全 文 ：中国生态农业学报 2016年 2月 第 24卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Feb. 2016, 24(2): 218225


* 广东省科技计划项目(2012A030700010)和广州市科技计划项目(2014Y200521)资助
** 通讯作者: 艾绍英, 主要研究方向为农业环境与植物营养。E-mail: shaoyingai@21cn.com
王艳红, 主要研究方向为农田重金属污染修复。E-mail: yanhongw@126.com
收稿日期: 20151015 接受日期: 20151125
 Supported by the Science and Technology Planning Project of Guangdong Province (No. 2012A030700010) and the Guangzhou Municipal
Science and Technology Program (No. 2014Y2-00521)
** Corresponding author, E-mail: shaoyingai@21cn.com
Received Oct. 15, 2015; accepted Nov. 25, 2015
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.151111
外加氮源在 Cd超标菜地上的应用效果*
王艳红 唐明灯 李盟军 艾绍英** 姚建武 罗英健 余丹妮
(广东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部南方植物营养与肥料重点实验室/广东省养分资源循环利用与耕地保育重点
实验室 广州 510640)
摘 要 探讨外加氮源对 Cd超标菜地不同叶菜吸收 Cd及土壤 Cd有效性的影响, 以明确施氮对土壤 Cd的影
响效应, 并试图对不同氮源的应用效果进行综合评价, 为合理利用氮肥来降低叶菜 Cd 含量提供参考。在 Cd
含量为 0.628 mg·kg1的 Cd超标菜地上, 试验研究了氮用量水平为 150 kg·hm2时, 4种氮肥(尿素、硝酸钙、硝
酸铵、碳酸氢铵)对矮脚葵扇黑叶白菜(Brassica chinensis L.)和白梗尖叶苋菜(Amaranthus mangostanus L.)Cd含
量、品质及土壤 Cd有效性的效应。结果表明, 田间条件下, 与不施氮处理相比, 4种氮肥均不同程度地增加了
Cd超标菜地上 2种叶菜产量, 降低了其地上部和根系 Cd含量。4种氮肥中, 尿素对白梗尖叶苋菜的增产效果
最好, 增产幅度达 47.5%; 碳酸氢铵对葵扇黑叶白菜的增产效果最好, 增幅达 59.7%; 硝酸钙降低 2 种叶菜地
上部和根系 Cd 含量的效果均优于其他氮肥, 该处理的白梗尖叶苋菜地上部和根系 Cd 含量分别比对照降低
41.6%和 24.1%, 葵扇黑叶白菜降低 32.2%和 25.9%。4种氮源对 2种叶菜地上部 Cd吸收总量、NO3-N、NO2-N、
维生素Ｃ及可溶性糖含量等的影响各异, 对土壤 pH 和 DTPA-Cd 含量影响也不同。其中, 硝酸铵处理的土壤
pH 分别比对照降低 0.12 和 0.25 个单位, 而土壤 DTPA-Cd 含量则显著增加 15.3%和 14.6%; 碳酸氢铵处理则
呈相反变化趋势。综合评价结果显示, 4 种氮肥的综合加权平均值均高于对照处理, 以硝酸钙相对最高, 表明
硝酸钙在 Cd超标菜地上的综合应用效果相对最好。因此, 在 Cd超标土壤上, 硝酸钙可作为优选氮源使用。
关键词 氮源 菜地 Cd超标土壤 叶菜 土壤 Cd有效性
中图分类号: X53 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2016)02-0218-08
Effects of nitrogen addition on above-standard Cd-contaminated
soils in vegetable fields*
WANG Yanhong, TANG Mingdeng, LI Mengjun, AI Shaoying**,YAO Jianwu, LUO Yingjian, YU Danni
(Institute of Agricultural Resources and Environment, Guangdong Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Plant
Nutrition and Fertilizer in Southern Region, Ministry of Agriculture / Guangdong Key Laboratory of Nutrient Recycle and
Farmland Conservation, Guangzhou 510640, China)
Abstract The aim of this study was to explore the effects of nitrogen application on Cd uptake by different kinds of leafy
vegetables and on soil available cadmium (Cd) content in above-standard Cd-contaminated soils in vegetable fields. The study
also comprehensively evaluated the effects of different nitrogen sources application with the aim of developing strategies to
reduce Cd concentration in leafy vegetables by managing the application of nitrogen fertilizers. The experiment was carried
out in an above-standard Cd-contaminated vegetable soil to investigate the effects of urea [CO(NH2)2], calcium nitrate
[Ca(NO3)2], ammonium nitrate (NH4NO3) and ammonium bicarbonate (NH4HCO3) on yield, quality, Cd content, nitrogen
content of two kinds of leafy vegetables — Brassica chinensis L. (BC) and Amaranthus mangostanus L. (AM). Soil DTPA-Cd
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content and pH as well as comprehensive effects of nitrogen addition on two vegetables were also investigated. The results
showed that all nitrogen sources increased yields and decreased Cd contents in both shoot and root systems of the two leafy
vegetables. Furthermore, the highest increase of BC yield (59.7%) was caused by NH4HCO3 treatment, while the largest
increase of AM yield (47.5%) was caused by CO(NH2)2 treatment, respectively, compared with control. However, the lowest
Cd contents in two kinds of leafy vegetables were observed under Ca(NO3)2 treatment among all nitrogen treatments.
