水、氮、鎘互作對小白菜生長、鎘吸收及土壤微生物量碳的影響

楊忠蘭，韋翔華，付旋旋，劉曉永，侯秀玉（廣西大學農學院，廣西南寧 530004）

水、氮、鎘互作對小白菜生長、鎘吸收及土壤微生物量碳的影響

楊忠蘭，韋翔華*，付旋旋，劉曉永，侯秀玉
（廣西大學農學院，廣西南寧 530004）

采用正交設計，通過土培盆栽試驗研究了常規（常灌）和根區局部交替灌水（交灌，水量為常規的70%）條件下，低氮（0.15 g·kg-1土）和高氮（0.30 g·kg-1土）、低鎘（1 mg·kg-1土）和高鎘（3 mg· kg-1土）互作對小白菜產量、鎘吸收和土壤微生物量碳的影響。結果表明，提高氮素供應水平可減輕鎘對小白菜生長的抑制作用，高氮與高鎘互作可促進小白菜生長，低氮與交灌耦合能降低小白菜地上部鎘含量和積累量。綜合來看，無論外源鎘水平高低，在低氮水平下，采用交灌方式更有利于小白菜的生長，而且能降低小白菜地上部鎘含量和積累量；而在高氮水平下，則宜采用常灌處理。

灌溉方式；鎘；小白菜

文獻著錄格式：楊忠蘭，韋翔華，付旋旋，等.水、氮、鎘互作對小白菜生長、鎘吸收及土壤微生物量碳的影響［J］.浙江農業科學，2016，57（7）：1082-1084.

土壤重金屬污染問題嚴重威脅土壤質量和農產品安全以及人體健康，現已受到普遍關注。其中，土壤鎘污染對葉菜類蔬菜的品質影響最大［1-4］。當土壤鎘含量達到1 mg·kg-1時，已很難生產出鎘含量符合衛生標準的葉菜產品［4-5］。微生物是對土壤質量變化最敏感的指標［6］，也被視作評價土壤肥力的重要生物學指標［7］。水、肥可影響作物生長和微生物代謝活動，改變土壤條件，進而影響土壤鎘的生物有效性［8］，不少學者對水肥互作條件下土壤鎘的生物有效性進行了研究，但研究結果不盡一致［9］。

根系分區交替灌溉是近年來針對世界范圍內水資源日益緊缺與水分利用效率較低這一矛盾而提出的一種新型節水灌溉技術［10］。目前，關于根系分區交替灌溉和局部灌溉條件下水肥供應對作物生長生理特性及產量與品質的研究已有不少的報道［11-12］，有關氮、鎘互作的研究也有不少報道［9］，但水、氮、鎘互作或關于局部灌水條件下對鎘污染土壤中作物生長、鎘吸收及土壤微生物影響方面的研究尚較少見。本研究旨在探討作物根區局部交替灌水方式與氮、鎘交互條件下，小白菜產量、鎘吸收及土壤微生物量碳的變化，以期部分揭示水氮耦合對鎘污染土壤上作物安全生產的影響，為相關研究提供參考。

1　材料與方法

1.1供試材料

供試土壤采自廣西大學農學院教學實習基地，母質為第四紀紅土，基本理化性狀為pH值7.0，有機質19.3 g·kg-1，全氮0.66 g·kg-1，全磷0.34 g·kg-1，全鉀7.92 g·kg-1，堿解氮45.4 mg· kg-1，速效磷46.3 mg·kg-1，速效鉀125.3 mg· kg-1，全Cd 0.62 mg·kg-1。供試肥料：N為尿素，P、K來自KH2PO4，不足的K以K2SO4補充。外源添加鎘為CdC12·2.5H2O。盆栽器皿為塑料桶，上口直徑24 cm，底部直徑20 cm，高20 cm。

1.2處理設計

試驗采用土培盆栽方法，應用正交表L8（27）進行3因素2水平試驗方案設計。三因素分別為水、肥、鎘，水設置常規灌水（常灌）和根區局部交替灌水（交灌）2種方式，其中，交灌水量僅為常規灌水的70%；氮肥設置2水平，分別為0.30和0.15 g·kg-1土；外源添加鎘設置2水平，分別為3、1 mg·kg-1土。同時，設置2個不添加外源Cd處理的對照組（CK1、CK2），分別采用交灌和常灌，氮肥用量統一設置為0.15 g·kg-1土。各處理均以磷肥和鉀肥作底肥，分別施用P2O50.10 g·kg-1土、K2O 0.15 g·kg-1土。每個處理重復3次，共30盆，每盆裝土10 kg。采用根區交替灌水處理的盆土兩邊分別插一支PVC管用于灌水，土面下的灌水管均勻鉆上小孔，外層用紗網纏繞［11］。試驗在玻璃溫室內進行，2014年3月25日直播小白菜種子，2014年6月15日（50 d）收獲地上部分小白菜，并采集土樣帶回實驗室內分析。

