氮磷钾肥配施对轻镉污染红壤中小白菜生长及镉累积的影响

陈修晓，王翠红，郭 琪，倪 政，李叶军，于青漪

（湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128）

镉是环境中对人类毒性最强的重金属元素之一。湖南省是“有色金属之乡”，土壤重金属污染较为严重，其中以镉污染较为普遍[1-3]，以城郊菜园土壤中镉的污染较为严重[4]。叶类蔬菜是人们喜爱的蔬菜之一，但其具较强的重金属富集能力，其中小白菜对镉的富集作用较强[5]。在蔬菜生产中，施用NPK肥是较为重要的增产措施，研究表明，NPK肥能在一定程度上缓解重金属的毒害。目前，国内外研究NPK元素对重金属镉的影响主要以单一元素为主[6-8]，两个以上元素的研究较少[9]，而其作用机理方面尚缺乏研究报道。

本试验选取湖南省有代表性的2种母质类型发育的耕型红壤为供试土壤，以小白菜为研究对象，通过秋冬季盆栽试验，揭示不同母质红壤中NPK肥配施对改善重金属镉对小白菜生长发育的影响，旨在通过施肥为缓解土壤镉污染，保障蔬菜的食用安全提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤与作物

供试土壤采自湖南省长沙县境内，为第四纪红土、花岗岩风化物发育的耕型红壤。采集深度0～20 cm，采回后于室内阴凉处风干，除去砂砾及植物残体，捶碎过1 cm×1 cm筛，混合均匀后备用，并随机选取适量，磨碎过10目和100目尼龙筛，用于土壤理化性质测定，结果见表1。

供试作物为原种上海青小白菜，由湖南省农业科学院提供。

表1 供试土壤理化性质

1.2 试验设计

盆栽试验于2010年在湖南农业大学农业资源系科研教学试验基地进行。每种红壤利用Cd的后期添加控制其Cd的含量，设3个水平，分别为Cd 0、Cd 0.5 mg/kg、Cd 1.0 mg/kg。3 个 Cd 水平均以不施用NPK为对照，其中Cd 0.5 mg/kg、Cd 1.0 mg/kg分别设 3个 N 水平 （0.10 g/kg，0.15 g/kg，0.30 g/kg），2个 P 水平（0.10 g/kg，0.30 g/kg）和 1 个 K 水平（0.15 g/kg）进行试验。每种红壤15个处理，3次重复。

所有试验肥料均为分析纯试剂，氮肥为尿素（N 46%），磷肥为一水磷酸二氢钙（P2O524.6%），钾肥为氯化钾（K2O 52%）。磷肥基肥100%，氮肥和钾肥基肥各施40%，氮肥分两次追肥，每次30%，钾肥追肥一次为60%。试验用盆钵规格为直径18 cm、高20 cm，每盆装土2.5 kg。将土壤、NPK基肥分别与不同浓度的镉液充分混匀，然后装盆，随机排列。加蒸馏水保湿（保持60%田间持水量），网室内平衡1周后，于10月7日下午播种，每盆播15粒小白菜种子，待苗高达2～3 cm时进行定苗，每盆留4棵长势基本一致的植株。小白菜生长期间，要及时浇水（蒸馏水）、治虫、中耕等，并观察其长势长相，同时每隔2～3 d观察并记录白菜的叶片数、株高及毒害症状。花岗岩红壤的小白菜于11月25日收获，第四纪红土红壤的小白菜于12月15日收获。小白菜收获后，其地上部分用蒸馏水冲洗干净，置于烘箱105℃下杀青0.5 h后，再调至65℃烘干至恒重，称取干重，把样品磨碎过40目尼龙筛，用于测植株中的镉含量。

1.3 测定项目与方法

土壤基本理化性质的测定：pH值采用1∶1水浸-电位法，有机质采用硫酸重铬酸钾外加热-容量法，全氮采用半微量凯氏法，碱解氮采用碱解扩散法，全磷、全钾采用NaOH熔融-钼锑抗比色法，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用1 mol/L乙酸铵浸提-火焰光度法，CEC采用醋酸铵交换法，粘粒含量采用比重速测法[10－11]。

