不同施肥处理对铅镉污染土壤中香椿品质的影响

黄一芳，赵佼娇，哀建国

（浙江农林大学林业与生物技术学院，杭州311300）

0 引言

随着社会经济的快速发展，土壤重金属污染问题也愈发严重，由此导致的蔬菜产量和品质降低，最终会危害到人类身体健康。重金属铅(Pb)和镉(Cd)作为土壤环境中备受关注的有害重金属，所带来的污染问题尤为突出，且因其较难治理而受到国内外学者的普遍关注[1-5]。因此，提升重金属污染土壤中蔬菜的品质，是我们亟待解决的问题。众所周知，肥料的使用会提高作物的产量。传统的有机肥料虽然养分种类多但是有效养分含量低肥效缓慢，难以满足作物旺盛生长期的养分需要。农业生产中最常使用的化肥具有养分集中，见效快等优点，但是长期使用会破坏土壤结构，污染环境。有机肥和化肥配合施用，可以互补，提高肥效，从而改善植物营养和生长条件对其产品品质产生良好的影响[6-9]。目前，中国学者针对施肥对叶菜类蔬菜品质的影响以及重金属铅镉污染土壤对蔬菜品质的影响常见报道[10-12]，但是针对施肥对重金属污染土壤下木本蔬菜的影响还未见报道。

香椿Toonasinensis(A.Juss.)Roem.，又名香椿芽，为楝科Meliaceae香椿属树种，是中国最具代表的木本蔬菜之一，是一种高效益、多功能的新资源[13-14]。本研究采用盆栽技术，设置重金属铅镉复合污染土壤和背景土壤2种栽培基质以及不施肥、单施无机肥、单施有机肥、有机无机肥配施4种施肥处理，以期找到重金属铅镉污染下香椿最科学的施肥模式。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年11月—2020年4月，在浙江农林大学温室中进行。试验种源选取长势基本一致的3年生红油香椿，采种地点为山东临沂。试验采用盆栽技术，盆栽容器为上口口径34.5 cm，下口口径23.0 cm，高44.5 cm的塑料花盆，每盆装土15 kg（干质量），选用浙江农林大学校园土壤作为栽培基质。以每盆4 L Pb(NO3)2+Cd(NO3)2溶液的形式分别额外施加800 mg/kg Pb、5 mg/kg Cd来人工模拟Pb/Cd复合污染土壤，使土壤淹水陈化，在此期间充分搅拌保证土壤铅镉浓度均匀，后期不再加水，盆中积水自然蒸发。平衡30天后测定土壤理化性质和重金属Pb、Cd含量，土壤基本理化性质和重金属含量见表1。

表1 供试土壤的基本理化性质和重金属含量

1.2 试验设计

试验包括背景土壤和铅镉污染土壤2种栽培基质，每种基质各设4个处理，分别为处理1：0.70 g/kg尿素；1.13 g/kg过磷酸钙（20%五氧化二磷）；0.15 g/kg钾肥（60%氧化钾），以NPK表示；处理2：黄粉虫粪3.50 g/kg，以WM表示；处理3：0.35 g/kg尿素；0.57 g/kg过磷酸钙；0.08 g/kg钾肥；1.75 g/kg黄粉虫粪，以1/2(NPK+WM)表示；处理4：不施肥，CK。所有肥料与土壤拌匀后作基肥一次施入，肥料有效养分和水分管理控制一致，2019年12月13日将香椿苗扦插于花盆中，每盆仅放入1棵，进行3次重复试验。

虫粪养分含量：有机质：492.90g/kg，全氮：39.80g/kg，全磷：28.00 g/kg，全钾：21.70 g/kg，铁：217.82 μg/g，锰：606.10 μg/g，铜：48.55 μg/g，锌：246.76 μg/g。

1.3 测定项目与方法

研究于土壤平衡后30天以及试验期结束时共2次采集各处理土壤样品。土壤pH以水为浸提剂，采用电位测定法[15]测定；土壤有机质采用重铬酸钾容量法—稀释热法[16]测定；土壤中水解氮采用碱解扩散法[16]进行测定；速效磷首先用0.05 N HCl-0.025 N H2SO4试剂进行提取，再采用紫外分光光度法进行测定；速效钾首先用NH4OAc浸提，然后采用火焰光度法进行测定；土壤有效态Pb、Cd首先用DTPA提取，然后采用原子吸收分光光度计法测定。

