氮镉交互作用下石灰对白菜的影响

李素霞+莫小荣+覃雪梅+张继红

摘要：对湖北省武汉市城郊黄陂熟地蔬菜基地典型潮土进行盆栽模拟试验，研究氮镉交互作用下1 kg土分别施入石灰1、2、4 g对白菜物理性状、品质、土壤酶活性的影响。结果表明，石灰用量为1 g/kg土时，白菜株高、单株质量、根长、叶绿素含量、维生素C含量显著高于不施石灰处理（对照）（P<0.05），白菜硝酸盐、镉含量显著低于对照（P<0.05），土壤酸性磷酸酶、蛋白酶活性较明显高于对照，对蔗糖酶活性的影响不明显。白菜—土壤系统内氮镉交互作用下施入石灰，能有效降低白菜镉与硝酸盐的累积量，改善白菜品质，有效提高部分土壤酶的活性。

关键词：镉；氮；石灰；白菜；物理性状；品质；酶；累积量；交互作用

中图分类号： S634.301文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）10-0103-03

随着现代工农业的发展，“三废”排放及大量施用化肥农药导致城郊菜地污染日趋严重。镉是被公认的农田主要重金属污染物质之一，同时，随着化肥的施用，菜地土壤普遍呈现氮素的富营养化。菜地土壤—蔬菜系统氮镉复合污染在前期研究中的成果较为显著，植物修复、双氰胺修复、有机质修复等对土壤均有一定的效果[1-3]，但也存在一些不足。石灰具有成本低廉、操作簡单等特点，石灰对单一重金属污染土壤的修复尤其是对镉的修复效果较为显著，受到越来越多研究者的关注[4]，石灰对复合重金属污染土壤的修复研究相对较多[5-9]，但石灰对重金属与氮交互作用的修复还很鲜见。本试验通过研究石灰对湖北省武汉市城郊土壤氮镉交互作用的修复效果，为石灰在重金属与富营养化因子复合污染治理的应用提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验材料

上海青白菜于2013年5月22日上午植入盆中，生长期为5月22日至6月21日，6月21日收获。试验盆栽土壤取自武汉城郊黄陂熟地蔬菜基地，为潮土，pH值为7.34，有机质含量为23.26 g/kg，速效磷、碱解氮、有效镉含量分别为 25.15、90.0、0.27 mg/kg，黏粒质地52.5%。石灰为分析纯，含Ca（OH）2 95.52%，氨水沉淀物0.27%，全镉未检出。

1.2试验设计

土壤风干，过5 mm筛；按1 kg土分别添加石灰0、1、2、4 g/kg 与土进行混合，并分别以CK、处理1、处理2、处理3表示；装盆，每盆5 kg混合土，重复3次；蒸馏水浇灌，使其达到田间持水量的60%～70%；平衡培养1周，各处理的pH值分别为7.33、7.76、7.83、8.38，每盆播种15粒；待幼苗稳定，定植8株/盆。在土与石灰混合的同时，一次性施入底肥，即施入P2O5 0.2 g/kg、K2O 0.3 g/kg、N 0.2 g/kg（以纯氮计，尿素为氮源）、Cd 2.0 mg/kg（以纯镉计，以3CdSO4·8H2O为镉源）。

1.3测定内容和方法

白菜收获前，准确量取根部到最长叶尖的距离，即为株高，每个植株取2～3张叶片用仪器直接测定叶绿素含量；白菜收获后，称取其鲜质量，取平均值。参照鲍士旦等的方法[10-14]，分别测定白菜维生素C、可溶性糖、硝酸盐、镉含量，土壤硝酸盐、镉含量及土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶、蛋白酶的活性。

1.4数据处理

采用Excel 2013、DPS软件对数据进行统计分析，采用Duncans极差法进行多重比较。

2结果与分析

[HTK]2.1氮镉交互作用下施用不同浓度石灰对白菜物理性质的影响[HT]

由表1可见，氮镉交互作用下施用不同浓度石灰，白菜株高、单株质量、根质量、根长、叶面积均受到不同程度的影响。处理1白菜的株高、单株质量、根长显著高于对照（P<005），分别比对照高5.72%、16.95%、19.26%；处理2、处理3白菜的株高、根长、叶面积与对照相比差异不显著，单株质量显著低于对照（P<0.05），分别比对照低16.17%、30.33%；处理1、处理2白菜的根质量与对照相比差异不显著（P>0.05），处理3显著低于对照（P<0.05）；处理1白菜的叶面积相对最大，为47.38 cm2，与对照相比差异不显著（P>005），处理2与处理3白菜的叶面积差异不显著（P>0.05）。[JP]

