全 文 ：中国环境科学 2011,31(3)：461~465 China Environmental Science

紫云英对污染土壤上叶菜生长及其镉和铅含量的影响
唐明灯,艾绍英*,李盟军,杨少海,罗英健,姚建武 (广东省农业科学院土壤肥料研究所,广东省养分资源循环利
用与耕地保育重点实验室,广东 广州 510640)

摘要：为降低城郊菜地土壤叶菜可食部分 Cd、Pb 含量,通过 3 茬盆栽试验研究了紫云英(Astragalus sinicus L.)绿肥对重金属污染菜地上的
叶菜生长、叶菜镉铅含量及土壤 Cd、Pb 活性形态(土壤溶液中 Cd、Pb 浓度及 DTPA 浸提态)的影响.结果表明,与对照相比,紫云英显著提
高了供试生菜和苋菜的地上部生物量;但对 DTPA-Cd 和 DTPA-Pb 没有显著影响,对土壤溶液 Cd、Pb 浓度影响较小,没有显著影响供试生
菜和苋菜地上部 Cd、Pb 含量.因而紫云英可以施用到供试菜地土壤上以提高叶菜产量,且不会提高叶菜 Cd、Pb 的食物链风险.
关键词：紫云英；菜地；叶菜；镉；铅
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2011)03-0461-05

Effect of Astragalus sinicus on the growth, Cd and Pb concentration of leafy vegetables. TANG Ming-deng, AI
Shao-ying*, LI Meng-jun, YANG Shao-hai, LUO Ying-jian, YAO Jian-wu (Guangdong Key Laboratory of Nutrient
Cycling and Farmland Conservation, Institute of Soil and Fertilizer, Guangdong Academy of Agricultural Sciences,
Guangzhou 510640, China). China Environmental Science, 2011,31(3)：461~465
Abstract：In an effort to reduce Cd and Pb concentration in leafy vegetables grown in suburban soils, three rounds of pot
experiments were conducted to study the effect of Astragalus sinicus L. on the growth, Cd and Pb concentration in leafy
vegetables, and available heavy metals in the soil (e.g. Cd and Pb in soil solution, DTPA extractable metals). The results
showed that compared with the control, A. sinicus significantly increased the aboveground biomass of Lactuca sativa and
Amaranthus cruetus but there was no significant effect on Cd and Pb concentration in DTPA extractable fraction, in soil
solution or in the vegetables. Therefore, A. sinicus can be applied to increase the biomass of leafy vegetables in the test
soil without increasing the risk of food chain contamination.
Key words：Astragalus sinicus；vegetative field；leafy vegetable；Cd；Pb

研究发现,城郊一些地区生长的叶菜重金属
超标率较高[1-3],其中重金属镉、铅具有致畸致癌
等效应[4-5].土壤有机质可吸附或络合土壤重金
属,能够影响重金属形态,降低重金属的生物有
效性及作物重金属含量[5-7],因此,施用含有机质
丰富的土壤改良剂能有效降低叶菜中 Cd、Pb 的
含量[8].
紫云英(Astragalus sinicus L.)作为农田绿肥,
在我国南方稻田广泛种植,该植物可否降低叶菜
重金属 Cd、Pb 含量,目前国内外相关报道很少.
为此,本试验拟通过紫芸英绿肥处理重金属污染
土壤的盆栽试验,以叶菜为指示植物,探索其可行
性;同时通过土壤溶液中 Cd、Pb 的浓度及 DTPA
浸提的 Cd、Pb 含量等活性较强的形态来揭示其
部分机制.
1 材料与方法
1.1 供试土壤
取自广州市近郊,系由沉积物发育而来的菜
园土(vegetative soil).取 0~20cm,风干,过 1cm 筛,
备用 .土壤的部分性状如下 :pH 5.70,有机质
40.8g/kg,Cd 全量 1.34mg/kg、Pb 全量 106mg/kg、
Cu 全量 154mg/kg、Zn 全量 359mg/kg,全 N
2.12g/kg、碱解 N 172mg/kg、有效 P 135mg/kg、
速效 K 362mg/kg.
1.2 供试绿肥
收稿日期：2010-07-30
基金项目：广东省科技厅重大专项(2007A032303001,2008A030202002);
广东省农业领域重点专项项目(2009A0201005)
* 责任作者, 研究员, shaoyingai@21cn.com
462 中 国 环 境 科 学 31 卷

