全 文 ：中国生态农业学报 2010年 5月 第 18卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2010, 18(3): 659−662 珠江三角洲集约化农田循环高效生产技术集成专题
* 国家科技支撑计划项目(2007BAD89B14)、广东省农业领域重点专项项目(2009A0201005)资助
** 通讯作者: 艾绍英(1968~), 女, 博士, 研究员, 主要从事作物营养与土壤环境研究。E-mail: shaoyingai@21cn.com
姚建武(1966~), 男, 研究员, 主要从事施肥与土壤环境研究。
收稿日期: 2009-11-20 接受日期: 2010-02-08
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00659
施肥对铅镉污染土壤上芥菜铅镉含量及生理的影响*
姚建武 1,2 王艳红 1,2 李盟军 1,2 唐明灯 1,2 艾绍英 1,2** 曾招兵 1,2
(1. 广东省农业科学院土壤肥料研究所 广州 510640;
2. 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 盆栽试验研究了不同化学肥料组合处理对铅镉污染土壤上芥菜(Brassica juncea)Pb、Cd 含量及其生理
特性的影响。结果表明, 与对照相比, 各肥料处理在显著提高芥菜生物量的基础上, 显著降低了芥菜地上部
Cd 含量(P<0.05), 其中碳酸氢铵+磷酸二氢铵+硫酸钾处理的效果最佳, 芥菜 Cd 含量仅为对照的 41.0%; 施肥
处理提高了芥菜地上部 Pb 含量, 但 Pb 没有健康风险; 施肥提高了叶菜的叶绿素含量, 但丙二醛、脯氨酸、细
胞质膜透性与芥菜地上部 Pb、Cd 含量无显著相关性。重金属污染土壤施肥处理是一种值得推广的降低叶菜有
害重金属含量的有效技术。
关键词 化肥组合 叶菜 Pb Cd 丙二醛 脯氨酸 细胞质膜透性 芥菜
中图分类号: X53 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)03-0659-04
Effect of fertilization on Pb and Cd content, and on physiological property
of mustard growing in soil polluted by Pb and Cd
YAO Jian-Wu1, 2, WANG Yan-Hong1, 2, LI Meng-Jun1, 2, TANG Ming-Deng1, 2,
AI Shao-Ying1, 2, ZENG Zhao-Bing1, 2
(1. Institute of Soil and Fertilizer, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640, China;
2. Guangdong Key Lab for Nutrient Cycling and Farmland Conservation, Guangzhou 510640, China)
Abstract A pot experiment was conducted to investigate the effects of the combined application of different fertilizers on the con-
tents of Pb and Cd and on the physiological properties of mustard (Brassica juncea) in Pb and Cd polluted soils. The results show
that fertilization treatments significantly decrease Cd uptake in mustard shoot, besides a significant mustard biomass increase com-
pared with the control (P<0.05). Shoot Cd content under optimal combination of ammonium bicarbonate, ammonium dihydrogen
phosphate and potassium sulfate treatment is only 41.0% that of the control. Fertilization increases the shoot Pb content of mustard,
which is far lower than the standard of Pb content for the safe vegetable. Fertilizer application increases vegetable chlorophyll con-
tent, but with insignificant correlation between malondialdehyde (MDA), proline, cell membrane permeability and shoot Pb, Cd con-
tents. Fertilization of heavy metal contaminated soils is a practicable technology for mitigating heavy metal content in shoots of leaf
vegetables.
