不同氮肥水平下玉米与龙葵竞争吸收镉的差异性研究

霍文敏，邹 茸，王 丽，迟克宇，范洪黎*

[1 中国地质大学 (北京) 土地科学技术学院，北京 100083；2 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点开放实验室，北京 100081；3 北京建工环境修复股份有限公司，北京 100015]

2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总的点位超标率达16.1%，土壤Cd污染物点位超标率达到7.0%，为中国土壤污染中的首要污染物[1]。公报还指出，与“七五”时期的全国土壤环境背景值调查数据对比，此次调查土壤中Cd含量在全国范围内普遍增加。重金属Cd具有在土壤中相对稳定、滞留时间长、植物或微生物很难降解、隐蔽性和不可逆性的特点，因此它不仅会直接导致粮食的减产，同时在农作物可食用部位过量积累后易于通过食物链传递给人或动物，给人类的健康带来严重危害[2]。植物修复具有经济费用低、耗费人力少、处理效率高、不会产生二次污染并且可以易回收利用金属的特点，因而是对重金属Cd污染土壤治理较为广泛使用的方法。利用超积累植物对重金属的高富集的特性，利用重金属Cd超积累植物和农作物的竞争作用，在修复Cd污染土壤的同时降低农作物对Cd的吸收，达到一边修复一边耕作的目的，从而提高土壤的利用率[3–5]，为玉米生产中采取施肥措施促进作物生长、减少作物对重金属的吸收以及保障农产品安全提供理论依据。

卫泽斌等[6]利用低积累型玉米 (Zea mays L.) 与Cd 超积累植物东南景天 (Sedum alfredii H.) 的竞争作用进行田间实验，同时再施加混合添加剂，结果显示超积累植物东南景天能够促进玉米对重金属Cd的吸收；曹莹等[7]通过盆栽实验研究Pb、Cd单一重金属对玉米品质的影响；黄益宗等[8]采用盆栽实验研究玉米、羽扇豆和鹰嘴豆对Pb、Cd的竞争吸收，结果表明塑料分隔以及玉米与鹰嘴豆竞争模式下玉米地下部对Pb的吸收显著性降低；刘海军等[9]采用盆栽实验研究了玉米与马唐竞争模式下玉米积累Cd的变化，玉米与马唐竞争模式能够促进玉米根部对Cd的吸收，而籽粒中Cd含量有所下降。国外在此方面也有所研究，Whiting等[10]研究表明玉米和超积累植物东南景天竞争模式能促进两种植物对重金属的吸收。

龙葵 (Solanum nigrum L.) 是中国境内发现的一种镉积累植物[11]，一年生草本植物，生于农田和荒地，在全国各地均有分布。喜生于肥沃的微酸性至中性土壤中，具有较强的抗逆境能力和较强的争光、争水和争肥的能力，营养生长迅速、繁殖能力强，以及在环境条件适宜的情况下生物量能够急剧提高等特点，具有耐Cd毒害和富集Cd的能力。施肥是提高农田土壤肥力和增加农作物产量的重要农艺措施之一，也是提高超积累植物修复污染土壤效率的重要辅助措施[12]。其中，氮作为植物生长发育最主要的必需营养元素之一，在田间也常是植物生长首要的限制性营养元素。目前国际上有关研究表明，施用氮肥可促进重金属超积累植物天蓝遏蓝菜 (Noccaea caerulescens) 的生长及对重金属Zn、Cd的积累[13]。在重金属Cd的胁迫作用下，不同形态的氮素对植物的生长代谢及重金属吸收能力表现出不同的影响作用[14]。但是，目前研究大多是不同氮肥对超积累植物的影响，而不同氮肥用量对农作物与超积累植物竞争模式下生物量以及两种作物吸收Cd的影响尚未进行深入研究，同时对优化Cd超积累植物修复效率的农艺措施研究不多，不同氮肥用量对Cd超积累植物的促进作用及其机理、调节机制也尚未报道[15–16]。

