel軟件進行初步處理分析，然后采用SPSS 20.0 軟件進行單因素方差分析，數據呈現均為平均值±標準誤差（n=4），P＜0.05 為顯著差異。利用Sigmaplot 12.0 軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 添加不同量改良劑對土壤pH、有效態Cd 含量的影響

針對添加不同量改良劑處理下土壤pH 及土壤有效態Cd 進行比較分析，結果如圖1 所示。施用3種改良劑可顯著提高土壤的pH（P＜0.05），土壤pH從T0 處理（對照）的5.75 提升到T4.5 處理的7.28，T1.5、T3.0、T4.5 處理的pH 相比T0 處理分別提高了12.9%、24.5%、26.7%。施用3 種改良劑可以顯著降低土壤鎘活性，起到一定的鈍化效果，土壤有效態鎘含量分別比T0 處理降低18.5%、29.7%、30.2%。結果表明，施用土壤改良劑可以有效地鈍化土壤中的Cd。

圖1 添加不同量改良劑對土壤pH 和有效態Cd 含量的影響

2.2 添加不同量改良劑對小白菜生長及地上部Cd含量的影響

測定小白菜地上部生物量及地上部的Cd 含量，結果如圖2 所示。施用改良劑處理（T1.5、T3.0、T4.5）的小白菜長勢優于T0 處理；施用改良劑處理的地上部鮮重相較于T0 處理分別提高了5.5%、7.9%、12.9%；施用不同量的改良劑也顯著降低了小白菜地上部Cd 含量，分別降低了15.0%、34.5%、36.9%，表現出顯著差異，地上部Cd 含量遠低于《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB2762—2017）規定的葉菜類標準0.2 mg/kg。結果表明，施用一定濃度的改良劑對小白菜生長起到明顯的促進作用，同時可以保障小白菜地上部Cd 含量達到安全水平。

圖2 不同改良劑添加量下小白菜長勢（a）、生物量（b）及可食部位Cd 含量（c）的差異

2.3 施用不同量改良劑對小白菜品質的影響

施用改良劑在一定程度上提高了小白菜地上部的品質，如表2 所示。相比T0 處理，T3.0 和T4.5 處理顯著降低了可滴定酸含量，分別降低了29.55%、24.24%；T1.5、T3.0、T4.5 處理顯著提高了維生C 含量，相對T0 處理分別提高了11.3%、12.7%、23.6%；施用不同濃度改良劑對小白菜地上部可溶性固形物含量無顯著影響。結果表明，合理施用改良劑可以有效地提升小白菜品質。

表2 施用不同量改良劑對小白菜品質的影響

3 討論

3.1 3 種改良劑對土壤重金屬Cd 生物有效性的影響

研究表明，通過施用適宜濃度的土壤改良劑與土壤中重金屬發生吸附、沉淀、離子交換、氧化還原等一系列反應，從而改變重金屬在土壤中的賦存形態，降低其在土壤中的移動性和生物有效性，最終減少重金屬對農作物的毒害以及在農產品中的富集，常用的土壤改良劑主要包括鈣質、硅質、鎂質等材料。例如，施用含鈣質的石灰、石灰石、白云石粉、納米級Ca/CaO 等可提高酸性土壤pH 或吸附反應，從而降低重金屬活性［16-21］。其中，硅質材料改良劑可通過降低根際土壤鎘活性以及減少根系中鎘向地上部運輸等機制降低農作物對重金屬的吸收累積［22，23］。例如，施用硅肥在一定程度上降低了小白菜根際土壤有效鎘含量。武成輝等［24］研究表明，在鎘超標土壤施加0.5%的新型硅酸鹽鈍化劑可使小白菜Cd 含量降低59.17%。本研究施用的3 種改良劑主要由白云石煅燒物及腐殖酸等配制而成，富含鈣、鎂、硅等營養元素，同時pH 表現為堿性。3 種改良劑均可不同程度地提高土壤的pH，可能和該改良劑富含鈣、鎂、硅等堿性物質使其具有較高的pH 有關，同時，通過降低土壤中有效態鎘含量，從而顯著降低小白菜地上部的鎘含量。武成輝等［24］和康宏宇等［21］研究發現，施用含鈣質和硅質的改良劑具有提高土壤pH 和降低土壤鎘生物有效性的作用。通過營養液培養試驗發現，當腐殖酸處理的濃度為100 mg/L 時，可顯著降低生菜中地上部鎘含量［25］。本研究結果從效應機理方面與前人研究結果一致。

3.2 3 種改良劑對小白菜產量和品質的影響

本研究中所施用的改良劑富含作物生長所必須的鈣、鎂等營養元素，同時含有腐殖酸和糖醇鈣等成分，單施或復配均能提高農產品產量和品質。研究表明，施用適宜濃度鈣肥、鎂肥可促進蔬菜的生長發育，提高蔬菜的產量與品質［26-28］。例如，施用一定濃度的硝酸鈣和硫酸鎂均能顯著地提高小白菜地上部中維生素C 和還原糖的含量［29］。與常規施肥相比，施用糖醇螯合鈣可提高茄子產量和品質，增產可達9.11%，VC 含量、可溶性固形物含量和糖酸比分別提高了85.38%、34.55%和49.51%［30］。也有研究表明，配施鉀鎂肥比施用單質硫酸鉀具有顯著的增產效果，增產幅度可達41.0%，表明施用適量鎂肥可以起到顯著增產作用［31］。腐殖酸作為一種功能性肥料，適量施用可以提高肥效、改良土壤，對農產品產量和品質具有顯著提升作用。例如，當每千克土施用2.48 g 的腐殖酸時，可顯著提高芹菜和韭菜的產量，施用100 mg/L 腐殖酸可以通過促進生菜的氮代謝和光合作用能力顯著提高其產量［32-34］。此外，通過硅鈣和腐殖酸合理復配對蔬菜的生長具有更好地促進作用，可顯著提高蔬菜產量［35］。結合前人研究結果，通過對比發現，本研究中施用不同比例白云石煅燒物、腐殖酸等復配成的土壤改良劑均能不同程度地提高小白菜產量和品質。

4 結論

本研究施用白云石煅燒物、腐殖酸等復配而成的改良劑，顯著提高了土壤pH，并顯著降低土壤中Cd 有效態以及小白菜地上部Cd 含量，最佳施用量為3.0%。3 種改良劑可能富含鈣、鎂營養元素以及腐殖酸等成分，對小白菜的生長以及品質均有一定程度的促進提升作用。