供试绿肥采自广州从化市,为开花初期的紫
云英(Astragalus sinicus L.)的地上部分,用不锈钢
菜刀切成约 3cm 的小段备用 .紫云英全 N
5.22g/kg、全 P 0.53g/kg、全 K 4.20g/kg;全 Cd
0.02mg/kg、全 Pb 0.07mg/kg(均以鲜重计).
1.3 供试叶菜
供试叶菜品种为意大利全年耐抽苔生菜
(Lactuca sativa L. var. ramosa Hort.)和优良花红
苋菜(Amaranthus cruetus L.),其种子均购于广州
增城市朱村种子站,前者全年可以在广州市菜地
土壤种植,后者适于夏天高温时期种植.
1.4 试验设计及实施
未施加紫云英的土壤为对照(CK),设置土
壤施加鲜紫云英水平分别为 13.3g/kg(T1)、
26.7g/kg(T2)、40.0g/kg(T3)、53.3g/kg(T4),共 5
个处理水平,3 次重复.每盆装土壤 7.00kg,随机
排列.
称取每处理的紫云英与土壤用量,混合成均
匀基质,先在盆底装 2.00kg基质,水平安装原位土
壤溶液取样器(滤过孔径为 0.3µm),再补足基质.
加水至土壤最大田间持水量的 60%左右,压青 2
周.2009 年 3 月 31 日直播生菜种子,4 叶期定株 6
棵,生长 45d(达上市期,下同)收获地上部;2009 年
5 月 29 日播种苋菜,3 叶期间苗至 15 棵,生长 33d
收获地上部.2009 年 8 日 1 日散播生菜种子,4 叶
期定株 5 棵,生长 50d 收获.每茬叶菜收获时同步
抽取 10mL 土壤溶液,收获第 3 茬后采集土壤样
本.每茬叶菜生长期间追施 2 次尿素,每次 0.5 g/
盆.浇自来水,称重法保持土壤湿度为最大田间持
水量的 70%左右.试验在广东省农业科学院土壤
肥料研究所网室进行.
1.5 样品前处理及测定
土壤溶液加入 1mL浓度为 2mol/L的稀硝酸
使之酸化,冷藏、待测其中 Cd、Pb 浓度.记录生
菜地上部鲜重、洗净、擦干蔬菜外表水分,用塑
料打浆机匀浆制成鲜样,称取 10.00g 于三角瓶
中、加入 10.0mL混酸(体积比HNO3 : HClO4 = 4 :
1,优质纯试剂)消煮、定容到 25mL,待测消解液中
的 Cd、Pb 浓度,同时称取蔬菜标准样品进行质量
监控 .土壤样本自然风干 ,过 1mm 尼龙筛 ,用
DTPA[0.005mol/L 二乙基三胺五乙酸(DTPA) +
0.01mol/L CaCl2 + 0.1mol/L 三乙醇胺(TEA)]浸
提土壤有效态 Cd、Pb(土液比为 1∶5),待测过滤
液.火焰(石墨炉)原子吸收分光光度计(Hitachi-Z
5000)测定 Cd、Pb.
1.6 数据处理和统计
数据采用 Excel2003 处理,SPSS10.0 统计.
2 结果与分析
2.1 叶菜地上部生物量
如表 1 所示,与 CK 相比,紫云英绿肥显著提
高第 1、2 茬叶菜地上部生物量(P<0.05),紫云英
的施用量与每茬叶菜生物量均显著正相关.其中
第 1、第 2 茬极显著正相关(第 1、2、3 茬叶菜
的相关系数分别为 0.778,P<0.01;0.794,P<0.01;
0.591,P<0.05.n=15).第 1 茬叶菜地上部生物量显
著高于第 2、3 茬叶菜生物量(P<0.01),这主要是
因为第 2、3 茬叶菜生长时气温高、日夜温差小,
叶菜呼吸作用加强,不利于叶菜碳水化合物的积
累和生物量的增加.
表 1 叶菜地上部鲜重
Table 1 Aboveground biomass of leafy vegetable
处理 第 1 茬
(g/盆)
第 2 茬
(g/盆)
第 3 茬
(g/盆)
CK 294±29b 156±11c 190±30abc
T1 349±58ab 196±16b 176±17c
T2 392±36a 212±15b 179±23bc
T3 413±29a 184±28bc 212±9ab
T4 410±12a 250±2a 223±12a
注:表中数据为3次重复的平均值±标准差,每列不同字母表示差
异显著(P<0.05),下同
2.2 叶菜地上部 Cd、Pb 含量
由图 1 可见,与对照相比,紫云英绿肥对各茬
叶菜地上部 Cd、Pb 含量都没有显著影响
(P>0.05);苋菜 Cd、Pb 含量显著高于生菜(P<0.05),
这是由于生菜和苋菜基因型差异造成的;另一方
面,2 茬生菜 Cd、Pb 含量没有显著差异(P>0.05),
表明气候因素及紫芸英的腐解度对生菜 Cd、Pb
含量没有显著影响.所有叶菜地上部Pb含量均低
于食品中污染物 Pb 限量标准(0.3mg/kg)[9],各处
3 期 唐明灯：紫云英对污染土壤上叶菜生长及其镉和铅含量的影响 463