Key words Combined fertilization, Leaf vegetable, Pb, Cd, MDA, Proline, Cell membrane permeability, Brassica juncea
(Received Nov. 20, 2009; accepted Feb. 8, 2010)
我国城郊菜地土壤重金属超标严重 , 南京、
广州、上海、天津、西安、南宁、沈阳、重庆、青
岛均有报道, 而且以毒性较强的重金属Cd污染最严
重[1−3]。菜地重金属污染导致蔬菜重金属超标, 但不
同蔬菜对重金属的富集有较大差异, 其富集高低顺
序大体为: 叶菜类>瓜果类蔬菜>根菜类蔬菜 [4], 或
叶菜类>根茎类>瓜果类[5−6]。李传红等[6]报道重金属
元素超标蔬菜均为叶菜类的调查结果, 确证叶菜更
容易富集重金属。因此, 城郊重金属污染菜地土壤
上的叶菜对人体健康具有很大风险。
土壤重金属污染的修复主要包括物理、化学和
植物修复技术。植物修复技术是当今研究的热
660 中国生态农业学报 2010 第 18卷
点[7−11]。但目前植物修复技术的限制因素主要有: 重
金属生物有效性低 , 重金属向地上部迁移能力差 ,
大多数重金属超富集植物的生长速率慢、生物量
小[12], 而且对污染面积大、污染程度低的菜地土壤
的修复效果更低。目前, 城郊重金属污染菜地土壤
修复有向综合修复技术与农艺调控措施相结合的发
展趋势[13]。但目前还有如下技术难点: 蔬菜品种的
选择、土壤性质的影响、肥料的组合、土壤调理剂
的筛选等。
施肥对土壤重金属有一定影响[14]。安志装等[15]
发现氮具有缓冲植物重金属毒害的特性。磷肥与 Pb
形成(共)沉淀, 可以降低 Pb 的植物有效性[16−18]。磷
酸根能与 Cd 形成稳定性络合物, 降低植物体内 Cd
含量[19]。Haghiri[20]发现, 钾肥显著抑制大豆地上部
的镉吸收。
因此, 通过选择适宜的肥料形态及施肥措施来
控制重金属在土壤−植物系统与食物链中的传输 ,
是一种值得重视的重金属污染治理技术, 对土壤质
量的改良和农业安全生产具有重大的应用价值。本
文通过重金属污染土壤施用常规肥料的盆栽试验 ,
探讨氮磷钾肥料组合对在土壤−叶菜体系中重金属
Pb、Cd的迁移及重金属对叶菜生理的影响, 进而探
索重金属 Pb、Cd降低中低污染土壤安全生产蔬菜的
施肥技术。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试植物为芥菜(Brassica juncea)。供试土壤采
自广东省某地区铅锌矿矿区农田, 自然风干, 过 0.5
cm筛备用。土壤类型为水稻土, 土壤基本性质如下:
pH 7.21, 有机质 31.5 g·kg−1, 全氮 1.75 g·kg−1, 全
铅 286 mg·kg−1, 全镉 0.395 mg·kg−1, 碱解氮 254
mg·kg−1, 有效磷 18.4 mg·kg−1, 速效钾 90.1
mg·kg－1, DTPA-Pb 49.8 mg·kg−1, DTPA-Cd 0.267
mg·kg−1。
1.2 试验设计
以不施肥的土壤为对照(CK), 2 种氮肥(硝酸铵-
X、碳酸氢铵-T)、2 种磷肥(磷酸二氢铵-A、磷酸二
氢钙-G)与 2种钾肥(硫酸钾-S、氯化钾-C)3因素以一
定比例［N︰P2O5︰K2O=1︰0.4︰0.75, 即 N、P2O5、
K2O 用量分别为 200 mg· kg−1(风干土 )、 80
mg·kg−1(风干土)、150 mg·kg−1(风干土)］完全组
合成 8 个处理, 分别为 XAS、XAC、XGS、XGC、
TAS、TAC、TGS、TGC(肥料顺序: 氮肥−磷肥−钾
肥)。试验共设 9 个处理, 每处理 4 次重复。每盆风
干土壤 4.0 kg。磷酸二氢铵与磷酸二氢钙全部以基
肥施入, 而硝酸铵、碳酸氢铵、硫酸钾与氯化钾以
追肥施加, 分 3次(25%-40%-35%)进行, 间苗定株后
每 2周追肥 1次。
1.3 试验实施
2008年 9月在广东省农业科学院土壤肥料研究
所网室布置试验, 磷肥与土壤充分混匀后装盆, 撒
播芥菜种子, 待 2 片真叶时间苗定株 4 棵。土壤湿
度控制在最大田间持水量的 70%左右。试验中期原
位测定叶绿素, 同时收获 2 棵测定丙二醛(MDA)含
量、细胞质膜透性、脯氨酸(Pro)含量, 60 d收获其余
叶菜。
收获时取植株地面上部样, 为地上部, 称鲜重;
地上部用自来水冲洗干净、去离子水泡洗 2 次, 吸
水纸吸干表面水分, 塑料打浆机把地上部粉碎制成
鲜样、待用。
1.4 测定方法及数据分析
SPAD-502 叶绿素仪测定叶绿素(以 SPAD 值表
示 )[21−22], 硫代巴比妥 (TBA)酸法 [23]测定丙二醛含
