全 文 ：有机物料对土壤镉形态及其生物有效性的影响*
张秋芳1* *
王
果2
杨佩艺2
方
玲2
( 1 福建省农业科学院生物技术中心,福州 350003; 2福建农林大学资源与环境学院,福州 350002)
摘要
采用盆栽试验, 研究了淹水种稻条件下添加猪粪和泥炭对红壤和潮土中内源和外源 Cd 形态及
其生物有效性的影响.结果表明,土壤中内源 Cd 在各形态之间的分布比较均匀; 添加外源 Cd 时 Cd 主要
分布于交换态.从分蘖期到成熟期,内源 Cd 交换态普遍升高, 添加外源 Cd 时交换态普遍降低. 有机物料
对内源 Cd交换态的影响不显著, 但当添加外源 Cd 时则对交换态有显著影响. 在不添加外源 Cd 的条件
下, 有机物料普遍促进水稻根系对 Cd的吸收. 在添加外源 Cd的条件下, 有机物料普遍抑制水稻根系对 Cd
的吸收, 猪粪的抑制效果强于泥炭.水稻根系对 Cd 与 Fe的累积呈显著抑制作用.
关键词
有机物料
红壤
潮土
镉
形态
有效性
文章编号
1001- 9332( 2002) 12- 1659- 04
中图分类号
X131
3
文献标识码
A
Effects of organic manure on the conformation and biological availability of soil Cd. ZHANG Qiufang1 ,
WANG Guo2, YANG Peiy i2, FANG Ling2 ( 1Biotechnology Center , Fuj ian Academy of Agr icultural Sciences ,
Fuzhou 350003; 2College of Resour ces and Environmental Sciences, Fuj ian Agr icultur e and For estry Universi
ty , Fuzhou 350002) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2002, 13( 12) : 1659~ 1662.
Pot experiments w er e conducted to investigate the effect of or ganic manure on the conformation and availability
of both nativ e and added Cd in red soil and moisture soil under rice planting. Most of the added Cd ex isted in ex
changeable form, while the native Cd ex isted more evenly in four forms. The organic manure did not influence
apparently on the forms of nat ive Cd, w hereas influenced significantly on those of the added Cd. From tiller ing to
mature stage, the exchangeable form of the native Cd increased, w hile that of the added Cd decreased. The ap
plication of o rganic manure could pr omote the uptake of Cd under the tr eatments w ithout adding Cd. Under the
treatments of adding Cd, the application of the or ganic manure could depress the uptake of Cd, and the effect of
applying pig! s manure was stronger than that of applying peat. There ex isted a significant antag onism between
the accumulation of Cd and Fe in rice roots.
Key words
Organic manure, Red soil, Mo istur e soil, Cadmium, Conformation, Availability .
* 国家自然科学基金资助项目( 49671048) .
* * 通讯联系人.
2000- 09- 20收稿, 2001- 01- 02接受.
1
引

言
土壤作为人类赖以生存的生态环境的重要组成
部分,受工业∀三废#尤其是重金属的污染日趋严重.
其中 Cd的污染较为广泛和突出. 有机物料由于其
特有的性质,不仅在肥力改良方面起着重要作用, 且
在土壤污染的降解方面也越来越引起人们的关注,
是一种被认为用于改良重金属污染土壤的较为可靠
的物质.但已有研究表明,有机物料对土壤中重金属
的影响较为复杂[ 2, 3, 8~ 10] .有机物料对土壤植物系
统中重金属化学行为影响的效果,不仅与有机物料
本身的性质、土壤条件、作物种类等有关, 而且还与
土壤重金属的数量、存在状态及其在作物中所处的
位置有关.为保证整个农业生态体系的可持续利用,
有必要对土壤和植物中的重金属行为进行深入探
讨.本文试图通过添加常见有机物料猪粪和泥炭, 研
究在淹水种稻条件下对内源 Cd及外源 Cd 形态及
其生物有效性的影响.
2
材料与方法
2
1
供试材料
2
1
1 供试土壤
分别为红壤(福建省南平市夏道镇, 花岗
闪长岩母质)和潮土(福建省福州市乌龙江边, 冲积母质) , 取
样深度均为 20cm.土壤风干后研碎混匀备用. 供试土壤基本
性状见表 1.
2
1
2 供试有机肥
包括猪粪和泥炭. 猪粪取自福建农业大
学养猪场; 泥炭取自福建省闽侯县.两种有机物料经风干, 70
~ 80 ∃ 烘干, 粉碎,备用. 有机物料各元素含量见表 2.
2
2
研究方法
2
2
1 盆栽试验
试验对红壤和潮土分别设 6 个处理,各处
理重复 5 次.每盆加风干土 1. 2kg, 干有机质加入量为土重
的 2% ,在加 Cd的处理中, Cd 的加入量皆为 10mg%kg- 1土.
将土壤和有机物料, 或土壤、有机物料和 CdCl2 溶液搅拌均
匀, 加水至田间持水量的 60% ,搅拌均匀,装盆, 室内培养一
应 用 生 态 学 报
2002年 12 月
第 13 卷
第 12 期





























CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 2002, 13( 12)&1659~ 1662
表 1
供试土壤基本性状
Table 1 Basic properties of the soils
性
状
Properties
红
壤
Red soil
潮
土
Moisture soil
pH(水&土= 1&1) 4. 74 4. 88
粘粒 Clay( < 0. 002mm, g%kg- 1) 437. 0 138. 9
有机质 Organic matter( g%kg- 1) 15. 3 11. 4
CEC( cmol%kg- 1( + ) ) 6. 13 5. 67
碱解 N Available N( mg%kg- 1) 154. 53 64. 10
速效 K Available K( mg%kg- 1) 24. 3 31. 2
有效 P Available P( mg%kg- 1) 0. 52 15. 77
游离 Fe Available Fe( g%kg- 1) 27. 94 20. 87
全 Cd Total Cd( mg%kg- 1) 1. 42 1. 25
表 2
供试有机物料元素含量
Table 2 Contents of the elements in the organic materials
元
素
Elements
Cu
( mg%kg- 1) Cd(mg%kg- 1) Zn(mg%kg- 1) Fe( g%kg- 1) Mn(mg%kg- 1) N( g%kg- 1) C( g%kg- 1)
猪
粪 34. 29 3
01 359
8 2
40 0
31 20
6 279
2
P ig manure
泥
炭 15. 02 4. 51 211. 6 3. 05 307. 19 3. 52 251. 2
Peat
周后移至玻璃房, 加入去离子水和 NPK 营养液 ( N 0. 15g%
kg- 1 ; P 0. 044g%kg- 1 ; K 0. 125g% kg- 1 ) , 保持 2~ 3cm 的水
层,培养一周后插秧, 每盆 2 株.整个生育期均用去离子水浇
灌,并始终保持 2~ 3cm 的水层. 水稻插秧时间为 1998 年 8
月1 日, 各处理分别在分蘖期和成熟期各取两盆进行土壤
Cd 形态和植株 Cd含量分析, 其余一盆备用.
2
2
2 土壤和植株分析
整盆(植株带土)端回室内, 将土壤
和稻株倒入一干净瓷盘中,将土壤和稻根分离.土壤一半晾
干,研细备用; 另一半置于一干净烧杯中, 供土壤 Cd 形态、
Si、Fe、Mn 等的测定用(其中,内源 Cd 指未添加外来 Cd的土
壤本底值的 Cd;外源 Cd 包括内源和外来添加的 Cd 含量) .
将稻株分成根、茎叶等部分洗净供测试用. 土壤 Eh、pH 值及
各提取态(交换态、氧化锰结合态、有机结合态和无定形铁结
合态) Cd的测定均采用文献[ 8]的方法,其余元素和土壤腐植
酸的测定参照文献[ 1, 4] . 分析所用器皿均用硝酸稀溶液浸泡
过夜.数理统计均在 SAS 软件上进行[ 7] .
3
结果与讨论
3
1
有机物料对土壤 Cd形态的影响
3
1
1 对内源 Cd形态的影响
由表3可见,在不添
加外源 Cd情况下,分蘖期 Cd在各形态间的分配略
有差异, 但很相近.有机物料对土壤交换态 Cd、有机
结合态 Cd、无定形铁态 Cd均没有显著影响.泥炭对
两种土壤的 pH 和 Eh均无显著影响,猪粪显著提高
了土壤 pH, 显著降低了土壤 Eh. 逐步回归分析表
明,交换态 Cd与 pH 和 Eh之间无显著相关.