Ca(NO3)2 decreased Cd content by 41.6% and 24.2%, respectively, in AM shoot and root, by 32.2% and 25.9%, respectively, in
BC shoot and root. Moreover, the total content of Cd, nitrate, nitrite, Vitamin C and soluble sugar in the shoot system of the
two kinds of leafy vegetables varied with the application of different nitrogen resources. Also similar variances were noted for
the changes in soil pH and DTPA-Cd content. NH4NO3 application decreased soil pH by 0.12 and 0.25 and increased soil
DTPA-Cd content by 15.3% and 14.6%, respectively, in AM and BC. However, the reverse trend was noted under NH4HCO3
treatment. Comprehensive evaluation results showed that the four kinds of nitrogen resources had much higher synthetic
weighted value than that of control. Among all treatments, the highest value was observed in Ca(NO3)2 treatment, which
suggested that Ca(NO3)2 had the best comprehensive application effect in above-standard Cd-contaminated soils. Thus
Ca(NO3)2 could be used as optimum nitrogen source in above-standard Cd-contaminated soils in vegetable fields.
Keywords Nitrogen source; Vegetable field; Above-standard Cd-contaminated soil; Leafy vegetable; Availability of soil Cd
近年来, 由于工业发展、矿产开采、大气沉降
和不合理的农业活动等, 导致珠江三角洲产地重金
属含量呈上升趋势, 其中菜地土壤镉(Cd)含量超标
的现象较为突出 [12]。蔬菜特别是叶菜类蔬菜对Cd
的吸收能力和富集量最大, 其镉含量超标问题最为
严重[1,3]。Cd 是重金属中毒性最强的元素之一, 长
期食用Cd含量较高的食物, 会对人体健康产生潜在
危害, 必须采取措施降低叶菜可食部分Cd含量以降
低Cd的食物链风险。
施肥是农业生产中最重要的增产措施之一, 也
是农田生态系统中物质输入的重要途径。无机氮肥
是化学晶体, 比较洁净, 一般不会有重金属污染土
壤的问题[4]; 但氮肥自身酸、碱性和转化过程中产生
的酸、碱会对土壤根际 pH 产生较大影响, 而土壤
pH 对土壤 Cd 溶解性影响最大[5]; 加之氮肥组分对
Cd 的络合作用和阳离子对土壤胶体上 Cd 的置换作
用, 导致氮肥施入土壤后, 会影响 Cd在土壤中的生
物活性, 进而影响植物对 Cd的吸收[6]。由于供试土
壤、作物等的差异性, 同种氮肥对污染土壤中同一
重金属的生物有效性以及植物吸收重金属的影响也
存在很大差异。Maier 等[7]发现在碱性轻质土壤中,
施用Ca(NO3)2的作物Cd含量较施用(NH4)2SO4的高,
原因是 Ca2+与土壤吸附的 Cd2+之间存在交换作用;
Alpha 等[8]研究则认为, 施用(NH4)2SO4时植物吸 Cd
量较施用 Ca(NO3)2时大, 主要是植物吸收 NH4+-N引
起 H+的分泌或 NH4+-N的硝化作用造成根际土壤 pH
降低所致。目前, 关于氮肥影响植物吸收重金属的
研究主要集中在两个方面: 通过合理施氮降低植物
对重金属的吸收 [912], 或增加植物对重金属的吸收
以提高植物修复的效率[1215]。上述研究在一定程度
上阐明了不同氮肥对重金属的作用机制, 但研究结