[HTK]2.2氮镉交互作用下施用不同浓度石灰对白菜品质的影响[HT]

由表2可知，氮镉交互作用下施用不同浓度的石灰，白菜叶绿素、维生素C含量分别比对照显著提高48.37%、6373%、7.19%和40.26%、19.91%、37.96%（P<0.05）；但白菜硝酸盐含量多有不同程度的下降，处理1、处理2的白菜硝酸盐含量分别比对照显著低 16.89%、26.18%（P<0.05），处理3稍有降低（0.81%），差异不显著；处理1的白菜镉含量比2.3氮镉交互作用下施用不同浓度石灰对土壤镉、硝酸盐含量的影响[HT]

由图1可知，氮镉交互作用下施用不同浓度石灰对土壤有效镉的转化有不同程度的影响。与对照相比，处理1土壤有效镉的含量稍有下降，处理2、处理3土壤有效镉的含量均明显提高。由图2可知，氮镉交互作用下施用不同浓度石灰对土壤硝酸盐的转化有较为明显的影响。处理1、处理3明显低于对照 37.86%、66.37%，处理2明显高于对照3862%。由图1、图2、表2可知，氮镉交互作用下，土壤有效镉与白菜镉的累积有一定的正相关性，土壤硝酸盐与白菜硝酸盐积累不具有明显的相关关系。

[HTK]2.4氮镉交互作用下施用不同浓度石灰对白菜地土壤酶活性的影响[HT]

2.4.1酸性磷酸酶磷酸酶是表征土壤生物活性的重要酶，在土壤磷素循环中起重要作用，可以表征土壤磷素有效化的强度。由图3可知，氮镉交互作用下施用不同浓度石灰能不同程度提高土壤酸性磷酸酶的活性，与对照相比，分别提高24.33%、14.16%、19.25%，但处理间差异不明显。

2.4.2蔗糖酶蔗糖酶活性反映土壤有机碳累积与分解转化的规律，一般情况下土壤肥力越高，蔗糖酶活性越强，可用来表征土壤生物学活性强度和土壤肥力。由图4可知，氮镉交互作用下施用不同浓度石灰对土壤蔗糖酶活性有不同程度的影响，处理1、处理2土壤蔗糖酶活性与对照相比差异不明显，处理3明显低于对照，土壤蔗糖酶活性比对照低 17.89%。

2.4.3蛋白酶蛋白酶是催化有机态氮分解为无机态氮的酶类，活性越高，说明土壤可利用态氮越丰富。由图5可知，氮镉交互作用下施用不同浓度石灰能明显提高土壤蛋白酶活性，分别比对照高25.29%、32.02%、16.15%。

3结论与讨论

本试验结果表明，氮镉交互作用下，每1 kg土分别施用1、2、4 g的石灰，对白菜株高、单株质量、根质量、根长、叶面积等物理指标有不同程度影响，1 kg土中施入1 g石灰，白菜株高、单株质量、根长、叶绿素含量、维生素C含量显著高于不施石灰处理（对照），白菜硝酸盐、镉含量显著低于对照。

土壤中的酶是最活跃的有机成分之一，驱动着土壤的代谢过程，对土壤中养分循环、污染物质的净化具有重要的作用[15-17]，土壤酶活性反映土壤理化性质、重金属浓度。试验表明，1 kg土分别施用1、2、4 g的石灰，土壤酸性磷酸酶、蛋白酶活性较对照有明显的提高，低浓度石灰对蔗糖酶活性的影响不明显，高浓度（4 g/kg）石灰抑制土壤蔗糖酶的活性。

土壤中增施石灰，土壤pH值上升，土壤交換性酸和交换性铝的含量降低，从而有效缓解铝和其他重金属的毒害，阳离子的交换量增加，同时补充钙、镁等营养元素以实现对土壤的改良[18-19]。在不同pH值条件下，镉与氢氧根离子形成络合离子或沉淀，或与碳酸氢根离子生成碳酸氢根沉淀。当pH值为8～9时，可生成[Cd（OH）]+络离子；当pH值为9～10时，可生成Cd（OH）2沉淀；当pH值在11以上时，则生成 [Cd（OH）3]+ 络离子。在镉污染土壤上施入石灰和钙镁磷肥可减少镉的溶解度，Cd-CaO-P2O5体系比Cd-CaO体内更能减少镉的溶解，Ca2+、Mg2+会与镉产生共沉淀作用。

本研究有氮素复合作用，使用不同浓度的石灰对土壤镉有一定的修复效果，且对白菜体内硝酸盐的累积也有一定的缓解作用，相关机理有待进一步研究。

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