在已有研究的基础上，本文通过开展温室盆栽试验，研究不同氮肥用量对玉米和龙葵的生物量、玉米和龙葵各器官吸收Cd的影响，以及土壤中Cd全量、有效态Cd含量的变化。通过对玉米和龙葵生物量、各器官中Cd吸收量的差异性研究，为今后大田推广玉米–龙葵间作模式修复Cd污染土壤，降低玉米对Cd的积累提供依据[17]。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

采自河南省北部某市，该地区属温带大陆性季风气候，年平均气温14℃，全年日照时数约2400 h，年平均降雨量656.3 mm。从污染点的农田采样作为供试土壤，土壤质地为砂土，采多点进行混合，土壤风干、磨碎后过2 mm、0.25 mm孔径筛，测定土壤的基本理化性质及重金属含量。土壤有机质15.0 g/kg，速效钾 169 mg/kg，水解氮 75 mg/kg，有效磷84.8 mg/kg，阳离子交换量 8.8 cmol/kg，全镉 2.79 mg/kg，有效态镉 0.93 mg/kg，pH 8.50。

1.2 供试作物

供试玉米由河南省农业科学院提供，品种为郑单958号。玉米种子经10% H2O2溶液消毒20 min，然后用去离子水冲洗几遍，在培养皿中用去离子水浸种催芽24 h，待种子发芽后播种至土壤中。

供试镉超积累植物选用野生龙葵，采用种子育苗，龙葵种子先经温水浸泡12 h，然后用湿毛巾包起来置于25℃以上催芽，待幼苗长出两片真叶后选择大小相近、长势一致的幼苗移栽，每盆定植幼苗3株。

1.3 试验设计

盆栽试验于2017年6月在中国农业科学院温室中进行，采用白色PVC圆盆 (直径35 cm，高30 cm)[18–19]，取镉含量为 2.79 mg/kg 的土壤，将污染土装盆，每盆装10 kg土，将催芽后的玉米种子、龙葵幼苗同时移入盆中，每盆移栽玉米1株，移栽龙葵4株。其中，盆中央移栽1株玉米，四周以10 cm为距4株龙葵等间距分布。植株统一在20～30℃温室条件下培养，生长期间每1～2天进行浇水，保持在田间持水量的70%左右。氮肥选用含氮量46%的尿素，分别设玉米单作 (CK)处理，玉米与龙葵竞争模式下的不施肥 (T1)处理和施尿素 N 0.1 g/kg (T2)、N 0.2 g/kg (T3)处理，共4个处理，每个处理重复3次。尿素后期分两次追加，分别在玉米拔节期和大喇叭口期施加，两次的施加量均为 N 0.05 g/kg (T2)、N 0.1 g/kg (T3)[20–21]。玉米、龙葵两种植物生长期一致，从2017年6月15日至2017年9月30日，生长期满收获两种植物的地上、地下部分。

1.4 样品采集与指标测定

收获时采集土壤样品和植株样品。每盆用小型不锈钢土钻随机采取5点，组成1个混合土样。土壤样品自然风干磨碎后分别过2 mm、0.25 mm筛备用；植株样品分根、茎、叶和籽粒4部分取样，清水洗净后再用去离子水冲洗，在105℃烘箱中杀青30 min，80 ℃烘干，同时测生物量，并将根、茎、叶和籽粒分别磨碎，过0.25 mm筛备用。

植物中Cd前处理：取过0.25 mm孔径筛的植株样品 0.25 g，采用 HNO3与 HC1O4(4∶1) 消解，定容至 25 mL。

土壤有效态Cd前处理：称取过2 mm筛孔的风干盆栽土壤5.00 g放入100 mL锥形瓶中，加入DTPA提取剂25.0 mL，在往复振荡器上振荡提取2 h。振荡频率为 (180 ± 20)r/min，环境温度为 (25 ±2)℃。弃去最初2～3 mL滤液，滤液待测[22]。DTPA提取剂的制备：称取1.967 g DTPA(二乙三胺五乙酸) 溶于 14.92 g(13.3 mL) TEA(三乙醇胺) 和少量水中，再将1.11 g CaCl2溶于水中，一并转入1000 mL 容量瓶中，加水至约 950 mL,用 6 mol/L HCl调节 pH 至 7.30(每升提取液约需加 6 mol/L HCl 8.5 mL),最后用水定容，贮存于塑料瓶中。