果多是在实验室条件下获得的, 在受诸多外界因素
影响的田间条件下施氮是否具有同样的作用效果还
不得而知。因此, 本文在 Cd超标菜地开展田间小区
试验, 探讨不同形态氮肥对 Cd累积特性不同的 2种
叶菜产量、品质及土壤质量的影响, 进一步明确氮
肥在降低叶菜Cd含量的实际应用价值, 为通过合理
施用氮肥实现 Cd 超标菜地上叶菜类蔬菜的安全生
产提供科学依据。
1 材料和方法
1.1 试验地概况
田间试验在地处珠江三角洲核心区内的广州
市郊进行。叶菜是该地区种植的主要作物。气象条
件属于南亚热带季风气候区, 具有温暖多雨、光热
充足、夏季长、霜期短等特征。全年水热同期, 雨
量充沛, 年均降雨量为1 982.7 mm, 年平均气温为
22 ℃。
该试验田常年种植叶菜, 土壤理化性质为: pH
6.8, 有机质 36.9 g·kg1, 全氮 2.39 g·kg1, 碱解氮
230 mg·kg1, 有效磷 270 mg·kg1, 速效钾 310 mg·kg1,
总Cd 0.628 mg·kg1, DTPA-Cd 0.224 mg·kg1。该菜地
土壤呈中性, 土壤全氮、有效氮、有效磷、速效钾
含量均属于极丰富水平。根据土壤环境质量标准
(GB15618—1995)[16], 该菜地土壤Cd含量超过二级
标准, 属Cd超标菜地。
1.2 试验材料
1.2.1 叶菜品种
根据前期研究结果 [17], 选择2种Cd累积特性不
同的叶菜, 其中Cd低吸收叶菜为矮脚葵扇黑叶白菜
(Brassica chinensis L.), Cd高吸收叶菜为白梗尖叶苋
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菜(Amaranthus mangostanus L.), 种子均购自当地种
子市场。
1.2.2 肥料品种
尿素(N 46%)、碳酸氢铵(N 17%)、硫酸钾(K2O
50%)购自当地农资市场, 硝酸钙(N 11.8%)、硝酸铵
(N 32%)、磷酸二氢钙(P2O5 55%)为工业级, 购自广
州某化工城。
1.3 试验方案
1.3.1 试验设计与布置
两种叶菜均设4种氮肥处理, 尿素、硝酸钙、硝
酸铵、碳酸氢铵, 氮肥用量均为150 kg(N)·hm2, 以
不施氮肥作为对照, 记为N0, 所有处理均施入相同
用量的磷肥(磷酸二氢钙)和钾肥(硫酸钾), P2O5和
K2O用量分别为60 kg·hm2和112.5 kg·hm2。
1.3.2 田间管理
葵扇黑叶白菜和白梗尖叶苋菜均采用直播方式,
不施基肥。按照当地叶菜施肥习惯, 氮、磷、钾肥
均作为追肥, 整个生育期分别按照设计用量的30%、
35%和35%的比例分3次追施。每个处理重复4次, 两
种叶菜均设每小区20.6 m2, 田间随机排列, 田间管
理措施一致。
1.3.3 样品采集及测定
播种前采集0~20 cm土层样品 , 测定土壤基本
理化性质。
1)植物样品: 至叶菜收获期每个小区全部收获
并测定商品产量, 从中随机选取2 kg, 并随机拔取30
棵白梗尖叶苋菜和葵扇黑叶白菜的根系, 带回实验室,
分别用自来水和去离子水冲净, 并用0.5 mmol·L1
CaCl2浸泡30 min, 最后用去离子水冲洗, 用吸水纸
吸干表面水分, 打浆, 用于测定Cd含量。
2)土壤样品: 白梗尖叶苋菜和葵扇黑叶白菜收
获后, 用土钻在每小区随机采集10个点的0~20 cm
土样, 混匀后作为一个土壤样品, 于室温风干后分
别过20目筛, 备用。
1.4 测定项目与方法
植物样品的Cd含量采用HNO3-HClO4消解、石墨
炉原子吸收分光光度法进行测定; 维生素C用2,6-二
氯靛酚滴定法、可溶性糖用蒽酮比色法、硝酸盐用
紫外分光光度法、亚硝酸盐采用盐酸萘乙二胺法
测定。土壤pH采用电位法 (水︰土=2.5︰1)测定 ,
有效态镉采用DTPA浸提火焰原子吸收分光光度
法测定。
1.5 数据处理
采用Microsoft Excel软件整理数据 , 利用SAS
8.1软件进行数据的方差分析和统计分析。
2 结果与分析
2.1 外加不同氮源对叶菜产量的影响
4种氮肥对两种叶菜生长和产量有显著影响(表 1)。
未施氮的处理, 种植前尽管菜地土壤碱解氮含量高
达230 mgkg1, 属于丰富水平, 但白梗尖叶苋菜和
葵扇黑叶白菜均表现出明显的缺氮症状, 颜色淡绿,
地上部生长受到抑制, 其产量也低于各施氮处理。
对于白梗尖叶苋菜, 以尿素处理的产量最高, 较对
照处理增加47.5%, 其次为硝酸钙 , 增幅为30.9%,
硝酸铵和碳酸氢铵的增产效果较弱, 与未施氮处理
表 1 外加不同氮源对 2种叶菜产量和 Cd吸收总量的影响
