磷对镉污染土壤中水稻吸收积累镉的影响

董善辉，李 军，赵 梅

（沈阳农业大学土地与环境学院，沈阳 110866）

镉污染已越来越受到重视和关注，土壤一植物系统中镉的迁移、分布、积累规律研究以及镉与其他元素交互作用研究也越来越广泛和深入。近年来，许多学者对施入磷肥调控植物吸收和积累重金属镉进行了研究和探讨，多数研究结果表明，施磷可显著降低植物对镉的吸收与积累[1-3]；但也有不少研究结果表明，增加土壤供磷量会促进植株对镉的积累[4]；同时，另一些研究结果表明，增加磷酸盐对植物镉吸收无明显影响[5]。

前人有关土壤-植物系统中磷、镉交互作用的研究多集中在旱田土壤及作物，而对长期处于淹水状态的土壤及作物研究相当匮乏，因此本文以此为研究点，并选择辽宁省广泛分布的水稻土为对象，以水稻作为指示作物，探讨水稻土中磷对植物生长发育及吸收积累镉的影响，为重金属污染土壤上生产安全作物产品和保护土壤生态环境提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤采自沈阳农业大学稻作试验田耕作层（0～20 cm），采样时间为2008年11月，采样地点为沈阳农业大学土壤基本理化性质pH 6.75，电导率 0.234×103μ·m－1，全氮 132.65 mg·kg－1，全磷 116.6 mg·kg－1，有效磷 90.1 mg·kg－1，有机质 6.54 g·kg－1，镉0.003 mg·kg－1；以水稻（Oryza sativa L.）为供试作物，其品种为弯穗9741；试验所用镉为：氯化镉（CdCl2·5H2O，AR）；试验所用磷肥为：磷酸二氢钾（NaH2PO4·2H2O，AR）。

1.2 试验方法

盆栽试验在沈阳农业大学网室进行，所采土样自然风干后，过2 mm筛。试验用小塑料桶（φ20×25 cm），每桶装土3.0 kg，土壤施氮肥（尿素）0.32 g·kg－1，钾肥（K2O）[K2SO4，AR]0.2 g·kg－1。所有肥料一次性以基肥方式施入，与土壤充分混匀。

采用两因素完全随机区组试验设计，3次重复，镉设 0、5、10 mg·kg－13 个浓度水平（分别用Cd5、Cd10表示），磷设 0、50、150、300、450 mg·kg－15 个浓度水平（分别用 P0、P50、P150、P300、P450表示）。氯化镉和磷酸二氢钾分别用1.0 L水溶解后，分别加入土壤中拌匀，加水至水深2 cm。5月25日插秧，每盆3穴，每穴1株，10月4日收获，对植物样进行采集、处理和保存以供分析。整个生育期定量浇水，按常规管理。

1.3 测定方法[6]

土壤中速效磷采用Olsen方法；速效Cd采用DTPA浸提－原子吸收法；植株全磷采用浓H2SO4－H2O2消煮，钒钼黄比色法；全镉的测定采用HNO3－HCl4消煮－原子吸收分光光度法测定。

2 结果与分析

2.1 施磷对镉污染土壤中水稻生物量的影响

施磷对不同浓度镉污染处理水稻生物量影响的测定结果见表1。从表1中可以看出，土壤在未受镉污染时，同对照（未施磷处理）相比，施磷均能极显著的提高水稻各部分生物量及总生物量；在土壤受镉污染的条件下，同对照（未施磷处理）相比，水稻各部分生物量及总生物量呈下降趋势，说明镉抑制了水稻的生长，随镉浓度的增加，抑制效果越明显；随施磷量的增加，水稻各部位及总生物量呈升高趋势，这说明磷的施入能有效的缓解重金属镉对水稻的毒害作用，促进水稻的生长。

表1 水稻生物量分配Table 1 Distribution of rice biomass （g·盆-1）

此外，在水稻生长发育过程中，观察发现在镉污染的条件下，水稻叶片轻度退绿及植株矮小等现象，其中以P0Cd10处理最为明显。

2.2 施磷对水稻根中镉含量的影响

不同P、Cd处理对水稻根镉含量影响见图1。结果表明，相同施磷量时，水稻根中镉含量随外源镉添加量的增加而增加，说明土壤环境中镉浓度越大对水稻根系的毒害越重。当镉添加量为5 mg·kg-1（即Cd5处理），随施磷量的增加，水稻根中镉含量呈显著下降趋势，其中施磷水平为450 mg·kg-1时，所测定的根中镉含量的值为最低；当镉添加量为10 mg·kg-1（即Cd10处理），随施磷量的增加，水稻根中镉含量的变化趋势与Cd5处理基本一致。说明施磷磷能显著降低水稻根中镉的含量，抑制镉对植株的毒害。

图1 施磷对水稻根中镉含量的影响Fig.1 Influence of the P fertilizer application on the contentration of Cd nanoemulsions of rice root

2.3 施磷对水稻茎叶中镉含量的影响

不同P、Cd处理对水稻茎叶吸收镉的影响见图2。结果表明，相同施磷量时，水稻茎叶中镉含量随外源镉添加量的增加而增加，说明土壤环境中镉浓度越大对水稻茎叶的毒害越重。当镉添加量为5 mg·kg-1（即Cd5处理），随施磷量的增加，水稻茎叶中镉含量呈显著下降趋势，其中施磷水平为450 mg·kg-1时，所测定的茎叶中镉含量的值为最低；当镉添加量为10 mg·kg-1（即Cd10处理），随施磷量的增加，水稻茎叶中镉含量的变化趋势与Cd5处理基本一致。说明施磷能显著降低水稻茎叶中镉的含量，抑制镉对植株的毒害。