Cd含量均采用电感耦合等离子体质谱法测定，电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS为美国Agilent 7700x。测定过程中质控样品为国家标准物质GBW10020(GSB-11)，Cd 标准值为 (0.17 ± 0.02)mg/kg，测定值为0.18 mg/kg，质控样品测定结果在标准值范围内。

ICP-MS测定Cd含量，以72Ge为内标，He模式下测定，工作条件如下：RF功率1550W，载气流量0.8 L/min，等离子体气流量15 L/min，辅助气体流量0.8 L/min，雾化室温度2℃，采样深度10 mm，扫描次数3次，氦气流量4.3 mL/min。

1.5 富集系数、转运系数计算

富集系数 (BCF) = 植物地上部 Cd 含量/土壤中Cd元素含量。

转运系数 (TF) = 植物地上部 Cd 含量/地下部Cd元素含量。

1.6 统计分析

所有数据的平均值、标准差采用Excel 2007软件，数据的方差分析、相关性分析及聚类分析采用SPSS 19.0软件。试验数据的统计分析用SPSS统计分析软件，多重比较用Duncan新复极差法。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥用量对玉米、龙葵各器官生物量的影响

2.1.1 不同氮肥用量对龙葵生物量的影响 在 Cd 浓度为2.79 mg/kg的土壤中，施氮量处理T2、T3与T1相比，龙葵各器官生物量均增加，各施氮处理生物量表现为 T3 ＞ T2 ＞ T1(表 1)。进一步分析表明，T2、T3处理下龙葵根部生物量分别增加了13.8%、47.2%；龙葵茎生物量分别增加了26.5%、51.0%；龙葵叶片生物量分别增加14.0%、25.3%；龙葵籽粒生物量分别增加了35.0%、63.2%。龙葵根、茎、叶生物量在施加氮肥后显著增加，但龙葵籽粒生物量的增量并未达到显著性水平 (P＜0.05)。T3处理下龙葵生物量增幅更大，因此在不同施氮量处理中，龙葵生物量随施氮量的增加而增加，且在高施氮量处理中 (T3) 龙葵生物量显著高于其他处理。

2.1.2 不同氮肥用量对玉米生物量的影响 表 2表明，玉米与龙葵竞争下 (T1) 使玉米各器官生物量分别下降3.68%、9.35%、32.0%、2.94%，但竞争模式下施加氮肥后使玉米各器官生物量均增加，其中高施氮量使玉米各器官生物量的增量均达到显著水平(P＜0.05)。各处理下玉米生物量表现为 T3 ＞ T2 ＞CK ＞ T1。与T1相比，T2、T3处理下玉米地下部生物量分别增加14.4%和35.5%；玉米茎部生物量分别增加了10.8%和17.0%；玉米叶片生物量分别增加了55.6%和76.2%；玉米籽粒生物量分别增加110%和112%。施加不同用量氮肥后玉米各器官生物量均增加，但T3处理下玉米各器官生物量的增加更为显著 (P＜0.05)。因此，竞争模式下，施氮处理对提高主栽作物玉米的生物量至关重要。

2.2 氮肥用量对玉米、龙葵各器官镉含量的影响

2.2.1 不同氮肥用量对龙葵各器官Cd含量的影响 如图1所示，在Cd污染浓度为2.79 mg/kg的土壤中施加不同用量的氮肥，龙葵各器官Cd含量显著增加(P＜0.05)。不同处理下龙葵各器官Cd含量表现为T3 ＞ T2 ＞ T1；进一步分析表明，T2、T3 处理下龙葵根部Cd含量分别增加了3.43%、23.2%，龙葵茎部Cd含量分别增加了33.1%、41.2%，龙葵叶片Cd含量分别增加了8.78%、12.3%，龙葵籽粒Cd含量分别增加了22.5%、45.3%。施加氮肥后龙葵各器官Cd含量均增加且T3处理下龙葵地上部各器官Cd 含量显著性增加 (P＜0.05)，因此施加氮肥能够促进龙葵地上部Cd的吸收和转运，且高施氮量处理的龙葵各器官 Cd 含量的增量更为显著 (P＜0.05)。