香椿叶片样品于2020年4月29日采摘，采摘部位为第一轮鲜嫩部位。香椿营养品质测定主要包括可溶性蛋白、维生素C、可溶性糖和矿物质含量。其中可溶性蛋白质含量测定参照邹琦[17]的考马斯亮蓝法，维C含量测定参考宁正祥[18]的紫外快速测定法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[18]测定，矿质元素全Fe、全Mn、全Cu、全Zn含量采用ICP-MS质谱仪测定。香椿安全品质测定主要包括硝酸盐含量和重金属含量。其中，硝酸盐含量测定用紫外分光光度法[19]，叶片重金属含量测定采用ICP-MS质谱仪测定。

1.4 数据分析

试验分析数据均为3次重复的平均值±标准差，采用Microsoft Excel软件进行数据汇总及图表制作，使用SPSS25软件进行方差分析，P值小于0.05认为具有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 施肥处理对香椿营养品质的影响

2.1.1 可溶性Pr含量的变化 图1表明，不同施肥处理会显著影响香椿叶片中的可溶性蛋白含量。重金属铅镉污染基质下NPK、WM、1/2NPK+1/2WM处理可溶性蛋白含量分别为4.28、4.59、5.40 mg/g，均高于CK且差异显著(P＜0.05)。其中，以50%NPK与50%WM配施处理的香椿叶片中的可溶性蛋白含量最高，较对照处理可溶性蛋白质含量增加51.69%，较单施NPK处理增加26.17%，较单施虫粪处理增加17.65%。单施NPK和单施虫粪处理的香椿叶片中的可溶性蛋白质含量差异不显著(P＞0.05)。背景土壤基质下4种施肥处理可溶性蛋白含量分别为3.23、4.62、5.38、5.85 mg/g，均差异显著(P＜0.05)。相同施肥处理下铅镉污染土壤和背景土壤可溶性蛋白含量差依次为0.33、-0.34、-0.79、-0.45 mg/g，背景土壤中生长的香椿可溶性蛋白含量平均高31.25%。

图1 不同施肥处理对香椿叶片可溶性Pr含量的影响

2.1.2 Vc含量的变化 由图2可知，通过施肥处理确实可以显著提高香椿叶片中Vc含量。其中，重金属铅镉污染基质下4种施肥处理Vc含量依次是69.37、83.36、117.57、112.33 mg/100 g，以单施虫粪处理Vc含量最高，50%NPK与50%WM配施Vc含量略低于单施虫粪，但差异不显著(P＞0.05)。2种处理较单施NPK分别增加41.04%、34.75%，较CK分别增加69.48%、62.22%。在背景土壤基质下，4种施肥处理的香椿叶片中的维生素C含量依次为51.33、56.06、74.03、65.03 mg/100 g，以单施虫粪处理Vc含量最高，其次是50%NPK与50%WM配施，两者差异显著(P＜0.05)。2种处理较单施NPK分别增加32.05%、16.00%，较CK分别增加44.22%、26.69%。单施NPK处理与CK差异不显著(P＞0.05)，较CK处理Vc含量增加9.21%。相同施肥处理下铅镉污染土壤和背景土壤的香椿叶片中的Vc含量差依次为18.04、27.30、43.54、47.30 mg/100 g，重金属土壤中生长的香椿Vc含量平均高55.26%。

图2 不同施肥处理对香椿叶片中Vc含量的影响

2.1.3 可溶性糖含量的变化 图3表明，不管是在背景土壤或是在重金属铅镉污染土壤中，虫粪单施或50%NPK与50%虫粪配施均能显著提高香椿叶片中的可溶性糖含量。背景土壤基质中，NPK、WM、1/2NPK+1/2WM处理可溶性糖含量依次为51.65、57.66、59.52 mg/g，单施NPK较对照处理增加4.64%，两者差异不显著(P＞0.05)，单施虫粪和50%NPK与50%虫粪配施处理可溶性糖含量显著高于CK(P＜0.05)，分别增加16.82%、20.58%。重金属铅镉污染基质下，NPK、WM、1/2NPK+1/2WM处理可溶性糖含量依次为41.06、44.71、46.06 mg/g。与对照比较，3种处理含糖量分别增加5.99%、15.41%、18.90%。其中，单施NPK与单施虫粪差异不显著(P＞0.05)，但与50%NPK与50%虫粪配施差异显著(P＜0.05)，较单施NPK含糖量分别增加8.89%、12.18%。