Table 1 Effects of application of different nitrogen resources on yield and total Cd uptake of two kinds of leafy vegetables
产量 Yield (thm2) Cd总吸收量 Total Cd uptake (ghm2)
氮源
Nitrogen resource
白梗尖叶苋菜
Amaranthus
mangostanus
葵扇黑叶白菜
Brassica chinensis
白梗尖叶苋菜
Amaranthus
mangostanus
葵扇黑叶白菜
Brassica chinensis
不施氮 No nitrogen addition (CK) 50.4±5.2c 23.9±2.00c 3.39±0.50b 0.49±0.04c
尿素 Urea 74.3±8.8a 35.8±3.03ab 4.03±0.54a 0.70±0.07ab
硝酸钙 Calcium nitrate 65.9±6.0ab 35.3±3.86ab 2.58±0.07c 0.67±0.08ab
硝酸铵 Ammonium nitrate 60.0±6.5bc 31.7±3.31b 2.90±0.12bc 0.62±0.04b
碳酸氢铵 Ammonium bicarbonate 58.4±7.3bc 38.2±4.10a 3.11±0.28bc 0.75±0.13a
变异来源 Source of variation F值 F value
叶菜种类 Leafy vegetable kind 212.60*** 975.14***
氮源类型 Nitrogen resource 9.06*** 9.30***
叶菜种类×氮源类型
Leafy vegetable kind × nitrogen resource
2.29ns 9.29***
表中数据为 4次重复的平均值±标准差; 同列数据后不同小写字母表示经 LSD法检验差异显著(P<0.05)。*: P<0.05; **: P<0.01; ***: P<0.001;
ns: 不显著。下同。Data in the table are means ± SD (standard deviation) of four replicates. Values followed by different letters within the same column are
significantly different according to LSD test at 0.05 level. *: P<0.05; ** : P<0.01; ***: P<0.001; ns: difference is not significant. The same below．
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之间差异不显著; 对于葵扇黑叶白菜, 4种氮肥均显
著提高了其产量 , 以碳酸氢铵效果最好 , 增幅为
59.7%, 尿素和硝酸钙次之 , 增幅分别为49.6%和
47.7%, 硝酸铵增产32.7%。双因素方差分析结果表
明 , 不同叶菜(F=212.6)及不同氮源(F=9.06)对叶菜
地上部和根系Cd含量均有显著影响, 但两者之间的
交互作用(F=2.29)不显著。
叶菜品种及氮肥种类对叶菜地上部Cd吸收总量
均有显著影响, 且两者的交互作用显著(表1)。与对
照相比, 硝酸钙、硝酸铵和碳酸氢铵均降低了白梗
尖叶苋菜地上部Cd吸收总量, 以硝酸钙处理降幅最
大, 达24.0%, 而尿素处理则显著增加了白梗尖叶苋
菜地上部Cd吸收总量, 增幅达18.8%; 4种氮肥均显
著增加了葵扇黑叶白菜地上部Cd吸收总量, 增幅达
25.01%~51.2%。
2.2 外加不同氮源的叶菜地上部和根系 Cd含量
双因素方差分析结果表明, 叶菜品种及不同氮
源对叶菜地上部和根系Cd含量均有显著影响, 但两
者之间的交互作用不显著。
所有处理中, 2种叶菜地上部Cd含量均低于我国
食品Cd限量标准[0.2 mg·kg1(FW)]。但施入不同氮源
后, 两种叶菜地上部Cd含量较不施氮处理均显著降
低(表2)。与不施氮的对照相比, 4种氮源均降低了白
梗尖叶苋菜地上部Cd含量, 降Cd效果以硝酸钙最好,
降幅为41.6%, 其次是硝酸铵 , 降低了27.8%, 碳酸
氢铵和尿素降Cd效果较弱 , 分别比对照处理降低
20.5%和19.5%。4种氮源显著降低了葵扇黑叶白菜地
上部Cd含量 , 降低幅度为 29.9%~32.2%, 但各氮源
处理之间无显著差异。在同种氮源处理下, 白梗尖
叶苋菜地上部Cd含量显著高于葵扇黑叶白菜, 这与