从分蘖期到成熟期, 各处理交换态 Cd含量普
遍升高(表 3) , 表明在淹水种稻期间, 内源 Cd的有
效性有随时间推移逐渐升高的趋势. 有机结合态、无
定形铁结合态镉也略有提高,表明在淹水种稻条件
下,随时间的推移晶形铁结合态和残余态中的 Cd
会逐渐转移到其它形态.有机物料对交换态、氧化锰
结合态和无定形铁结合态 Cd含量的影响依然不显
著(表 3) .泥炭提高了潮土有机结合态 Cd 含量, 但
猪粪则降低两种土壤有机态 Cd含量. 这表明在试
验条件下,泥炭的非水溶性分解产物对 Cd 的吸附
能力较强,而猪粪则可能由于易于分解,产生激发作
用反而促进原有的有机态 Cd的分解, 从而降低其
含量.成熟期交换态 Cd含量与其它形态 Cd 含量之
间无显著相关.成熟期有机物料对土壤氧化还原电
位已没有显著影响. 猪粪虽提高了土壤 pH ,但差异
并未达到显著水平.表明从分蘖期到成熟期,有机物
料对土壤化学性质的影响在逐渐减弱. 交换态 Cd
含量与 pH 和 Eh之间仍无显著相关.
3
1
2 对外源 Cd 形态的影响
由表 4 可见, 分蘖
期,潮土中各处理交换态 Cd 含量皆高于红壤中的
相应处理. 这与内源 Cd的形态分布相似. 添加外源
Cd后,除 XPD外,分蘖期各处理交换态 Cd含量均
明显高于其它各形态, 表明在水稻生育前期, 外源
Cd明显以交换态为主, 具有较高的活性. 这与内源
Cd的处理不同.但添加泥炭显著降低了两种土壤交
换态 Cd含量, 同时显著提高了氧化锰结合态和/或
表 3
新鲜土壤内源 Cd各形态含量*
Table 3 Cd contents of various forms of the native Cd in fresh soi ls ( mg%kg- 1)
处
理
T reatments
分蘖期 Tillering stage
交换态
Exch.
氧化锰结合态
MnO
有机结合态
Organ
无定形铁结合态
AmFe
pH 氧化还原电位
Eh( mv)
成熟期 Mature stage
交换态
Exch.
氧化锰结合态
MnO
有机结合态
Organ
无定形铁结合态
AmFe
pH 氧化还原电位
Eh( mv)
JKO 0. 28a 0. 14ab 0. 13a 0. 15a 4. 88b 320a 0. 35a 0. 11a 0. 28b 0. 38ab 5. 16ab 260b
JNO 0. 27a 0. 13b 0. 12a 0. 11a 4. 30c 324a 0. 41a 0. 12a 0. 37a 0. 38ab 5. 86ab 220b
JPO 0. 28a 0. 18a 0. 13a 0. 06a 5. 94a 28c 0. 32a 0. 13a 0. 15c 0. 43a 6. 00a 200b
XKO 0. 15a 0. 13b 0. 07b 0. 18b 4. 08c 385a 0. 28a 0. 19a 0. 30b 0. 25b 4. 53b 438a
XNO 0. 22a 0. 14ab 0. 08b 0. 15b 4. 20c 379a 0. 34a 0. 10a 0. 35b 0. 30ab 4. 52b 445a
XPO 0. 15a 0. 12a 0. 08b 0. 18b 5. 64a 197b 0. 29a 0. 06a 0. 22bc 0. 35ab 5. 21ab 441a
* 各处理间的多重比较采用 Duncan法;小写字母表示显著性差异达 5% ;同一列中各处理间有相同字母者差异不显著. Duncan! s mult iple range
test w as used to determ ine dif ference among t reatments. All values in the same column w ith the same small let ter are not significantly dif ferent at the
5% level of signif icance. JKO:潮土( CK) Moisture soil; JNO:潮土+ 泥炭 Moisture soil & peat ; JPO:潮土+ 猪粪 Moisture soil & pig manure; XKO:
红壤( CK) Red soil;XNO:红壤+ 泥炭 Red soil & peat; XPO:红壤+ 猪粪Red soil & pig manure.
1660 应
用
生
态
学
报

