量, DDS-11A 型电导仪测定细胞质膜透性[以相对
电导率(%)表示][23], 茚三酮法测定脯氨酸含量[23]。
称取 10.00 g左右地上部鲜样, 混酸(HNO3︰HClO4
= 15︰2, V/V)湿法消化法消解, 火焰(石墨炉)原子吸
收分光光度计(Hitachi Z5000)测定 Pb、Cd 含量。
采用 Excel软件整理数据, 利用 SAS 8.1软件进
行统计分析。
2 结果与分析
2.1 肥料组合对芥菜生物量的影响
表 1 显示, 与不施肥对照相比, 施肥对芥菜生
物量具有显著影响, 各施肥处理地上部鲜重均显著
高于对照(P<0.05)。其中 TGC 处理地上部生物量最
低, 但其生物量是 CK的 4.9倍。TGC处理生物量显
著低于 XAS、XAC、TAS、TAC处理(P<0.05), 低于
生物量最高的 TAC、XAS处理 16.2%。
2.2 肥料组合对芥菜重金属含量的影响
从表 1 可以看出, 施肥处理具有提高芥菜地上
部 Pb含量的趋势, 其中 XGC、XGS地上部 Pb含量
显著高于CK(P<0.05), 但所有处理芥菜地上部 Pb含
量远低于我国食品 Pb限量标准[0.3 mg·kg−1 (FW)][24]。
另一方面, 施肥处理具有降低芥菜地上部Cd含量的
趋势, 其中 XAS、XAC、XGC、TAS、TAC、TGS、
TGC 处理地上部 Cd 含量显著低于 CK(P<0.05); 所
有处理芥菜地上部 Cd含量均远高于我国食品 Cd限
量标准[0.2 mg·kg−1(FW)][24]。表明本试验, 芥菜在
该 Pb、Cd 污染土壤上种植具有较大的食物链风险
(表 1)。
第 3期 姚建武等: 施肥对铅镉污染土壤上芥菜铅镉含量及生理的影响 661
表 1 不同肥料组合下 Pb、Cd污染土壤上芥菜地
上部鲜重及 Pb、Cd含量
Tab. 1 Fresh weight, Pb and Cd concentration of mustard
shoots grown in soil polluted by Pb and Cd
处理
Treatment
鲜重
Fresh weight
(g·pot−1)
Pb
[mg·kg−1(FW)]
Cd
[mg·kg−1(FW)]
Ctrl 44±7c 0.018±0.004c 0.690±0.068a
XAS 259±9a 0.019±0.007bc 0.556±0.045b
XAC 254±7a 0.018±0.005c 0.486±0.054c
XGS 250±28ab 0.026±0.002b 0.631±0.046a
XGC 229±13ab 0.036±0.004a 0.415±0.048d
TAS 256±20a 0.023±0.005bc 0.283±0.028e
TAC 259±31a 0.020±0.005bc 0.365±0.037d
TGS 229±39ab 0.017±0.003c 0.501±0.051bc
TGC 217±28b 0.023±0.006bc 0.549±0.040bc
表中同列相同字母表示无显著差异(P>0.05), 下同。Same letters
within a column indicate insignificant difference (P>0.05). The same
below.
表 1 还显示, 在施用硝酸铵和磷酸二氢铵或磷
酸二氢钙条件下, 与施用硫酸钾(XAS、XGS)相比,
施用氯化钾(XAC、XGC)显著降低芥菜地上部 Cd含
量(P<0.05), 但在施用碳酸氢铵和磷酸二氢铵条件
下, 与氯化钾(TAC)相比, 硫酸钾(TAS)显著降低芥
菜地上部 Cd 含量(P<0.05); 在碳酸氢铵和硫酸钾或
氯化钾组合下, 与磷酸二氢钙(TGS、TGC)相比, 磷
酸二氢铵(TAS、TAC)显著降低芥菜地上部 Cd 含量
(P<0.05); 在磷酸二氢铵和硫酸钾或氯化钾施用条
件下, 与硝酸铵(XAS、XAC)相比, 碳酸氢铵(TAS、
TAC)显著降低芥菜地上部 Cd 含量(P<0.05), 其中
TAS相对于XAS降低幅度可达 49.1%。由此可见, 磷
酸二氢铵与碳酸氢铵能降低芥菜地上部Cd含量, 且
其效果与同时配施的肥料种类有密切关系。
2.3 肥料组合对芥菜生理的影响
与CK相比, 施肥处理(XAS除外)显著增加叶片
的叶绿素含量(表 2), 叶绿素与生物量之间具有显著
的正相关关系(Pearson 相关系数为 0.699, n = 9,
P<0.05)。经 SAS 8.1分析, 不同处理叶片的丙二醛、
脯氨酸和细胞质膜透性之间有显著差异 (P<0.05),
但丙二醛、脯氨酸、细胞质膜透性均与地上部 Pb或
Cd 含量无显著相关关系, 且丙二醛、脯氨酸、细胞