叶菜的Cd累积特性有关, 白梗尖叶苋菜属于苋菜属,
具有Cd高吸收特性, 葵扇黑叶白菜属于芸苔属, 具
有Cd低累积特性[18]。
与对照相比, 4种氮源对两种叶菜根系Cd含量也
有不同程度降低作用。对于白梗尖叶苋菜, 除硝酸
铵处理外, 其余3种氮源均显著降低了根系Cd含量,
以尿素和硝酸钙降Cd效果最好 , 降低幅度均为
24.1%。对于葵扇黑叶白菜, 以尿素和硝酸钙降低根
系Cd含量的效果最好 , 降低幅度分别为20.3%和
25.9%, 硝酸铵和碳酸氢铵降Cd效果不显著。
表 2 外加不同氮源对 2种叶菜地上部和根系 Cd含量的影响
Table 2 Effects of application of different nitrogen resources on shoot and root Cd contents of two kinds of leafy vegetables
mg·kg1(FW)
地上部 Shoot 根系 Root
氮源
Nitrogen resource
白梗尖叶苋菜
Amaranthus
mangostanus
葵扇黑叶白菜
Brassica chinensis
白梗尖叶苋菜
Amaranthus
mangostanus
葵扇黑叶白菜
Brassica chinensis
不施氮 No nitrogen addition (CK) 0.067±0.006a 0.028±0.007a 0.087±0.009a 0.054±0.006a
尿素 Urea 0.054±0.002b 0.020±0.001b 0.066±0.010c 0.043±0.003b
硝酸钙 Calcium nitrate 0.039±0.003d 0.019±0.001b 0.066±0.006c 0.040±0.005b
硝酸铵 Ammonium nitrate 0.048±0.003c 0.020±0.001b 0.077±0.009ab 0.051±0.007a
碳酸氢铵 Ammonium bicarbonate 0.053±0.002bc 0.019±0.002b 0.072±0.005bc 0.047±0.006ab
变异来源 Source of variation F值 F value
叶菜种类 Leafy vegetable kind 866.60*** 194.40***
氮源类型 Nitrogen resource 31.68*** 11.22***
叶菜种类×氮源类型
Leafy vegetable kind × nitrogen
resource
9.32*** 0.76ns

2.3 外加不同氮源的叶菜地上部 NO3-N 和 NO2-N
含量
双因素方差分析结果表明, 不同叶菜、不同氮
源及两者之间的交互作用对叶菜地上部NO3-N和
NO2-N含量均有显著影响。
4 种氮肥均促进了两种叶菜地上部 NO3-N 的积
累 (表 3)。4 种氮肥处理的白梗尖叶苋菜地上部
NO3-N含量比未施肥处理增加 3.03~3.96倍, 以尿素
处理的增幅最大, 碳酸氢铵处理的增幅最小。4种氮
肥处理的葵扇黑叶白菜地上部 NO3-N含量比未施肥
处理增加 6.60~7.03 倍, 但不同氮肥处理间无显著
差异。同种氮肥处理中 , 葵扇黑叶白菜地上部
NO3-N 含量远高于白梗尖叶苋菜, 可能与叶菜品种
不同有关。
4 种氮肥对 2 种叶菜地上部 NO2-N 含量影响存
在显著差异。与对照相比, 硝酸钙对白梗尖叶苋菜
地上部 NO2-N 含量增加效果不显著, 其余 3 种氮肥
均显著增加了白梗尖叶苋菜地上部 NO2-N 含量 ,
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表 3 外加不同氮源对 2种叶菜地上部 NO3-N和 NO2-N含量的影响(以 NaNO2计)
Table 3 Effects of application of different nitrogen resources on shoot nitrate and nitrite contents of two kinds of leafy vegetables
mg(NaNO2)·kg1(FW)
NO3-N NO2-N 氮源
Nitrogen resource 白梗尖叶苋菜
Amaranthus mangostanus
葵扇黑叶白菜
Brassica chinensis
白梗尖叶苋菜
Amaranthus mangostanus
葵扇黑叶白菜
Brassica chinensis
不施氮 No nitrogen addition (CK) 32±4c 107±18b 0.21±0.04c 0.27±0.03b
