全 文 ：第 12卷 第 3期
2 0 0 4年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco-Agriculture
Vo1．12 No．3
July， 2004
有机物料对土壤中外源镉形态与生物有效性的影响研究
陈建斌 陈必群 邓朝祥
(福建省三明市环境监测站 三明 365000)
摘 要 盆栽试验研究稻草与紫云英对土壤中外源 Cd形态及其生物有效性的影响结果表明，添加稻草与紫云英
可降低水稻分蘖期潮土和红壤交换态镉含量，且二者在不同土壤的影响不同。2种有机物料在水稻分蘖期固定作
用并不稳定，随时间的推移，氧化锰结合态和紧有机质结合态吸附的镉将随紧有机质的分解和活性锰的还原被释
放出来，并向交换态镉转化，提高 cd的生物有效性。水稻对外源 cd吸收与cd在土壤中形态密切相关，水稻分蘖
期稻草与紫云英均可抑制水稻根和茎叶对外源 Cd的吸收，至成熟期水稻根、茎叶和糙米中Cd含量迅速增加，其根
本原因是由于土壤中交换态镉含量提高和紧有机质结合态镉含量降低所致。
关键词 稻草 紫云英 水稻 红壤 潮土 CA形态 生物有效性
Efects of orglmi~material Oil the forms of added cd and its bioavailability in soil．CHEN Jian-Bin，CHEN Bi—Qun，
DENG Chao-Xiang(Municipa1 Environmental Monitoring Station of Sanming，Fujian Province，Sanming 365000)，
CJEA，2004，12(3)：105～108
Abstract The effectsofrice straw andtheChinesemilk vecthontheformsof addedCA anditsbioavailabilityinsoilwere
studied in pot experiment．The results indicate that the rice straw and the Chinese milk vecth can significantly reduce the
Ex(exchangeable)一Cd contents of fluvo-aquic soil and red—soil in tilering stage．But the influence is different between the
soils．1_he effects ofrice straw andtheChinesemilk vecthontheformsof added CA intilering stage are not stable．From
tileringtomature stage，Sob-CA (strongorganic bound)andMn-Cd are released andtransformed intoEx-Cdwiththe de—
composition of strong organic material and reduction of active Mn．The CA uptake by rice is closely related to the forms of
CA ．In tillering stage，these two kinds oforganic ma terials carl inhibit the CA uptake by root and stelTl of rice．But in Ina—
ture stage，CA contents in root，steinandlear，and grainofricerise rapidly，which results from theincreaseofEx-Cdand
decrease of Sob-CA ．
Key WOtdS Rice straw，Chinese mi lk vecth，Rice，Red—soil，Fluvo-aquic soil，CA form ，Bioavailability
添加石灰、有机物料等改良剂可改变土壤中重金属离子存在的形态而降低其活性，是改良重金属污染土
壤的重要措施_1 J，并可提高土壤肥力。本试验研究了稻草和紫云英有机物料对土壤外源CA形态转化及其
生物有效性的影响，为揭示有机物料在不同土壤环境中化学反应机理提供理论依据。