理叶菜地上部 Cd 含量平均值也低于食品中污染
物 Cd 限量(0.2mg/kg)[9],但其中 T2 与 T4 处理中
部分苋菜 Cd 含量达 0.22mg/kg,由此可见,与 Pb
相比,苋菜 Cd 的健康风险较大.
a
a a a a a
a a
a
a
a
a
a a a
a
0.0
0.1
0.2
0.3
CK T1 T2 T3 T4
处理
地
上
部
C
d含
量
(m
g/
kg
)


b
a
a
aaa
a a
a a a
a a
a a
a
0.0
0.1
0.2
0.3
CK T1 T2 T3 T4
处理
地
上
部
Pb
含
量
(m
g/
kg
)

图 1 各茬叶菜地上部的 Cd、Pb 含量
Fig.1 Above ground Cd (a) and Pb (b) concentrations of leafy vegetables for 3 crops
第 1 茬 第 2 茬 第 3 茬

2.3 土壤 Cd、Pb 的活性形态
从表 2可以看出,每茬叶菜的土壤溶液Cd浓
度都有显著差异(P<0.05),但第 1、2 茬中,紫云英
用量与土壤溶液 Cd 浓度没有显著相关性
(P>0.05);第 3 茬时紫云英处理显著降低了土壤
溶液 Cd 浓度且显著负相关(相关系数为-0.597、
n = 15、P<0.05);第 1 茬的土壤溶液 Cd 浓度显著
大于第 2、3 茬(P<0.05),可能是紫云英初步分解
产生的低分子有机物对土壤 Cd 具有一定的活化
作用.不同处理土壤溶液中重金属Pb都没有显著
差异(P>0.05)),但第 1 茬土壤溶液 Pb 浓度显著低
于第 2、3 茬(P<0.05),其原因有待探明.对整个试
验过程而言,土壤溶液 Cd 浓度与叶菜地上部 Cd
含量显著负相关(相关系数为-0.346、n = 45、
P<0.05),土壤溶液 Pb 浓度与叶菜地上部 Pb 含量
显著正相关(相关系数为 0.522、n = 45、P<0.01).
表 2 土壤溶液中 Cd、Pb 浓度
Table 2 Cd, Pb concentration in soil pore water
Cd(µg/L) Pb(µg/L) 处理
第 1 茬 第 2 茬 第 3 茬 第 1 茬 第 2 茬 第 3 茬
CK 0.66±0.07b 0.74±0.32ab 1.29±0.17a 3.39±0.61a 26.3±9.9a 27.9±2.1a
T1 1.16±0.28ab 1.09±0.24a 0.57±0.22b 2.78±0.70a 25.5±0.7a 27.1±0.9a
T2 1.58±0.49a 0.47±0.16b 0.74±0.14b 2.28±0.78a 29.1±1.7a 25.6±0.2a
T3 1.24±0.46ab 0.48±0.09b 0.66±0.07b 2.65±1.35a 32.0±5.5a 26.0±0.8a
T4 1.41±0.87ab 0.51±0.16b 0.51±0.24b 2.99±0.59a 26.8±1.7a 25.9±1.8a