13卷
表 4
新鲜土样外源 Cd各形态含量( mg%kg- 1)
Table 4 Cd contents of various forms of fresh soi l samples in addedCd treatments
处
理
T reatments
分蘖期 Tillering stage
交换态
Exch.
氧化锰结合态
Mn. Ox
有机结合态
Organ.
无定形铁结合态
AmFe.
pH 氧化还原电位
Eh( mv)
成熟期 Mature stage
交换态
Exch.
氧化锰结合态
Mn .Ox
有机结合态
Organ.
无定形铁结合态
AmFe.
pH 氧化还原电位
Eh( mv)
JKD 8. 42a 1. 48d 0. 82cd 0. 08b 4. 81b 281b 4. 76b 1. 84c 0. 70c 0. 45a 5. 28b 308c
JND 5. 37b 3. 93a 2. 46a 0. 09b 4. 05bc 391a 3. 81c 2. 37b 1. 35b 0. 38ab 5. 91a 182d
JPD 8. 35a 1. 14e 0. 56d 0. 20a 5. 50a 153c 2. 14e 4. 28a 1. 81ab 0. 43a 6. 10a 181d
XKD 5. 84b 1. 75d 1. 15bc 0. 17a 3. 78c 369a 3. 32d 1. 80c 1. 99a 0. 24ab 4. 84bc 395bc
XND 3. 97c 2. 14c 1. 25b 0. 11ab 4. 18bc 333ab 5. 72a 0. 95d 0. 61c 0. 21b 4. 18b 488ab
XPD 2. 46d 2. 70b 2. 19a 0. 14ab 5. 18a 146c 5. 94a 0. 42e 0. 55c 0. 31ab 4. 42dc 539a
JKD:潮土+ Cd Moisture soil & Cd; JND:潮土+ 泥炭+ Cd Moisture soil & peat & Cd; JPD:潮土+ 猪粪+ Cd Moisture soil & pig manure & Cd;
XKD:红壤+ Cd Red soil & Cd; XND:红壤+ 泥炭+ Cd Red soil & peat & Cd; XPD:红壤+ 猪粪+ Cd Red soil & pig manure & Cd.
有机态 Cd含量;添加猪粪则对不同土壤类型 Cd的
形态影响不同: 显著降低了红壤交换态 Cd含量, 显
著提高了红壤有机态 Cd 含量, 但并未对潮土各形
态 Cd含量产生较大的影响. 可见,有机物料对外源
Cd形态的影响与对内源 Cd形态的影响大不相同:
添加外源 Cd时有机物料的影响以增加对 Cd 的络
合作用、增加有机态、降低交换态为主; 不添加外源
Cd时有机物料也存在对 Cd的络合效应, 但有机物
料对内源 Cd的活化效应的重要性增强. 这两个方
向不同的效应的综合则为实际表现出来的效应. 另
外,土壤中的粘粒也会对 Cd的形态产生一定的影
响,尤其在粘粒含量较高的红壤中.猪粪处理的土壤
pH 显著升高、Eh 显著降低, 但二者的变化并不与
Cd形态的变化密切相关, 表明在试验条件下, pH 和
Eh并不是引起外源 Cd形态变化的最主要因素.


从分蘖期到成熟期, JKD、XKD的交换态 Cd含
量均降低(表 4) ,表明在不存在有机物料的情况下,
随时间的推移, 进入土壤的外源 Cd逐渐向降低有
效性的方向转化. 这与内源 Cd 的变化趋势相反.
JKD、XKD交换态 Cd的逐渐减少反映出进入土壤
的外源 Cd形态与土壤化学条件的逐渐平衡过程,
而内源 Cd交换态的逐渐增加则反映出有机物料对
原来已达成形态平衡的土壤 Cd 的活化作用. 有机
物料影响下 Cd 的形态随时间的变化则更加复杂.
由表 4可见, 从分蘖期到成熟期, JND、JPD 的交换
态Cd减少,而 XND、XPD交换态 Cd则增多. 这可
能与在此期间两种土壤 pH 和有机态 Cd 的变化趋
势有关:潮土加有机物料处理的 pH 升高,故交换态
Cd含量降低, 而红壤加有机物料处理的 pH 不仅没
有升高甚至降低,同时有机态 Cd 含量又显著降低,
故导致交换态 Cd的升高.上述结果证明,在不同土
壤条件下, 有机物料对重金属形态的影响可能截然
不同.将分蘖期与成熟期土壤交换态 Cd含量与氧
化锰结合态、有机结合态、无定形铁结合态、pH、Eh
进行逐步回归分析, 可得逐步回归方程: Ex- Cd=
9. 8499- 2. 2428( Or- Cd) - 8. 3522( AmFe- Cd) ,
F= 73. 35, P= 0. 0001, n= 12. 上述方程表明,就整
个生育期而言,在添加外源 Cd的情况下,交换态 Cd
含量的变化与有机态和无定形铁结合态 Cd呈极显
著负相关,与氧化锰结合态及 pH、Eh无显著相关.
3
2
有机物料影响下 Cd形态与有效性关系
3
2
1 对内源 Cd有效性的影响
由表 5可见, 对于
内源 Cd, 施用猪粪显著促进了水稻根系对 Cd的累
积,但显著抑制了内源 Cd 往植株茎叶的迁移;与猪
粪处理相反, 施用泥炭则显著促进了 Cd 往茎叶的
迁移,降低潮土中根系对 Cd吸收. 对比表 3 和表 5
可见,根系吸 Cd 量并不与交换态 Cd 含量相关, 在
本试验条件下, 不同处理根系吸 Cd 量差异的主要
原因是有机物料分解产物(特别是可溶性产物)中含
有机活性物质(如激素、各种氨基酸、其它有机酸等)
使根系生理活性增强, 从而影响其对 Cd的吸收.
表 5
分蘖期根系、茎叶Cd含量
Table 5 Contents of Cd in rice root and stemleaf in til lering stage
处理
T reatments
根系
Roo t
茎 叶
Stemleaf 处理Treatments 根系Root 茎叶Stemleaf
JKO 1. 16bc 0. 41b JK D 121. 1a 31. 98a
JNO 0. 90c 0. 60a JN D 111. 6a 23. 80ab
JPO 1. 94a 0. 05c JPD 18. 99c 5. 22c
XKO 0. 88c 0. 05c XKD 74. 69b 25. 81ab
XNO 1. 59ab 0. 40b XND 36. 76c 20. 17ab
XPO 1. 82ab 0. 03c XPD 20. 00c 12. 14bc
3
2
2 对外源 Cd有效性的影响
由表 5可知, 添加
外源 Cd后, 分蘖期有机物料不同程度地抑制了根
系和茎叶对 Cd的吸收,猪粪的抑制效果强于泥炭,
与内源 Cd处理相比, 泥炭对 Cd的抑制作用显然提
高.统计分析表明, 根系吸 Cd 量与交换态 Cd含量
并无显著相关. 但从图 1可见,除了 JPD外, 其余的
根系 Cd均与交换态 Cd呈现良好相关.这表明在外
源 Cd存在时,从总体上, 交换态 Cd与根系 Cd 吸收
量关系密切. 但也存在着其它因素对 Cd 吸收量的
影响更大的可能性. Cd的溶液形态、Cd对根系的毒
166112 期