土壤总镉含量的测定采用HNO3-HCl-HClO4-HF消化-原子吸收光谱法，有效镉含量的测定采用DTPA浸提-原子吸收光谱法，植株中镉含量用HNO3-HClO4消化-原子吸收光谱法[12]。

2 结果与分析

2.1 施用不同配比NPK肥对小白菜体内镉含量的影响

由图1、图2可知，与对照相比，除第四纪红土红壤的 Cd 1.0 mg/kg、N 0.1 g/kg、P 0.1 g/kg、K 0.15 g/kg处理外，其它处理中小白菜体内含Cd量均有降低。其中，花岗岩红壤中Cd 1.0 mg/kg、N 0.15 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg 处理的降幅最大，达59.87%，第四纪红土红壤中Cd 1.0 mg/kg、N 0.3 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg降幅最大，为 53.18% 。可见，配施不同NPK在缓解小白菜镉毒害方面，花岗岩红壤优于第四纪红土红壤。

图1 花岗岩红壤施镉 0.5 mg/kg（a）、1.0 mg/kg（b）水平下小白菜体内镉含量随施氮水平的变化

图2 第四纪红土红壤施镉 0.5 mg/kg（a）、1.0 mg/kg（b）水平下小白菜体内镉含量随施氮水平的变化

与低P处理相比，花岗岩红壤中高P处理的小白菜体内含Cd量降幅最大的为35.97%，最小为23.05%，而第四纪红土红壤中高P处理的小白菜体内含Cd量降幅最大的为42.53%，最小为8.20%。且最小降幅均出现在Cd 0.5 mg/kg、N 0.3 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg处理中。可见，高P处理可减轻Cd对小白菜的毒害。刘世亮、刘芳等[13]发现添加P可减轻Cd对油麦菜、菠菜的毒害，且植株体内P、Cd的含量与土壤环境中P、Cd的含量浓度呈显著正相关。

两种加Cd土壤中，Cd 0.5 mg/kg处理中，除第四纪红土红壤低P处理外，其余处理中的小白菜体内含Cd量均随N水平提高而增加；Cd 1.0 mg/kg处理中，除第四纪红土红壤高P处理外，其余处理中的小白菜体内含Cd量均随N水平提高而降低。李波等[14]研究表明氮肥对重金属Cd在土壤中吸附、解吸、形态转变、迁移率大小的影响显著。

花岗岩红壤在Cd 0.5 mg/kg中，N 0.1 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg处理的小白菜体内Cd含量最低为 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处理的小白菜体内Cd含量最低值为0.18 mg/kg，分别较对照降低57.85%和59.87%。而第四纪红土红壤中对应的值分别为1.16 mg/kg和 1.49 mg/kg。

综上所述，花岗岩红壤所有处理中，小白菜体内含Cd量均明显低于第四纪红土红壤所有的处理。这可能与pH值的大小有关。

2.2 施用不同配比NPK肥对小白菜产量的影响

从图3、图4中可知，与对照相比，各处理的小白菜产量均有所增加。其中，第四纪红土红壤中的Cd 1.0 mg/kg、N 0.3 g/kg、P 0.1 g/kg、K 0.15 g/kg 处理增幅最大，为1 513.16%，而花岗岩红壤中的Cd 1.0 mg/kg、N 0.1 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg 处理增幅最大，为423.58%。

图3 花岗岩红壤施镉0.5 mg/kg（a）、1.0 mg/kg（b）水平下小白菜产量随施氮水平的变化

图4 第四纪红土红壤施镉 0.5 mg/kg（a）、1.0 mg/kg（b）水平下小白菜产量随施氮水平的变化

两种加Cd土壤中，花岗岩红壤的高P处理中，小白菜产量随N水平提高先降低后增加；低P处理中，小白菜产量随N水平提高先增加后降低。第四纪红土红壤的低P处理中，小白菜产量随N水平提高而增加。