表1 不同施氮量处理对龙葵各器官生物量的影响Table1 The effects of different nitrogen application rates on biomass of various organs of Solanum nigrum L.

表2 不同施氮量处理对玉米各器官生物量的影响Table2 The effects of different nitrogen application rates on biomass of various organs of maize

图1 不同氮肥处理对龙葵镉含量的影响Fig.1 The effects of different nitrogen fertilizer treatments on cadmium content of Solanum nigrum L.[注（Note）：T1、T2 和 T3 均为玉米与龙葵竞争模式，施尿素量依次为 N 0、0.1 和 0.2 g/kg 土 Maize and S. nigrum were grown in the same box in T1,T2 and T3 treatments,the urea N was applied at 0,0.1 and 0.2 g/kg soil in turn; 柱上不同字母表示处理间差异在 0.05 水平显著Different letters above the bars mean significantly different among the treatments at 0.05 level.]

图2 不同氮肥处理对玉米镉含量的影响Fig.2 The effects of different nitrogen fertilizer treatments on cadmium content of maize[注（Note）：CK—玉米单作 Maize single cropping; T1、T2和 T3均为玉米与龙葵竞争模式，施尿素量依次为 N 0、0.1和 0.2 g/kg土Maize and S. nigrum were grown in the same box in T1,T2 and T3 treatments,the urea N was applied at 0,0.1 and 0.2 g/kg soil in turn; 柱上不同字母表示处理间在 0.05 水平差异显著 Different letters above the bars mean significantly different among the treatments at 0.05 level.]

2.2.2 氮肥用量对玉米各器官镉含量的影响 如图2显示，Cd污染浓度为2.79 mg/kg的土壤设置玉米与龙葵竞争及竞争模式下不同氮肥用量处理，不同处理下玉米各器官中镉含量均表现为：CK ＞ T1 ＞ T2 ＞T3。进一步分析表明，与玉米单作 (CK) 相比，玉米与龙葵竞争 (T1) 处理下玉米根、茎、叶、籽粒各器官Cd含量分别下降了10.6%、3.15%、4.15%、8.48%，因此通过与龙葵竞争使得玉米籽粒中Cd含量显著性降低 (P＜0.05)，同时各处理下的玉米籽粒Cd含量均低于食品安全国家标准GB 2762-2017中污染物Cd的限量标准0.1 mg/kg[26]。T2、T3处理下玉米根部Cd含量分别下降了10.1%、49.2%；玉米茎部Cd含量分别下降了19.0%、38.0%；玉米叶片Cd含量分别下降了24.0%、42.8%；玉米籽粒Cd含量分别下降了5.31%、19.5%。施加不同用量的氮肥后玉米各器官Cd含量均下降，但高施氮量 (T3) 处理下玉米根、茎、叶中 Cd含量显著性下降 (P＜0.05)。因此，施加氮肥能够促进玉米的生长，玉米生物量增加使得玉米各器官中Cd被“稀释”，从而降低Cd含量。

2.3 氮肥用量处理对玉米和龙葵各器官镉累积量的影响

2.3.1 不同氮肥用量对龙葵各器官镉累积量的影响 氮肥处理导致龙葵各器官Cd累积量增加，同时T2、T3处理下龙葵茎、叶中Cd累积量的增量更为显著 (P＜0.05)。T2、T3 处理下，龙葵根部 Cd 累积量分别增加27.3%、85.6%；龙葵茎部Cd累积量分别增加65.6%、88.4%；龙葵叶片Cd累积量分别增加35.4%、131%；龙葵籽粒Cd累积量分别增加86.5%、159%。随着施氮量的增加龙葵地上部Cd积累量增加，同时高施氮量 (T3) 处理下龙葵地上部茎、叶中Cd累积量显著性增加，使与其竞争的玉米地上部Cd含量显著性降低。