图3 不同施肥处理对香椿叶片可溶性糖含量的影响

2.1.4 香椿叶片矿质元素Fe、Mn、Cu、Zn含量变化 由表2可知，不同施肥处理会对香椿叶片中全Fe、全Mn、全Cu、全Zn含量造成影响。相同施肥处理下重金属铅镉污染中生长的香椿叶片中的全Fe、全Mn、全Cu元素含量比背景土壤中生长的要低得多，但全Zn元素含量却是重金属污染土壤中生长的香椿比背景土壤中的香椿略高。2种栽培基质中，单施虫粪或50%NPK与50%WM混施均能显著提高香椿叶片中全Fe、全Mn的含量(P＜0.05)，单施虫粪同时也能显著提高香椿叶片中全Cu、全Zn含量(P＜0.05)。重金属基质中，4种施肥处理全Fe含量依次是240.55、244.97、400.42、258.26 μg/g。单施虫粪处理下的香椿叶片的全Fe含量显著高于其他处理(P＜0.05)，较对照提高66.46%，较单施NPK提高63.46%，较50%NPK与50%WM混施提高55.05%；全Mn含量表现规律与全Fe含量相似，4种施肥处理全Mn含量依次是93.19、101.27、142.63、140.09 μg/g，单施虫粪处理较其余3种处理分别增加53.05%、40.84%、1.81%；单施NPK、单施虫粪和50%NPK与50%虫粪混施处理全Cu含量依次是9.47、21.09、17.49、19.15 μg/g，显著高于CK(P＜0.05)；全Zn含量以单施虫粪处理最高。总的来说，施用有机肥料能显著提高香椿叶片中的全Fe、全Mn、全Zn，降低全Cu含量。

表2 施肥处理对香椿叶片全Fe、Mn、Cu、Zn含量影响 μg/g

2.2 施肥处理对香椿安全品质的影响

2.2.1 硝酸盐含量的变化 如图5所示，施肥处理会不同程度地提高香椿叶片中的硝酸盐含量。重金属铅镉污染基质中，单施NPK、单施虫粪和50%NPK与50%WM配施处理下硝酸盐含量分别是1501.25、1558.39、1236.25 mg/kg。其中，50%NPK与50%WM配施较单施NPK处理硝酸盐含量降低21.44%，两者差异不显著(P＞0.05)，较单施虫粪处理降低26.06%，两者差异显著(P＜0.05)。背景土壤基质中，香椿叶片中的硝酸盐含量按从小到大排序依次是CK、单施NPK、50%NPK与50%WM配施、单施虫粪。其中，单施NPK较对照处理硝酸盐含量差异不显著(P＞0.05)，50%NPK与50%WM配施较单施NPK处理硝酸盐含量增加48.77%，单施虫粪处理较单施NPK增加69.48%，均增加显著(P＜0.05)。

图5 施肥处理对香椿叶片硝酸盐含量的影响

2.2.2 可食部分Pb、Cd含量变化 由图6可见，不同施肥处理会对香椿可食部分铅镉含量产生明显的影响。如图6A所示，在2种不同的栽培基质中，香椿叶片的Pb含量变化规律相似，均是CK铅含量最低，其次是单施NPK处理和50%NPK与50%WM配施，两者差异不显著(P＞0.05)，单施虫粪处理的铅含量显著高于其他施肥处理(P＜0.05)。在重金属基质中，4种施肥处理香椿叶片铅含量分别为1.2742、1.8720、2.3075、1.8222 mg/kg。其中，单施虫粪处理的香椿叶片中铅含量较单施NPK和50%NPK与50%WM配施分别增加了23.26%、26.63%，较CK增加了81.09%。结果表明，施用无机肥确实能明显降低香椿叶片中的铅含量，施用有机肥会增加香椿叶片中的铅含量，而有机无机配施处理则与对照差异不大。