1 试验材料与方法
供试土壤分别取 0-20cm土层红壤和潮土，土壤风干备用，其土壤基本理化性状红壤 pH值为 5．01，
<0．002粘粒 437．0g／kg，有机碳 15．3g／kg，游离铁 27．94g／kg，全 CA 1．42mg／kg；潮土pH值为5．78，<0．002
粘粒 138．9g／kg，有机碳 11．4g／kg，游离铁 20．87g／kg，全 Cd 1．25mg／kg。供试有机物料为新鲜稻草和紫云
英，经洗净、风干后于 70℃烘干粉碎，过 lmm筛备用，其营养元素含量稻草 Cu为 34．29mg／ ，CA0．72
mg／kg，Zn99．75rng／k~g，Fe0．26g／ ，Mn0．87g／kg，Ca3．12g／ ，C385．2edkg，N7．9oedkg；紫云英Cu为23．38mg／kg，
CA1．53mg／kg，Znl02．90mg／kg，Fe0．28g／kg，Mn0．17g／kg，Ca5．86g／kg，C435．2g／kg，N40．9g／kg。
盆栽试验设潮土+Cd(I)、潮土+稻草 +Cd(Ⅱ)、潮土 +紫云英+Cd(Ⅲ)、红壤+Cd(Ⅳ)、红壤+稻草+
Cd(V)和红壤+紫云英 +Cd(Ⅵ)6个处理，每处理均 4个重复。每盆加入风干土壤 1．2kg、干有机质20 g／kg
和 CACIz溶液 10mg／kg搅拌均匀，加水至田间持水量的60％，室内培养7d后移至盆栽房，加去离子水和 N、
P、K营养液(N为 0．15g／kg，P0．044g／kg，K0．125g／kg)，保持 2-3cm水层，继续培养 7d后插栽“汕优 63”旱
育秧(秧龄 38d)，每盆2株，全生育期均以去离子水浇灌并始终保持 2～3cm水层。水稻分蘖期和成熟期各
处理取 2个重复(2盆)，将土壤和稻株倒人干净瓷盘中分离，1／2土壤晾干研细备用，1／2鲜土置干净烧
收稿日期：2003-02—08 改回日期：2003—03—06
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杯中调至含水量为 100％，然后用连续提取法测定各形态 Cd含量，交换态(含水溶态)镉用 lmol／L MgC1，溶
液(pH=7．0)提取，松有机质结合态镉用 0．1mol／L Na4P207 4-0．5mol／L Na2804混合液(pH=9．5)提取，氧
化锰结合态镉用 0．1mol／L NH：OH．HCI(pH=2．0)提取，紧有机质结合态镉用浓 H 02(pH=2．O)提取，无定
形氧化铁结合态镉用 0．175mol／L(NH4)2 O4 4-0．14mol／L H2 C204提取(pH=3．25) ]，用原子吸收分光光
度法测定 Cd含量，用雷磁酸度计测定 pH值，均 2次重复取其平均值。将稻株根、茎叶和籽粒(成熟期)等部
位分离，根系以自来水冲净，再用蒸馏+离子交换水洗净，所有植株样品均置 70℃烘干备用，籽粒烘干手工
剥壳备用。
2 结果与分析
2．1 水稻分蘖期土壤 Cd形态分布
由 表1可知未添加有机肥处理外源CA在潮土中主要通过静电引力而被吸附于土壤胶体表面，处理 I
表 1 水稻分蘖期土壤各形态 cd含量
7 6 1 CA contents of various forms of fresh soil sample in tillering stage
*各处理间多重比较(sAs)显著水平为 P=0 05，下同；nd为未检测出。
松有机质结合态镉 比例极
低，有机态镉以紧有机质结
合态镉为主。添加有机肥使
CA 形态发生显著变化，与处
理 I相比处理Ⅱ交换态镉含
量显著下降，紧有机质结合
态镉和氧化锰结合态镉含量
显著升高，表明稻草促进交
换态镉向紧有机质结合态、
无定形氧化锰结合态和无定
形铁结合态镉转化，其中紧有机质结合态镉增幅最大，这主要是因稻草分解产物与 CA 络合作用以及硫化镉
沉淀缘故所致 ，6 J。氧化锰结合态镉含量升高的原因可能是稻草还原作用增加了潮土氧化锰活性所致 ~9 J，
氧化锰结合态镉含量高于无定形铁结合态镉，体现了2种氧化物对 CA 亲合力的差异。稻草和紫云英组成
差异很大，在还原条件下分解产物也不同，这可能是二者对 CA 形态影响不同的主要原因。由表 1可知红壤
有机质含量高于潮土，且加入稻草处理明显增加红壤紧有机质结合态镉和氧化锰结合态镉含量，降低交换态
镉含量，但未达显著水平，而稻草对潮土 CA 形态的影响均达显著水平，这可能与稻草在不同土壤中分解状