2.3.2 氮肥用量对玉米各器官镉累积量的影响 由图4可知，与玉米单作 (CK) 相比，玉米与龙葵竞争及施氮肥处理使玉米Cd累积量下降，并且T3处理下玉米各器官 Cd累积量显著性降低 (P＜0.05)。玉米与龙葵竞争模式下，氮肥处理将促进龙葵对Cd的吸收，从而减少作物玉米对Cd的积累。与玉米单作 (CK)处理相比，玉米与龙葵竞争处理 (T2) 下根、茎、叶、籽粒中Cd累积量分别下降13.9%、12.2%、34.8%、79.5%。氮肥处理下玉米各器官Cd累积量均显著性降低 (P＜0.05)，其中高施氮量处理下玉米根、茎、叶中Cd累积量下降幅度最大。随着施氮量的增加，T2、T3施氮处理下，玉米籽粒Cd积累量较CK分别下降59.1%、65.0%，因此，施加氮肥减轻Cd对玉米的胁迫作用，有利于降低玉米可食部位的Cd含量，是有效解决我国农产品Cd超标的农艺措施之一。

2.4 氮肥用量对玉米和龙葵的富集系数与转运系数的影响

图3 不同处理龙葵镉累积量Fig.3 Cd accumulation of Solanum nigrum L. under different treatments[注（Note）：T1、T2 和 T3 均为玉米与龙葵竞争模式，施尿素量依次为 N 0、0.1 和 0.2 g/kg 土 Maize and S.nigrum were grown in the same box in T1,T2 and T3 treatments,the urea N was applied at 0,0.1 and 0.2 g/kg soil in turn; 柱上不同字母表示处理间差异在 0.05 水平显著Different letters above the bars mean significantly different among the treatments at 0.05 level.]

图4 不同处理玉米Cd累积量Fig.4 Cd accumulation of maize under different treatments[注（Note）：CK—玉米单作 Maize single cropping; T1、T2和 T3均为玉米与龙葵竞争模式，施尿素量依次为 N 0、0.1和 0.2 g/kg土Maize and S.nigrum were grown in the same box in T1,T2 and T3 treatments,the urea N was applied at 0,0.1 and 0.2 g/kg soil in turn; 柱上不同字母表示处理间在 0.05 水平差异显著 Different letters above the bars mean significantly different among the treatments at 0.05 level.]

由表3可知，氮肥处理 (T2、T3) 下龙葵对Cd的富集系数、转运系数均增加。T2、T3处理下，玉米与龙葵竞争模式下龙葵BCF分别增加55.5%、113%，TF分别增加17.7%、15.1%。T1、T2、T3处理下，玉米BCF分别降低1.39%、17.4%、25.7%，玉米的TF分别降低8.70%、12.0%、15.2%。进一步分析可知，玉米与龙葵竞争处理使得玉米的富集系数显著降低 (P＜0.05)，同时随着施氮量的增加，玉米的BCF、TF均下降，但并未达到显著性水平。即玉米与龙葵竞争模式下，随着施氮量的增加，龙葵对Cd的吸收转运能力增强，同时玉米对Cd的吸收转运能力将受到抑制。因此，玉米与龙葵竞争下适当提高施氮量，有利于龙葵的生长和地上部Cd的积累能力。这一研究结果将为修复污染土壤，提高修复效率以及保证农产品质量安全提供理论依据。