表 3 土壤 Cd、Pb 的 DTPA 浸提态含量
Table 3 Soil DTPA-Cd and-Pb concentrations
处理 Cd(mg/kg) Pb(mg/kg)
CK 0.28±0.01a 12.7±0.3a
T1 0.29±0.00a 12.7±0.2a
T2 0.31±0.01a 13.2±0.7a
T3 0.29±0.02a 13.0±0.3a
T4 0.29±0.02a 1.46±0.07b
与对照相比,紫云英处理没有显著影响土壤
DTPA-Cd 含量(P>0.05);同时紫云英处理对土壤
DTPA-Pb 含量也没有显著影响(P>0.05),但 T4 处理
DTPA-Pb含量显著降低,有待进一步研究其原因(表3).
3 讨论
3.1 紫云英的施用及肥效
464 中 国 环 境 科 学 31 卷

紫云英是我国最主要的绿肥作物,每 hm2 稻
田产紫云英绿肥 30000~90000kg,稻田施用量一
般为 30000kg/hm2[10],本试验盆栽菜地土壤紫云
英的最低设计用量与此吻合 (每 hm2 土壤以
2250000kg 计),如果按盆栽施用量为大田施用量
的 3 倍,T3 紫云英施用量与此相同.汤海燕等[11]
和 龙 安 华 等 [12] 在 田 间 小 区 的 施 用 量 为
12500kg/hm2,按盆栽用量为大田的 3 倍计算,该
用量在本试验 T1 和 T2 处理之间.紫云英的利用
方式一般是田间种植,原位翻压,但汤海燕等[11]
和龙安华等[12]的试验设计为田间小区离位施用,
且取得较好的试验效果,所以本文设计与此一致.
另一方面,该设计也考虑到城郊菜地耕作强度
大、难以休耕的现状,紫云英等绿肥刚压青时容
易产生硫化氢等有害物质毒害植物根系,稻田紫
云英原位利用一般压青 2 周左右才扦插水稻秧
苗,故本文紫云英压青 2 周.
紫云英具有提高土壤 pH 值、有机质,并抑制
养分流失等改良和培肥土壤的作用[13-14],对水稻
而言,曾庆利等[15]报道 30000kg/hm2 紫云英用量
相当于 40%化肥的效应[16].紫云英不仅显著提高
水稻产量和生物量 ,而且显著提高海州香薷
(Elsholtzia splendens)的生物量[11-12,17].本试验当
中,紫云英对叶菜生物量的影响效果与此一致.杨
俊岗等[10]认为紫云英分解快、供肥及时、肥效
稳定而持久,本文与此类似;而且,通过第3茬对照
的生物量与紫云英处理已没有显著差异,还可以
初步推测其肥效大约为 4 个月左右.另外,菜地土
壤积累了较丰富的氮、磷、钾,本试验菜地土壤
有效磷、速效钾分别大于 90mg/kg、240mg/kg,
属偏高级别[18],且肥料的使用也影响叶菜对 Cd、
Pb 的吸收[19-20],为减少其他因素对紫云英绿肥处