2.4 施磷对水稻糙米中镉含量的影响

不同P、Cd处理对水稻糙米吸收镉的影响见图3。结果表明，相同施磷量时，水稻糙米中镉含量随外源镉添加量的增加而增加，说明土壤环境中镉浓度越大对水稻糙米的毒害越重。当镉添加量为5 mg·kg-1（即Cd5处理），随施磷量的增加，水稻糙米中镉含量呈显著下降趋势，其中施磷水平为450 mg·kg-1时，所测定的糙米中镉含量的值为最低；当镉添加量为10 mg·kg-1（即Cd10处理），随施磷量的增加，水稻糙米中镉含量的变化趋势与Cd5（5 mg·kg-1）处理基本一致。说明施磷磷能显著降低水稻糙米中镉的含量，抑制镉对植株的毒害。

图2 施磷对水稻茎叶镉含量的影响Fig.2 Influence of the P fertilizer application on the contentration of Cd nanoemulsions of rice stem and leaf

图3 施磷对水稻糙米中镉含量的影响Fig.3 Influence of the P on the contentration of Cd of brown rice

2.5 水稻体内镉含量与土壤有效态镉含量的关系

水稻体内镉含量的多少与土壤中有效态镉含量有密切关系。植株体内镉含量与土壤有效态镉含量相关关系的分析结果见表2。从表2中可以看出，无论Cd5（5 mg·kg-1）还是 Cd10（10 mg·kg-1）处理，植株体内镉含量（y）与土壤中有效态镉含量（x）呈极显著正相关。

表2 植株体内镉含量与土壤交换态镉含量的关系Table 2 Relation between Cd contents of plant and Ex-Cd in soil

2.6 水稻植株体内各部分镉含量比例

对各处理镉在水稻植株各部位的含量进行了分析，结果见表3。从表3可以看出，添加镉的各个处理施磷后，水稻根部和茎叶中镉的量随施磷量的增加呈现升高趋势，表明镉更多集中在水稻根部和茎叶中，糙米中的镉含量相对较少。说明磷可降低镉在水稻体内的迁移能力，使大部分的镉滞留在根部和茎叶中，阻止镉向上迁移，即降低水稻可食部分的镉含量，降低了镉通过食物链危害人体健康的风险。

表3 水稻植株各部位Cd含量的比例Table 3 Ratio of Pb and Cd content in different parts of rice

3 讨 论

本试验中施磷量为450 mg·kg-1时，植株各部分镉含量均达到最低值，这与一些学者的研究不尽相同，如刘芳的试验结果表明，当磷提高到150 mg·kg-1水平时，就对烟草产生毒害作用，抑制了植株的生长[7]；罗承辉发现低镉时，160 mg·kg-1磷浓度处理的黄豆植株各项生理指标均不如80 mg·kg-1处理组，而高磷则为高镉时的最佳施用量[8]；杨志敏也发现磷的供应过多或过少均使玉米和小麦生长量下降，体内镉含量上升[2]。因此为能更好的指导实践，对最佳施磷量仍需作进一步的研究。

通过对水稻植株体内各部分镉含量比例分析，可知镉更多集中在水稻根部和茎叶中，糙米中的镉含量相对较少，说明磷能够降低镉在水稻体内的迁移能力，降低镉通过食物链危害人体健康的风险[9]。原因可能是由于镉离子与磷形成的磷酸盐在植株根部细胞壁与液泡的沉淀作用使有效态的镉离子固定在植物的根系中，减少了镉离子在植物体内的木质部长距离输送，降低了地上部镉含量[10]。

4 结论

通过盆栽试验研究了磷对镉污染土壤中水稻吸收积累镉的影响，可知土壤中镉含量越大，水稻植株各部分中镉含量越大，对水稻的毒害作用越强。植株体内镉主要集中在根部，其次是茎叶部。施磷能显著降低水稻各部分中镉含量，增加植株的生物量，缓解镉对植株的毒害作用；其中高磷处理对缓解植株镉毒害的效果最显著。

[1] Karblane H.T he effect of organic,lime,and phosphorus fertilizer on Pb,Cs,and Hg concent in plants[J].Proceedings of the Estonian Academy of Sciences Ecology,1996,6(1):552-566.

[2] 杨志敏,郑绍建,胡霭堂.不同磷水平和介质pH对玉米和小麦镉积累的影响[J].南京农业大学学报,1999,22(1):45-50.

[3] 刘世亮,刘忠珍,介晓磊.施磷肥对Cd污染土壤中油麦菜生长及吸收重金属的影响[J].河南农业大学学报,2005,39(1):30-34.

[4] 刘文菊,张西科,谭俊璞.磷营养对苗期水稻地上部累积镉的影响[J].河北农业大学学报,1998,21(4):28-31.

[5] Zwonitzer J C,Pierzynsky G M.Effects of phosphorus additions on lead,cadmium,and zinc bioavailability in metalcontaminated soil[J].Water,Air and Soil Pollution,2003,143:193-209.

[6] 南京农业大学.土壤农化分析[M].北京:农业出版社,2005.

[7] 刘芳,介晓磊,刘世亮.磷、镉交互作用对烟草生长及吸收积累磷、镉的影响[J].土壤通报,2007,38(1):116-120.

[8] 罗承辉,廖柏寒.磷对镉胁迫下黄豆生理生化特征的影响[J].湖南农业大学学报,2005,31(4):431-433.

[9] 徐祥英.土壤-植物系统中镉磷交互作用研究[D].重庆:西南农业大学,2001.

[10] 陈世宝,朱永官,杨俊诚.土壤-植物系统中磷对重金属生物有效性的影响机制[J].环境污染治理技术与设备,2003,4(8):1-7.