2.5 氮肥用量处理对土壤中镉含量的影响

由图5可知，与CK相比，各处理土壤中的有效态Cd含量存在不同程度的下降，且达到显著水平。与单作CK相比，土壤有效态Cd含量分别下降21.5%、23.9%、26.5%。其中，玉米与龙葵竞争模式下的土壤有效态Cd含量均显著降低 (P＜0.05)，且随施氮量的增加土壤中有效态Cd含量均下降。高施氮量T3处理下，土壤中有效态Cd含量显著下降且最低。与玉米单作相比，玉米与龙葵竞争模式及氮肥处理降低了土壤中有效态Cd浓度，且随着施氮量的增加，土壤有效态Cd含量有下降趋势，对修复Cd污染土壤具有重要意义。

表3 玉米、龙葵的BCF和TF的变化Table3 Bioaccumulation and transfer factors of maize and Solanum nigrum L.

图5 不同处理土壤有效态Cd浓度 (mg/kg)Fig.5 Available Cd content of soil under different treatments[注（Note）：CK—玉米单作 Maize single cropping; T1、T2 和T3均为玉米与龙葵竞争模式，施尿素量依次为N 0、0.1和0.2 g/kg 土 Maize and S. nigrum were grown in the same box in T1,T2 and T3 treatments,the urea N was applied at 0,0.1 and 0.2 g/kg soil in turn; 柱上不同字母表示处理间差异在0.05水平显著 Different letters above the bars mean significantly different among the treatments at 0.05 level.]

3 讨论

本研究结果显示，玉米与龙葵竞争下使得玉米生物量下降，即盆栽试验下两种植物存在竞争关系[23]，但施加氮肥使得竞争模式下玉米、龙葵的生物量均增加。不同施氮量对两种作物玉米和龙葵的生物量影响不同，在高施氮量尿素处理下 (T3)，玉米和龙葵生物量显著高于其他处理 (P ＜ 0.05)。该结果与孙磊等研究结果一致，随施氮量的增加，玉米的生物量随之增加[20]。何冰等研究发现，施加尿素促进玉米与东南景天的生长，两者的生物量均显著增加[24]。本试验中，施加氮肥 (尿素) 能够同时促进玉米及龙葵的生长，且高施氮量处理下玉米及龙葵生物量均显著增加 (P＜0.05)。因此，大田推广中，可以通过施氮肥并适当提高施氮量来改善间作造成的养分竞争，解决主栽作物玉米减产的问题，保证玉米和龙葵的正常生长[25]。

本研究中，玉米单作下，籽粒中Cd含量为0.107 mg/kg，这一结果显示，在该地区种植玉米还是有风险的，而玉米与龙葵竞争模式下玉米各器官Cd含量显著降低，且籽粒Cd含量符合食品安全国家标准GB2762-2017中Cd的限量标准，即低于0.1 mg/kg[26]。其原因可分为两方面：一是本试验中Cd超积累植物龙葵与玉米存在竞争作用；二是施加氮肥。本研究中，施氮肥处理后玉米各器官Cd含量均下降，这一研究结果与刘安辉等一致。刘安辉等研究结果显示，施用尿素可显著降低小油菜中Cd含量[27]。有关研究表明，在 Cd 污染土壤上，施用尿素 (N 0.2 g /kg)能显著降低水稻籽粒中Cd含量，且高施氮量尿素能显著降低籽粒中Cd含量[28]。本研究中，在高施氮量处理下，龙葵各器官Cd含量显著增加，同时玉米各器官Cd含量降低，玉米可食部位Cd含量显著下降。魏树和等研究表明，地上部Cd累积量是衡量龙葵提高修复效率的关键指标[29]。本试验中玉米与龙葵竞争模式下施加氮肥可以有效提高龙葵Cd累积量，使得与其竞争的玉米Cd吸收能力下降，且高施氮量处理下龙葵Cd吸收量更高，进一步提高了对Cd污染土壤的修复效率。这一研究结果显示，Cd污染农田通过间作超积累植物以及施加氮肥处理能够保障主栽农作物质量的安全性，为解决我国目前农产品质量安全问题以及Cd污染严峻的现状提供理论依据及技术支撑。