尿素 Urea 159±13a 859±41a 0.78±0.09a 0.29±0.02b
硝酸钙 Calcium nitrate 149±17ab 820±51a 0.26±0.04c 0.36±0.02a
硝酸铵 Ammonium nitrate 155±13a 828±76a 0.52±0.00b 0.26±0.03bc
碳酸氢铵 Ammonium bicarbonate 129±13b 813±56a 0.57±0.00b 0.23±0.02c
变异来源 Source of variation F值 F value
叶菜种类 Leafy vegetable kind 3 291.00*** 300.20***
氮源类型 Nitrogen resource 296.20*** 84.82***
叶菜种类×氮源类型
Leafy vegetable kind × nitrogen resource
155.10*** 120.80***

增幅为1.48~2.71倍。硝酸钙显著增加了葵扇黑叶白
菜地上部NO2-N含量 , 尿素增加效果不显著 , 硝酸
铵和碳酸氢铵处理呈降低趋势, 其中碳酸氢铵处理
降低效果显著。但两种叶菜地上部NO2-N含量均没
有超过《食品中污染物限量》中规定的标准限值
4 mgkg1(以NaNO2计), 各施肥处理中, NO2-N含量
最高时为0.78 mgkg1, 因此不存在健康污染风险。
2.4 外加不同氮源对叶菜地上部维生素 C 和可溶
性糖含量的影响
双因素方差分析结果表明, 不同叶菜、不同氮
源及两者之间的交互作用对叶菜地上部维生素C和
可溶性糖含量均有显著影响。
施氮对两种叶菜地上部维生素 C 和可溶性糖含
量有不同影响(表 4)。各施氮处理中, 葵扇黑叶白菜
地上部维生素 C 和可溶性糖含量均显著低于不施氮
处理, 地上部维生素 C 含量以尿素处理最低, 比对
照降低 37.7%; 可溶性糖含量以碳酸氢铵处理最低,
比对照降低 69.4%。白梗尖叶苋菜地上部维生素 C
和可溶性糖含量表现出不同的趋势, 4种氮肥中, 尿
素和硝酸钙增加了白梗尖叶苋菜地上部维生素 C 含
量; 碳酸氢铵增加了白梗尖叶苋菜地上部可溶性糖
含量, 但与对照无显著差异; 其余 3 种氮肥均降低
了白梗尖叶苋菜地上部可溶性糖含量, 但与对照处
理之间差异不显著。
表 4 外加不同氮源对 2种叶菜地上部维生素 C和可溶性糖含量的影响
Table 4 Effects of application of different nitrogen resources on shoot vitamin C and soluble sugar contents of two kinds of leafy
vegetables soil
维生素 C Vitamin C [mg·100g1] 可溶性糖 Soluble sugar (%)
氮源
Nitrogen resource 白梗尖叶苋菜
Amaranthus mangostanus
葵扇黑叶白菜
Brassica chinensis
白梗尖叶苋菜
Amaranthus mangostanus
葵扇黑叶白菜
Brassica chinensis
不施氮 No nitrogen addition (CK) 39.29±2.71bc 66.86±3.83a 1.03±0.09ab 1.34±0.13a
尿素 Urea 41.07±3.47ab 41.66±3.28c 0.94±0.08b 0.54±0.04b
硝酸钙 Calcium nitrate 45.33±2.72a 55.74±3.66b 0.90±0.07b 0.85±0.08c
硝酸铵 Ammonium nitrate 37.04±3.40bc 53.49±3.83b 0.99±0.10ab 0.54±0.09c
碳酸氢铵 Ammonium bicarbonate 35.74±1.79c 58.70±2.17b 1.12±0.11a 0.41±0.05c
变异来源 Source of variation F值 F value
叶菜种类 Leafy vegetable kind 82.79*** 63.30***
氮源类型 Nitrogen resource 5.66** 26.31***
叶菜种类×氮源类型
Leafy vegetable kind × nitrogen resource
7.67*** 29.37***

2.5 外加不同氮源对土壤有效态 Cd含量、pH的影响
双因素方差分析结果表明, 叶菜品种及氮肥品
种对土壤DTPA-Cd含量影响显著, 两者之间的交互
作用对土壤DTPA-Cd含量无显著影响。氮肥品种对
土壤pH影响显著, 叶菜品种及两者之间的交互作用