Cd 0.5 mg/kg处理的花岗岩红壤中，Cd含量最低的小白菜干重为6.29 g，为花岗岩红壤中小白菜干重最大值的97.67%；而Cd 1.0 mg/kg处理的花岗岩红壤中，Cd含量最低的小白菜干重为5.75 g，是其小白菜干重最大值的89.21%。Cd 0.5 mg/kg处理的第四纪红土红壤中，Cd含量最低的小白菜干重为3.13 g，为第四纪红土红壤中小白菜干重最大值，而Cd 1.0 mg/kg处理的第四纪红土红壤中，Cd含量最低的小白菜其干重为1.76g，为第四纪红土红壤中小白菜干重最大值的56.32%。

3 讨论

研究表明，施P肥能显著降低植株中Cd的含量。一方面，因为P肥改善了植株的营养状况，促进其生长从而引起生物稀释作用[9]；另一方面，由于植物吸收Cd后，与无极阴离子磷酸根进行络合，生成CdHPO+4或CdH2PO+4等络合物，增大了植物体内Cd的迁移性，避免了Cd在某一组织的大量沉淀累积，从而减少了Cd对植物的危害[10]。本试验中，高P处理能有效缓解Cd污染，且在Cd含量最低的小白菜中，除第四纪红土红壤Cd 1.0 mg/kg、N 0.3 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15 g/kg处理的小白菜干重达到最大干重的56.32%外，其余处理小白菜的干重均超过最大干重的89%。但要使小白菜体内Cd含量达到0.05 mg/kg的食用卫生标准，以及在农业推广中有更好的应用前景。建议采用正交旋转设计寻优的设计方法，寻找既满足Cd食用安全标准，又能保证产量的最佳NPK肥配比范围。

[1]曾希柏，李莲芳，梅旭荣.中国蔬菜土壤重金属含量及来源分析[J].中国农业科学，2007，40（11）：2507-2517.

[2]郭朝晖，宋 杰，陈 彩，等.有色矿业区耕作土壤、蔬菜和大米中重金属污染[J].生态环境，2007，16（4）：1144-1148.

[3]肖小平，彭科林，周孟辉.城市郊区水稻土重金属污染状况调查与评价——以湘潭市郊响水乡为例[J].中国生态农业学报，2008，16（3）：680-685.

[4]岳振华，张富强，胡瑞芝，等.菜园土中重金属和氟的迁移积累及蔬菜对重金属的富集作用 [J].湖南农学院学报，1992，18（4）：929-936.

[5]李明德，汤海涛，汤 睿，等.长沙市郊蔬菜土壤和蔬菜重金属污染状况调查及评价[J].湖南农业科学，2005，（3）：34-36.

[6]刘文菊，张西科，谭俊璞，等.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.

[7]刘世亮，刘忠珍，介晓磊，等.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.

[8]刘 芳，介晓磊，孙巍峰，等.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.

[9]甲卡拉铁，喻 华，冯文强，等.淹水条件下不同氮磷钾肥对土壤pH和镉有效性的影响研究 [J].环境科学，2009，30（11）：3414-3421.

[10]中国土壤学会编.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，2000.

[11]鲍士旦主编.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

[12]刘凤枝主编.农业环境监测实用手册[M].北京：中国标准出版社，2001.

[13]刘 芳，刘世亮，介晓磊，等.石灰性土壤中磷镉交互作用对菠菜生长及其吸收磷镉的影响 [J].中国农业通报，2005，21（4）：310-314.

[14]Li Bo，Qing Chang-le，ZHOU Zheng-bin，et al.Effects of nitrogen，phosphors and organic matter on heavy metal behavioral soils and its application of controlling pollution.Agro-Environmental refection，2000，19（6）：375-377.