理效果的影响,故本试验仅追施尿素.
3.2 紫云英对土壤及作物重金属含量的影响
长期大田试验监测到紫云英提高土壤 Cd 含
量[21].这是因为紫云英具有一定的富集 Cd、Pb
的能力[22-23],尤其是接种具有富镉基因的根瘤菌
后其 Cd 富集能力大大加强[24].因此,在紫云英离
位施用于菜地之前,有必要检测其重金属含量.田
间小区试验中,紫云英显著提高海州香薷茎叶当
中的 Cd、Pb、Cu、Zn 含量,与对照相比,提高幅
度分别达 57%、63%、31%、18%[11-12],本试验盆
栽紫云英对叶菜地上部 Cd、Pb 含量的影响与此
有别,可能与供试土壤理化性状及指示植物不同
有关.汤海燕等[11]认为紫云英的效果与柠檬酸、
草酸等类似[12],表明紫云英腐烂分解主要产生低
分子量的有机酸,但官会林等[14]报道紫云英提高
土壤中高分子量有机酸组分;从本试验收获第 1
茬时土壤溶液 Cd 浓度显著高于对照推测,数据
支持文献[11-12]的观点.另外,紫云英翻埋深度对
海州香薷茎叶当中 Cd、Pb、Cu、Zn 含量没有显
著影响[11],绿肥即使覆盖在土壤表面也没有显著
影响[25],则紫云英与土壤混合均匀的试验设计不
会显著影响叶菜地上部 Cd、Pb 含量.
3.3 土壤 Cd、Pb 活性形态与叶菜地上部 Cd、
Pb 的关系
Clemente 等 [26] 报道牛粪对土壤重金属
DTPA 浸提态及植物地上部重金属含量没有显
著影响,本试验与此类似.土壤溶液中重金属浓度
和植物地上部重金属含量之间正相关,与土壤重
金属其他形态相比,其相关性最好[27];本试验土
壤溶液 Pb 浓度-叶菜地上部 Pb 含量之间的关系
与文献[27]一致,且优于 DTPA-Pb 含量.但本试验
土壤溶液 Cd 浓度-叶菜地上部 Cd 含量之间与此
有别,除了土壤溶液 Cd 浓度影响苋菜地上部 Cd
含量外,同时植物通过根系分泌物影响土壤溶液
中重金属浓度[25].在水培条件下,田生科等[28]发
现 1.6mg/L 和 3.2mg/L(ppm 级)对海州香薷地上
部 Cu 含量已没有显著影响, 本试验推测供试叶
菜对土壤溶液中 Cd 的响应浓度较高(灵敏度为
10µg/L 左右),即叶菜对较低(≤10µg/L)的土壤溶
液 Cd 浓度不敏感,因此,虽然不同紫云英施用量
间的土壤溶液在 ppb 级水平有显著差异,但叶菜
地上部 Cd 含量没有显著差异.另外,王果等[29]认
为,研究紫云英等有机物料的改土效果,要综合有
机物料、土壤、作物、栽培以及产品性质等因素,
因此,紫云英对土壤的改良效果值得继续研究.
4 结论
4.1 与对照相比,紫云英绿肥具有改良和培肥
3 期 唐明灯：紫云英对污染土壤上叶菜生长及其镉和铅含量的影响 465