对土壤pH无显著影响。
第 2期 王艳红等: 外加氮源在 Cd超标菜地上的应用效果 223


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氮肥对土壤 pH有一定的影响。各处理中, 施用
硝酸铵的土壤 pH 最低, 其中种植葵扇黑叶白菜的
土壤较不施氮处理达显著水平; 碳酸氢铵处理的最
高, 但与对照处理间无显著差异。
不同氮肥对土壤 DTPA-Cd 含量的影响不同
(表 5)。对于种植白梗尖叶苋菜的土壤, 4种氮肥中, 除
硝酸钙处理外, 其余氮肥均不同程度地增加了土壤
DTPA-Cd 含量, 其中硝酸铵处理较不施氮处理达显著
差异水平。对于种植葵扇黑叶白菜的土壤, 与不施氮
处理相比, 硝酸铵和尿素增加了土壤 DTPA-Cd 含量,
其中硝酸铵处理达显著差异水平; 硝酸钙和碳酸氢铵
降低了土壤DTPA-Cd含量, 但较不施氮处理差异不显
著。相同处理下, 叶菜品种不同, 土壤 DTPA-Cd 含量
也有一定差异, 所有处理中, 种植白梗尖叶苋菜的土
壤DTPA-Cd含量高于种植葵扇黑叶白菜的土壤, 这可
能与苋菜对土壤 Cd具有一定的活化作用有关。
表 5 外加不同氮源对 2种叶菜土壤 DTPA-Cd含量及 pH的影响
Table 5 Effects of application of different nitrogen resources on DTPA-Cd content and pH of two kinds leafy vegetables soil
pH DTPA-Cd (mg·kg1)
氮源
Nitrogen resource 白梗尖叶苋菜
Amaranthus mangostanus
葵扇黑叶白菜
Brassica chinensis
白梗尖叶苋菜
Amaranthus mangostanus
葵扇黑叶白菜
Brassica chinensis
不施氮 No nitrogen addition (CK) 6.96±0.06ab 7.00±0.04a 0.184±0.009b 0.171±0.015bc
尿素 Urea 6.98±0.11ab 6.98±0.04a 0.189±0.019ab 0.181±0.010ab
硝酸钙 Calcium nitrate 6.95±0.14ab 7.01±0.11a 0.183±0.009b 0.162±0.007bc
硝酸铵 Ammonium nitrate 6.84±0.21b 6.75±0.14b 0.211±0.019a 0.196±0.010a
碳酸氢铵 Ammonium bicarbonate 7.07±0.06a 7.01±0.15a 0.190±0.009ab 0.158±0.012c
变异来源 Source of variation F值 F value
叶菜种类 Leafy vegetable kind 0.09 ns 15.11***
氮源类型 Nitrogen resource 3.78* 6.13**
叶菜种类×氮源类型
Leafy vegetable kind × nitrogen
resource
0.42 ns 0.83ns

2.6 外加 4种氮源的效果综合评价
为评价本试验中 4 种氮肥对 Cd 超标菜地土壤的
综合应用效果, 以上述叶菜产量、叶菜地上部和根 Cd
含量、叶菜地上部 Cd吸收总量, 叶菜地上部 NO3-N、
NO2-N、维生素 C、可溶性糖含量, 以及土壤 DTPA-
Cd含量、pH等为评价指标进行综合评价。其中, 叶
菜产量、Cd吸收总量、维生素 C含量、可溶性糖含
量和土壤 pH 为极大型指标(其取值越大越好), 其余
为极小型指标(其取值越小越好)。首先将数据一致化,
极小型数据用倒数法, 化为极大型数据, 再将数据无
量纲化, 最后运用主成分法进行综合评价, 对 4 种氮
肥的综合效果进行排序。各处理的综合加权平均值如
表 6所示。可见, 对于白梗尖叶苋菜, 4种氮肥应用效
果的排序结果为: 硝酸钙>尿素>硝酸铵>碳酸氢铵>
对照; 对于葵扇黑叶白菜, 4 种氮肥应用效果的排序
结果为: 硝酸钙>碳酸氢铵>尿素>硝酸铵>对照。
表 6 外加不同氮源对 Cd超标土壤上 2种叶菜的综合效应
Table 6 Comprehensive effects of application of different nitrogen resources on two kinds of leafy vegetables in Cd excessive soil
叶菜类型
Leafy vegetable kind
不施氮
No nitrogen addition
尿素