况以及不同土壤化学条件下有机质与 CA 结合能力不同有关；加入紫云英处理显著增加红壤紧有机质结合
态镉和氧化锰结合态镉含量，显著降低交换态镉含量。紫云英比稻草更有利于紧有机质结合态镉和氧化锰
结合态镉的形成，这与 2种有机质在潮土中对紧有机质结合态镉和氧化锰结合态镉的影响效果完全相反。
红壤添加紫云英后交换态镉含量显著低于潮土，进一步说明有机物料在不同土壤条件下对重金属形态的影
响差异显著。水稻分蘖期所有处理松有机质结合态镉含量均很低，这表明外加有机质分解产物以及土壤原
有有机物质，均较难以与Cd形成易被提取的有机镉化合物。稻草和紫云英均显著提高分蘖期土壤pH值，从
而有利于土壤有机质和 Fe、Mn 表2 各形态Cd间逐步回归方程
氧化物对 Cd的吸附，降低交换 Tab．2 Regression analysis betwen Cd contents of exchangeable and other forms
态镉含量。逐步回归分析表明水
稻分蘖期交换态镉含量仅与紧有
机质结合态镉呈极显著负相关，与
其他形态 Cd未呈显著相关性(见
表2)，这表明淹水前期土壤交换
态镉的消长与紧有机质结合态镉的消长关系极为密切。
2．2 水稻成熟期土壤 Cd形态分布
表 3表明水稻成熟期与分蘖期相比处理 I交换态镉含量降低，而松有机质结合态镉、紧有机质结合态镉
和无定形铁结合态镉含量均明显升高，这表明随时间的推移，外源 CA 逐渐由交换态向其他形态(主要是紧
有机质结合态镉)转化；处理 Ⅱ和Ⅲ交换态镉与松有机质结合态镉均显著高于处理 I，而紧有机质结合态镉
和氧化锰结合态镉则显著低于处理 I，且处理 Ⅱ无定形铁结合态镉也显著低于处理 I，这表明随时间的推
第 3期 陈建斌等：有机物料对土壤中外源镉形态与生物有效性的影响研究 107
移，处理 Ⅱ原以紧有机质结
合态镉为主逐渐向交换态镉
转化，有效性逐渐提高，其变
化趋势可能是因有机质逐步
分解、而结构简单的有机物
逐步增多，使其对 Cd的结合
能力降低所致；处理Ⅳ和V
交换态镉、松有机质结合态
镉和无定形铁结合态镉含量
均明显升高 ，而紧有机质结
表 3 水稻成熟期土壤各形态 Cd含量
Tab．3 CA contents of various forms of fresh soil sample in mature stage
4．50b
7．13a
8．13a
3．08b
3．23b
7．07a
0．7lab
0．89a
0．44b
0．26b
0．46b
0．65ab
0．42a
0．24b
0．19c
0．15c
0．17c
0．08d
0．78b 6．14
0．04d 6．52
0．05d 6．35
0．77c 5．55
1．14c 6．34
0．46d 6．20
合态镉和氧化锰结合态镉含量则降低，表明部分紧有机质结合态镉和氧化锰结合态镉向交换态、松有机质结
合态和无定形铁结合态镉转化，且处理V与处理Ⅳ间各形态 Cd含量均未达显著差异。与处理Ⅳ相比处理
Ⅵ交换态镉含量显著升高，紧有机质结合态镉、氧化锰结合态镉和无定形铁结合态镉含量则显著降低。处理
V和处理Ⅵ间各形态 Cd含量差异显著，尤其是水稻成熟期 2处理交换态镉含量均显著超过处理Ⅳ，这表明
随时间的推移，稻草和紫云英未降低反而提高交换态镉含量。相关分析表明水稻成熟期交换态镉含量与 pH
值间并不存在显著相关性，逐步回归分析结果表明水稻成熟期交换态镉仅与氧化锰结合态镉呈显著相关性，
与松有机质结合态镉和紧有机质结合态镉未呈显著相关性(见表 2)。全生育期交换态镉与其他形态 Cd含
量逐步回归分析结果表明，交换态镉与松有机质结合态镉含量呈较显著正相关，而与紧有机质结合态镉和氧
化锰结合态镉含量呈极显著负相关。
2．3 有机物料与外源Cd的生物有效性
由表4可知水稻分蘖期稻草与紫云英均显著抑制2种土壤水稻根系和茎叶Cd吸收。逐步回归分析结
表4 水稻分蘖期与成熟期根、茎叶及籽粒cd含量 果表明水稻分蘖期根 Cd含量
Tab．4 CA contents of root，stem and leaf，and grain of rice in 与交换态镉含量呈较显著正相
n儿 ering age and舳 tage 关，这说明交换态镉对分蘖期
处 理 分蘖期CA~ ／mg·kg一 cd contentsin dU啦
Tream~ents 根 茎叶
R∞t Stun and leaf
成熟期cd含量／n ·kg一 cd(Imt~tSinmature
根 茎叶 糙米
Re0t S【dn and lear Grain