质膜透性间也无显著相关关系。引起丙二醛、脯
氨酸、细胞质膜透性差异的原因未明, 有待进一步
研究。
3 结论与讨论
施肥可显著促进作物生长[25−27], 本研究生物量
与此吻合 , 施肥处理显著提高了芥菜生物量 (P<
表 2 不同肥料组合下 Pb、Cd污染土壤上芥菜
叶片部分生理指标
Tab. 2 Some physiological properties of leaves of mustard
grown in soil polluted by Pb and Cd
处理
Treat-
ment
叶绿素
Chlorophyll
(SPAD)
丙二醛
MDA
[mmol·kg−1
(FW)]
脯氨酸
Proline
[mg·kg−1
(FW)]
细胞质膜透性
Cell membrane
permeability
(%)
CK 27.4±1.6c 12.1±1.3de 46.3±4.6cd 23.5±0.1d
XAS 28.9±0.4bc 11.1±0.5e 41.4±3.2cd 24.8±2.2cd
XAC 32.3±0.7a 12.5±0.2de 40.5±2.8d 29.4±3.0b
XGS 31.5±0.7a 12.7±0.3de 47.6±0.9cd 27.6±1.5bc
XGC 30.8±2.0ab 15.8±1.3a 49.0±1.9c 21.5±2.3d
TAS 31.4±1.4a 15.4±1.3ab 49.6±4.6c 28.8±0.7bc
TAC 30.4±1.6ab 13.4±0.3cd 74.1±4.3b 28.0±1.3bc
TGS 32.2±1.2a 13.8±0.7bcd 70.8±0.5b 33.5±1.8a
TGC 31.4±2.6a 14.9±0.9abc 89.1±6.0a 28.0±1.5bc
0.05), 与刘启东等[25]报道不同肥料组合间生菜产量
有显著差异的结果类似。
刘启东等[25]的田间试验中, 土壤 Pb含量为 67.5
mg·kg−1, Cd含量为 0.5 mg·kg−1, 所有处理生菜地
上部 Pb含量都低于 0.3 mg·kg−1, 施肥处理均提高
了生菜地上部 Pb 含量, 最高达对照的 170%, 按鲜
重计算(含水量以 95%计, 下同), 生菜地上部 Pb 含
量均低于 0.015 mg·kg−1, 远低于我国食品 Pb限量
标准[0.3 mg·kg−1(FW)][24]; 肥料组合处理生菜地上
部 Cd 含量显著高于对照, 所有处理 Cd 含量都低于
0.012 mg·kg−1(按鲜重计为 0.6 µg·kg−1), 也远低于
我国食品 Cd 限量标准[0.2 mg·kg−1(FW)][24], 该生
菜是没有人体重金属暴露风险的蔬菜。本盆栽供试
土壤 Pb污染程度是刘启东等[25]田间试验的 4倍, 将
近土壤环境质量的二级标准 (6.5
含量为 0.036 mg·kg−1(FW), 远低于 0.3 mg·kg−1
(FW); 本盆栽试验土壤的 Cd含量低于 0.50 mg·kg−1,
肥料处理显著降低了芥菜地上部Cd含量, 所有处理
的芥菜地上部镉含量远高于刘启东等[25]田间试验的
生菜, 且超过我国食品 Cd 限量标准[0.2 mg·kg−1
(FW)][24], 推测原因可能为: 一是该芥菜品种为具有
Pb排斥兼 Cd积累特性的品种; 二是本试验 Cd植物
有效性远大于刘启东等[25]的田间试验。故该芥菜不
宜在该污染土壤种植, 避免进入食物链的风险。
在 Pb、Cd 胁迫下, 小白菜体内游离脯氨酸积
累[28]; 水培条件下, 0.1 mmol·L−1 Cd胁迫下, 青菜
丙二醛含量显著增加 , 达 6.5 mmol·kg−1(FW)[29];
水培 Cd 胁迫下, 叶片脯氨酸含量随 Cd 处理浓度的
增加而显著增加, 且提高了叶片丙二醛含量[30]。虽
662 中国生态农业学报 2010 第 18卷
然本文土壤 Pb 含量较高, 但芥菜地上部 Pb 含量很
低, 各处理间叶片丙二醛含量、细胞质膜透性及脯
氨酸含量的差异与 Pb胁迫的相关性不强; 芥菜地上
部 Cd 含量较高, 但 Cd 含量与叶片丙二醛含量、细
胞质膜透性及脯氨酸含量之间无显著相关性, 推测
该芥菜的 Cd耐性机制与丙二醛、细胞质膜透性及脯
氨酸无紧密关系。
基于以上讨论 , 我们得出 , 施肥处理可提高
Pb、Cd污染土壤上种植的芥菜的产量, 具有降低芥
菜地上部Cd含量的作用; 综合芥菜生物量及地上部
Cd 含量, 碳酸氢铵−磷酸二氢铵−硫酸钾肥料组合
(TAS)是最佳的肥料组合, 此种肥料组合下, 芥菜地
上部 Cd含量比对照降低 59.0%。
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