张秋芳等: 有机物料对土壤镉形态及其生物有效性的影响








图 1
添加外源 Cd条件下根系、茎叶Cd与土壤交换态 Cd关系
Fig. 1 Relat ionship betw een Cd in root , stemleaf and ex changeableCd
in soil af ter adding Cd.
∋ . 根Root; ( .茎叶 S temleaf; ) .土壤交换态Cd ExchangeableCd in
soil.
害作用以及其它因素 (如其它元素对 Cd吸收的拮
抗或促进作用)都可能对 Cd的吸收产生明显影响.
根Cd含量与 N、P、K、Fe、Mn、Zn等各养分之间的
逐步回归方程为: Cd= 156. 410- 2. 7003( Fe) , F=
131. 80, P= 0. 0003, n = 6. 由方程可知, 根系对 Fe
的吸收与对 Cd的吸收呈显著拮抗作用. 施用泥炭
或猪粪有助于土壤 Fe 有效浓度升高, 使得根系对
Fe的吸收加大,从而抑制根系对 Cd的吸收,减轻根
系受镉毒的胁迫. Fe 与 Cd 之间的拮抗作用在烟
草[ 6]、西红柿[ 5]中已见报道, 但其在白三叶草的表
现则与此相反[ 11] ,可能与不同作物对镉毒的胁迫及
两者间的相互作用机制不同有关[ 6] .
图 2
添加外源 Cd条件下根系、茎叶Cd与土壤胡敏素关系
Fig. 2 Relat ionship betw een Cd in root , stemleaf and hum in in soil after
adding Cd.
∋ .根 Root; ( .茎叶 Stemleaf; ) .土壤胡敏素Humin in soil.


另外, 土壤中的有机质对 Cd的络合作用也可
能对外源 Cd在植株中的迁移产生重要的影响. 有
机质的腐植酸中,胡敏素、胡敏酸和金属形成难溶的
络合物[ 10] .随着胡敏化作用的加强, 有机质与金属
的络合能力随之增大,重金属在植株中的迁移能力
越弱.这在 Zn 的研究中已得到证实[ 2] . 而本试验
中,由于胡敏素的含量皆远高于胡敏酸和富里酸含
量,因此,可能是胡敏素对外源 Cd在植株中的迁移
也起着重要的制约作用.由图 2可看出,施用猪粪和
泥炭的土壤胡敏素含量都与根系、茎叶对外源 Cd
吸收量呈相反的趋势.
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作者简介
张秋芳, 女, 1973 年生, 硕士, 助理研究员, 主要
从事植物营养与土壤重金属污染防治方面的研究 ,发表论文
8 篇. T el: 05917862151, Email: qfzhang@ 163. com
1662 应
用
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态
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报

















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