水稻吸收 Cd有较大贡献。与
对照相比稻草和紫云英显著降
低水稻成熟期根对 Cd吸收，降
低潮土水稻茎叶 Cd含量，但分
蘖～成熟期水稻根和茎叶 Cd
浓度迅速提高，其根本原因是
因土壤中交换态镉含量增加，
Cd的生物有效性迅速提高所
致。逐步回归分析结果表明全生育期根 Cd含量仅与土壤紧有机质结合态镉含量呈极显著负相关(Y=
78．1315—11．6828x)，且交换态镉与紧有机质结合态镉呈显著负相关。故有机物料增加紧有机质结合态镉
含量而降低交换态镉，这是导致 Cd有效性降低的主要原因。比较 2个生育期水稻 Cd含量可知，稻草和紫
云英降低茎叶cd含量的作用随时间的推移而减弱，且稻草和紫云英对根系cd含量的影响最大，茎叶次之，
糙米最小。回归分析表明水稻分蘖期和成熟期根 CA含量(x)与茎叶Cd含量(y)间均存在极显著直线相关
(Y=9．3886+2．6883X，Y=2．6186+0．3243X)，而糙米 Cd含量(y)与成熟期茎叶 Cd含量(X)间则相关
性较差(Y=3．0277+0．0507x)，这表明Cd由根系向茎叶迁移与根 Cd含量密切相关，而 Cd由茎叶向籽粒
迁移量则与茎叶Cd含量和根 Cd含量间关系不密切，这可能涉及较复杂的重分配过程，尚待进一步研究。
3 小 结
水稻分蘖期添加稻草和紫云英可减少潮土与红壤交换态镉含量，提高紧有机质结合态镉和氧化锰结合
态镉含量，且 2种土壤的影响存在差异。稻草和紫云英在水稻分蘖期的固定作用并不稳定，随时间的推移，
氧化锰和紧有机质吸附的镉将随紧有机质的分解和活性锰的还原被释放出来，并向交换态镉转化，提高 Cd
的生物有效性。稻草和紫云英均可抑制分蘖期和成熟期水稻根对外源 Cd的吸收，但分蘖～成熟期水稻根、
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2 2 1 2 2 1
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茎叶和糙米中Cd含量迅速增加其根本原因是由于土壤中交换态镉含量的提高和紧有机质结合态镉含量的
降低所致。
参 考 文 献
郑绍建，胡蔼堂．淹水对污染土壤镉形态转化的影响．环境科学学报，1995，15(2)：142-147
王 新，吴燕玉，梁仁禄等．各种改良剂对重金属迁移、积累影响的研究．应用生态学报，1994，5(1)：89-94
吴留松，顾宗谦，谢思琴等．添加物对土壤提取液中铜、镉生物毒性的影响．土壤学报，1992，29(4)：375-381
陈世俭．有机物质添加量对污染土壤铜形态及活性的影响．土壤与环境，1999，8(1)：22-25
莫尔维德特 J．J．，林赛 w．L ，吉奥尔达诺 P．M．农业中的微量元素 北京：中国农业出版社，1984．61-85
Becket P．H．T．The use of extractants in studies on trace metals in soils，sewage slidges，and sluge—treated soils．Advanced in Soil Science．
New York：Springer—Verglag，1989．144-176
Iu K．1．，Pulf0rd I．D．，[~ncsn H．J．Influence of waterlogging and lime or organic matter addition on the distribution of trace metalsin 8n
acid soil：2．zinc and copper．Plant and Soil，1981，59：327-333
Shuman L．M．Effect of removal of organic mater and iron or manganese oxides on zinc adsorption by soil．Soil Sei．，1988，146(4)：248
Sims J．L．，Patrick Jr W ．H．The distribution of rnicronutfient cations in soil under conditions of varying redox potential and pH．So il Sci．SO c．
Am．J，1978，42：258～262
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