本试验中，龙葵能够抑制主栽作物玉米对Cd的吸收转运，对这一研究结果能够进一步从根际环境变化来解释其机理[30]。有关研究显示，土壤的pH值是影响Cd活性的最重要的因素，而Cd对植物分泌H+存在抑制作用[19]。玉米与龙葵竞争模式中，由于存在种间竞争等原因，玉米和超积累植物龙葵为了竞争养分将分泌更多的根系分泌物来活化土壤中的养分[31]，而低分子有机酸是根系分泌物的主要成分，有机酸与Cd2+形成螯合物，并降低根际pH，从而提高Cd的生物有效性，由于超积累植物龙葵的超量富集的特性，根际土壤中被活化的Cd2+优先吸附到富集植物根部细胞表面[32]，因此与龙葵竞争的玉米Cd含量显著性降低。玉米与龙葵这一竞争模式，既能使得玉米各器官Cd含量显著性降低，又能降低土壤中Cd含量从而达到修复污染土壤的目的，因此大田中能够推广玉米–龙葵这一间作方式。研究表明，随着施氮量的增加，超积累植物龙葵各器官中Cd含量显著性增加，与其竞争的玉米Cd含量显著降低。有关研究发现，尿素施入土壤后迅速发生水解作用生成NH4+，由于植物吸收NH4+，根系分泌H+，使得根际周围酸化，增大土壤中Cd的溶解度，土壤吸附的Cd量减少，Cd的生物活性显著提高[33–34]，因而施加尿素处理的超积累植物龙葵能够吸收更多的活性Cd，导致龙葵各器官Cd含量显著性增加。而主栽作物玉米各器官Cd含量随氮量的增加而降低，这一现象解释为施氮后玉米生物量的增加而引起的“稀释效应”[35]。

施加氮肥使得土壤有效态Cd含量显著性降低，且高施氮量处理下土壤中有效态Cd含量降低幅度最大。对于这一研究结果，主要原因可分为以下两方面:一是尿素施入土壤后，在土壤中转化为NH4+-N，NH4+会与Cd2+发生竞争吸附，从而减少Cd在土壤颗粒表面的吸附量[36]。二是尿素施入Cd污染土壤后，发生水解反应，生成氨，使土壤pH升高，土壤中有效态Cd与OH-等阴离子结合，形成较为稳定的沉淀物，从而使得土壤中的有效态Cd含量降低[37]。试验结果表明，在重度Cd污染的土壤上选择合适的氮肥浓度，使得超积累植物龙葵吸收的Cd含量增加，从而减少玉米体内的Cd含量，达到修复Cd污染土壤的目的并有效提高修复Cd污染土壤的效率[38–40]。

4 结论

1) 玉米与龙葵竞争模式使得玉米生物量下降，但施加氮肥能提高玉米和龙葵各器官的生物量，且随着施氮量的增加龙葵和玉米的生物量均显著增加。玉米与龙葵竞争模式下，高施氮量处理下龙葵根、茎、叶、籽粒生物量均显著增加，分别增加了47.2%、51.0%、25.3%、63.2%；玉米根、茎、叶、籽粒生物量分别增加35.5%、17.0%、76.2%、112%。

2) 不同氮肥用量处理下，龙葵各器官中Cd含量均显著增加，同时玉米各器官Cd含量显著下降。玉米与龙葵竞争模式下，高施氮量处理的龙葵根、茎、叶、籽粒中Cd含量的增量最大，分别增加了23.2%、41.2%、12.3%、45.3%；玉米根、茎、叶、籽粒中Cd含量的下降幅度最大，分别下降了49.2%、38.0%、42.8%、19.5%。

3) N 0.2 g/kg 施氮量能够促进超积累植物龙葵对Cd的吸收转运，降低Cd在玉米各器官的累积，并提高Cd污染土壤的修复效率。这一研究结果表明Cd污染农田修复中采用玉米–龙葵间作模式、适当提高氮肥施用量能够促进作物生长、减少作物对重金属的吸收，为今后修复Cd污染农田以及保障农产品安全提供理论依据和技术支撑。