Urea
硝酸钙
Calcium nitrate
硝酸铵
Ammonium nitrate
碳酸氢铵
Ammonium bicarbonate
白梗尖叶苋菜 Amaranthus mangostanu 1.348 3.723 5.045 2.661 1.923
葵扇黑叶白菜 Brassica chinensis 0.252 3.959 4.163 2.261 4.065

3 讨论与结论
已有的研究表明, 在 Cd 污染土壤上施用氮肥,
会显著影响植物生长、土壤性质及重金属形态和有效
性, 进而影响重金属在植物体内的迁移转化[8,1819]。
本田间试验条件下, 施用氮肥后, 叶菜地上部 Cd含
量显著降低, 其中葵扇黑叶白菜地上部Cd含量与其
生物量呈显著负相关关系 (相关系数 r=0.633 6,
P=0.011 2), 白梗尖叶苋菜地上部 Cd 含量与其生物
量虽呈负相关关系, 但相关性不显著(相关系数 r=
0.447 4, P=0.094 5), 表明存在着一定程度的“稀释
效应”, 导致氮肥处理的两种蔬菜可食部位 Cd 含量
较低。
氮肥还可通过改变土壤部分理化性质如土壤
DTPA-Cd含量、pH等影响作物对重金属的吸收。赵
224 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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晶[20]认为, 铵态氮肥对根际土壤的酸化可导致土壤
重金属有效性增加 , 硝酸铵降低土壤 pH, 增加土
壤可浸提 Cd含量, 且土壤可浸提 Cd含量的变化与
土壤 pH 变化呈现很好的负相关。本田间试验条件
下, 硝酸铵的酸化效应提高了土壤 Cd 的有效性。
Portmann[21]也认为, 150 mgkg1的硝酸铵促进了小
麦植株的生长, 增加了小麦植株对 Cd的吸收, 原因
是硝酸铵降低了土壤溶液 pH, 导致氢离子活性增加,
引起带正电荷的氢离子和带正电荷的金属离子对土
壤矿物和有机质颗粒吸收位点的竞争性增加, 这种
竞争导致土壤溶液中更多的自由态金属离子可供植
物吸收。硝酸钙和尿素对土壤 pH和 DTPA-Cd含量
的作用效果均不如前期盆栽试验结果明显 [10], 但
硝酸钙处理的叶菜地上部、根系 Cd 含量及地上部
Cd 吸收总量均最低, 可能原因是施入硝酸钙后, 土
壤溶液中与镉竞争根吸收位点的钙增多, 根系吸收
转运的 Cd 减少 [22]。Tu 等 [23]则认为, 尿素在 200
mg(N)kg1时使土壤 Pb 和 Cd 向相对活性较低的碳
酸盐结合态和铁锰氧化物结合态转化。另有研究发
现, 高 Cd处理下施氮可使杨树(Populus spp.)植株生
长良好, 推测可能与氮通过谷氨酸及谷胱甘肽途径
在毒害或脱毒过程中起着重要作用有关[24]。
施用氮肥后, 2种叶菜 NO3-N和 NO2-N含量总
体呈增加趋势, 维生素 C 和可溶性糖含量也有不同
程度地降低, 在一定程度上影响了蔬菜的安全性以
及营养价值。因此, 基于氮肥对土壤及作物的不同
影响, 综合评价氮肥在 Cd 超标农田上的应用效果,
对合理利用氮肥实现 Cd 超标农田的持续安全利用
及农产品的安全生产至关重要。目前我国在进行污
染土壤修复效果评价的主要评价标准是, 使土壤环
境中污染物的浓度降低到对人体健康和生态系统不
构成威胁的水平[25]。然而, 备受关注的化学固化/稳
定化等方法只改变了土壤重金属形态, 总量没有变
化, 使用土壤重金属总量的降低作为评判标准显然
不合适, 也不能真正反映土壤修复效果和水平[26]。
本研究的技术是期望通过施肥调控Cd污染菜地, 以
降低农产品重金属含量, 获得较高产量和较好的品
质, 改善土壤理化性质。因此, 本研究试图从叶菜产
量、Cd含量、部分叶菜品质指标、土壤性质等多个
角度综合评价氮肥应用效果。从评价结果来看, 无
论是对于白梗尖叶苋菜还是葵扇黑叶白菜, 硝酸钙
的综合加权平均值均最高, 表明硝酸钙可以作为 Cd
污染菜地上应用的优选氮肥品种。
尽管氮肥的施用对 Cd 在叶菜体内的吸收积累
能力有较大影响, 但目前关于氮肥对Cd超标土壤中
作物生长及Cd吸收影响的研究还不够深入, 特别是
氮肥如何缓解 Cd 胁迫对植物生长抑制的研究还不
够全面。因此, 针对 Cd污染农田, 还需深入研究田
间条件下 N素参与植物对 Cd 的解毒机理, 以及 N、
Cd 交互作用下土壤 Cd 赋存形态的转化等, 以阐明
氮肥对Cd的作用机制, 为氮肥的合理使用提供理论
依据。
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