土壤的作用,显著提高生菜和苋菜地上部生物量.
4.2 紫云英没有显著影响土壤 DTPA-Cd 和
DTPA-Pb 的含量,没有显著影响土壤溶液中的
Pb 浓度,对土壤溶液 Cd 浓度的影响程度也较小,
因此没有显著提高供试生菜和苋菜地上部 Cd、
Pb 含量.
参考文献：
[1] Huang B, Shi X Z, Yu D S, et al. Environmental assessment of
small-scale vegetable farming systems in peri-urban areas of the
Yangtze River Delta Region, China [J]. Agriculture, Ecosystems
and Environment, 2006,112:391-402.
[2] Peris M, Micó C, Recatalá L, et al. Heavy metal contents in
horticultural crops of a representative area of the European
Mediterranean region [J]. Science of the Total Environment,
2007,378:42-48.
[3] 师荣光,周启星,刘凤枝,等.天津郊区土壤-蔬菜系统中 Cd 的积
累特征及污染风险 [J]. 中国环境科学, 2008,28(7):634-639.
[4] Türkdoğan M K, Kilicel F, Kara K, et al. Heavy metals in soil,
vegetables and fruits in the endemic upper gastrointestinal cancer
region of Turkey [J]. Environmental Toxicology and
Pharmacology, 2002,13:175-179.
[5] Ike A, Sriprang R, Ono H, et al. Bioremediation of cadmium
contaminated soil using symbiosis between leguminous plant and
recombinant rhizobia with the MTL4 and the PCS genes [J].
Chemosphere, 2007,66:1670-1676.
[6] Lu A X, Zhang S Z, Shan X Q. Time effect on the fractionation of
heavy metals in soils [J]. Geoderma, 2005,125:225-234.
[7] 王汉卫,王玉军,陈杰华,等.改性纳米碳黑用于重金属污染土壤
改良的研究 [J]. 中国环境科学, 2009,29(4):431-436
[8] 骆永明.污染土壤修复技术研究现状与趋势 [J]. 化学进展,
2009,21(2-3):558-565.
[9] GB 2762-2005.食品中污染物限量 [S].
[10] 杨俊岗,孙全东.紫云英在发展永续农业中作用的研究探讨 [J].
中国畜禽种业, 2010,2:21-24.
[11] 汤海燕,倪才英,龙安华,等.土壤植物修复调控效果研究 [J]. 江
西化工, 2007,4:182-185.
[12] 龙安华,倪才英,曹永琳,等.土壤重金属污染植物修复的紫云英
调控研究 [J]. 土壤, 2007,39(4):545-550.
[13] 陈怀满,熊 毅.紫云英和稻草对土壤溶液的 pH 和 Eh 的影响
[J]. 土壤, 1984,5:189.
[14] 官会林,刘士清,张无敌,等.紫云英轮作与退化山地红壤肥力恢
复研究 [J]. 农业现代化研究, 2007,28(4):494-497.
[15] 曾庆利,龚春华,徐永土,等.紫云英不同翻压量对水稻产量和产
值的影响 [J]. 湖南农业科学, 2009,6:76-78,88.
[16] 李双来,陈云峰,李四斌,等.水稻相同紫云英翻压量下化肥的合
理用量试验 [J]. 湖北农业科学, 2009,48(7):1592-1593.
[17] 高菊生,徐明岗,秦道珠.长期稻-稻-紫云英轮作对水稻生长发
育及产量的影响 [J]. 湖南农业科学, 2008,6:25-27.
[18] 章永松,倪吾钟,林咸永,等.杭州市郊菜园土壤的有效养分状况
与施肥对策 [M]. 谢建昌,陈际型,等编.菜园土壤肥力与蔬菜
合理施肥.南京:河海大学出版社, 1997:43-46.
[19] 姚建武,王艳红,李盟军,等.施肥对铅镉污染土壤上芥菜铅镉含
量及生理的影响 [J]. 中国生态农业学报, 2010,18(3):659-662.
[20] 王艳红,艾绍英,李盟军,等.氮肥对镉在土壤-芥菜系统中迁移转
化的影响 [J]. 中国生态农业学报, 2010,18(3):649-653.
[21] 李本银,黄绍敏,张玉亭,等.长期施用有机肥对土壤和糙米铜、
锌、铁、锰和镉积累的影响 [J]. 植物营养与肥料学报 ,
2010,16(1):129-135.
[22] 李铭红,李 侠,宋瑞生.受污农田中农作物对重金属镉的富集
特征研究 [J]. 中国生态农业学报, 2008,16(3):675-679.
[23] 李铭红,李 侠,宋瑞生,等.受污农田中农作物对重金属 Pb 的富
集特征研究 [J]. 农业环境科学学报, 2006,25(增刊):109-113.
[24] Ike A, Sriprang R, Ono H, Murooka Y, et al. Promotion of metal
accumulation in nodule of Astragalus sinicus by the expression of
the iron-regulated transporter gene in Mesorhizobium huakuii
subsp. rengei B3. Journal of Bioscience and Bioengineering,
2008,105(6):642-648
[25] Clemente R, Hartley W, Riby P, et al. Trace element mobility in a
contaminated soil two years after field-amendment with a
greenwaste compost mulch [J]. Environmental Pollution,
2010,158:1644-1651.
[26] Clemente R, Paredes C, Mernal M P. A field experiment
investigating the effects of olive husk and cow manure on heavy
metal availability in a contaminated calcareous soil from Murcia
(Spain) [J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2007,118:
319-326.
[27] Song J, Zhao F J, Luo Y M, et al. Copper uptake by Elsholtzia
splendens and Silene vulgaris and assessment of copper
phytoavailability in contaminated soils [J]. Environmental
Pollution, 2004,128:307-315.
[28] 田生科,李庭轩,彭红云,等.铜胁迫对海州香薷和紫花香薷根系
形态及铜富集的影响 [J]. 水土保持学报, 2005,19(3):97-100,
183.
[29] 王 果,陈建斌,高 山,等.稻草和紫云英对土壤外源铜的形态
及生态效应的影响 [J]. 生态学报, 1999,19(4):551-556.

作者简介：唐明灯(1968-),男,湖南武冈人,助理研究员,博士,主要
从事土壤重金属污染及其调控研究.发表论文 10 余篇.