如图6B所示，在重金属铅镉污染基质中，4种施肥处理香椿叶片镉含量分别为0.0289、0.0212、0.0426、0.0337 mg/kg。其中单施虫粪和50%NPK与50%WM配施处理较CK分别增加47.40%、16.61%，三者之间差异不显著(P＞0.05)；单施NPK处理较CK镉含量降低26.64%，差异不显著(P＞0.05)。在背景土壤基质中，4种施肥处理镉含量分别为0.0174、0.0122、0.0278、0.0213 mg/kg。其中，单施虫粪处理较50%NPK与50%WM配施、单施NPK处理香椿叶片中的镉含量分别增加30.52%、127.87%，三者差异显著(P＜0.05)。试验结果表明施肥处理确实会在一定程度上影响香椿叶片中镉含量，但所得数据远远低于农产品镉限量的0.2 mg/kg，这说明施肥处理不会对香椿叶片镉污染程度造成有效影响。

图6 不同施肥处理下香椿叶片铅镉含量变化

3 讨论与结论

3.1 不同施肥处理对香椿营养品质的影响

从以上研究结果可知，不管是在背景土壤或是在重金属铅镉污染土壤中，单施虫粪或50%NPK与50%WM（虫粪）配施均能显著提高香椿叶片中可溶性蛋白质、Vc、可溶性糖含量、有益微量元素矿物质，从而提升香椿营养品质。这与黄金丽等[20]、苏立新等[21]试验结果类似。

相同施肥处理下，重金属铅镉污染基质下生长的香椿叶片中可溶性蛋白、可溶性糖含量、全Fe、全Mn、全Cu元素含量要比背景土壤中生长的低得多，但维生素C含量和全Zn含量却是重金属污染基质中的香椿叶片高。这与米艳华[22]、李晓晶[23]等试验结果相吻合，重金属污染确实会明显降低蔬菜的营养品质。

3.2 不同施肥处理对香椿安全品质的影响

在使用化肥、农药时，蔬菜的安全品质主要是指硝酸盐累积、重金属富集等。由以上研究结果可知，施肥处理会对香椿叶片硝酸盐累积造成较大影响。在重金属污染基质下，单施虫粪处理的硝酸盐含量最高，其次是单施NPK处理，50%NPK与50%虫粪配施可在一定程度上降低香椿叶片中硝酸盐含量。这与传统认为施用有机肥可降低蔬菜硝酸盐含量相矛盾，推测原因可能是由于香椿生长周期较长，生长缓慢，硝酸盐累积速率大于生长速率，导致香椿叶片硝酸盐含量增加。

相同施肥处理下，重金属基质下的香椿叶片硝酸盐含量远远大于背景土壤基质下生长的香椿。这可能是因为土壤重金属对香椿根系伸长有抑制作用，香椿根系为了吸收足够的营养大量吸收氮素导致硝酸盐积累过多。据世卫组织和联合国粮农组织规定，每人每天硝酸盐安全使用限量为1500～2000 mg/kg[24-25]。本试验结果表明，即使外源添加铅、镉重金属以及进行不同施肥处理，香椿叶片中的硝酸盐含量也在安全食用范围内。

土壤中重金属的含量是造成蔬菜重金属污染的主要原因，重金属在蔬菜中大量累积会通过食物链对人体健康造成伤害。从以上试验结果可知，在不同的栽培基质下，单施虫粪处理均会显著提高香椿叶片中铅含量，单施NPK和50%NPK与50%虫粪配施处理香椿叶片中铅含量相对较低。而不同施肥处理对重金属铅镉污染基质下香椿叶片的镉含量影响较小，这与赵明等[26]、王美[27]等试验结果一致。本试验研究结果表明重金属铅镉污染土壤中的香椿叶片铅含量未达到食品安全国家标准GB2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》Pb0.3 mg/kg以下，而镉含量远低于标准0.2 mg/kg，这说明香椿是一种较易富集铅元素而不易富集镉元素的蔬菜。这与何安[28]的研究结果存在矛盾，可能是由于本试验研究的香椿为三年生实生苗，生长较为旺盛，并且外源铅镉以无机盐形式添加有关。虽然本试验没有单独设置单一铅或镉胁迫，但本研究对探究中低浓度重金属铅镉胁迫下对香椿最科学的施肥模式有一定指导意义，从而进一步为无公害蔬菜栽培提供理论依据。