1.3測定項目及方法

土壤微生物量碳用氯仿熏蒸、0.5 mol·L-1K2SO4浸提法測定；土壤全Cd含量用硝酸∶高氯酸（5∶1，體積比）消煮，原子吸收光譜法（AAS）測定。

試驗數據處理及統計分析采用Exce1 2007和SPSS 19.0軟件，對有顯著（P＜0.05）差異的各處理，采用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2　結果與分析

2.1對小白菜地上部生物量的影響

由表1可知，不同水平的氮、水、鎘互作對小白菜地上部生物量的影響不同。各處理中，以常灌、高氮、高鎘互作下的小白菜地上部生物量最大，顯著高于其他各處理，而以常灌、低氮、高鎘互作的最小，顯著低于其他各處理。對比CK1和CK2可知，在未受鎘污染時，均采用低氮水平，若將常規灌溉方式調整為根區局部交替灌水，小白菜地上部生物量顯著增加，增幅達17.7%。無論是外源添加低鎘（1 mg·kg-1）或高鎘（3 mg· kg-1），在低氮（0.15 g·kg-1）水平下，交灌處理下的小白菜地上部生物量均顯著高于常灌處理；在高氮（0.3 g·kg-1）水平下，交灌處理下的小白菜地上部生物量均顯著低于常灌處理。在相同的水、鎘條件下，增加供氮水平均能增加小白菜地上部的生物量。由此可見，適當提高供氮水平可緩解鎘對小白菜生長的不利影響。綜合來看，無論外源鎘水平高低，在低氮水平下，采用交灌更有利于小白菜的生長；而在高氮水平下，則宜采用常灌處理。

表1　各處理對小白菜地上部生物量、鎘積累及土壤微生物量碳的影響

2.2對小白菜Cd含量和積累量的影響

總體來看，小白菜鎘含量和鎘吸收量隨外源鎘的增加而增加（表1）。常灌、低氮、高鎘互作條件下的小白菜鎘含量最高，交灌、低氮、低鎘互作條件下的小白菜鎘含量最低。無論常灌還是交灌，高氮、高鎘條件下小白菜地上部的鎘積累最均最大，且二者無顯著差異；以交灌、低氮、低鎘互作條件下的小白菜地上部鎘積累量最低。

在低鎘、低氮條件下，交灌處理的小白菜地上部鎘含量及積累量均低于常灌處理；而在低鎘、高氮條件下，交灌處理的小白菜地上部鎘含量及積累量均顯著高于常灌處理；在高鎘、低氮條件下，交灌處理的小白菜地上部鎘含量及積累量均顯著低于常灌處理；而在高鎘、高氮條件下，交灌處理的小白菜地上部鎘含量及積累量均高于常灌處理。由此可見，與對小白菜地上部生物量的影響相反，無論外源鎘含量高低，在低氮條件下，交灌處理更有利于降低小白菜地上部的鎘含量及積累量；而在高氮條件下，則以常灌更有利于降低小白菜地上部的鎘含量和積累量。

2.3對土壤微生物量碳的影響

由表1可知，各處理對土壤微生物量碳的影響不盡相同。總體來看，以交灌、高氮、高鎘和對照常灌（CK2）條件下的土壤微生物量碳最高；而以常灌、低氮、高鎘條件下的土壤微生物量碳的最低。在不含外源鎘的的條件下，交灌（CK1）處理的土壤微生物量碳顯著低于常灌處理（CK2）。在低鎘、低氮條件下，交灌處理的土壤微生物量碳要低于常灌處理；而在低鎘、高氮條件下則相反。在高鎘條件下，無論氮肥用量高低，均以交灌處理的土壤微生物量碳顯著高于常灌處理。

3　討論

根系分區交替灌溉是一種新型節水灌溉方法［11］，農夢玲等［12］研究表明，配施氮（0.16 g· kg-1）時，交灌處理的玉米生長比常灌好。本研究發現，配施氮（0.15 g·kg-1）時，小白菜交灌條件下地上部生物量高于常灌，這與前述研究結果相似。但在本研究中，這一增產效應會受到外源鎘含量的影響，如配施氮（0.15 g·kg-1）時，未添加外源鎘時交灌的小白菜地上部生物量較常灌增加17.7%，在低鎘條件下增加13.5%，但在高鎘條件下增幅達33.8%。與此不同的是，在高氮條件下，交灌的小白菜地上部生物量顯著低于常灌，這顯示了水、氮、鎘交互的復雜性。

一般來說，低濃度的鎘對作物生長有一定的促進作用，而高濃度的鎘則會抑制植物生長［13-14］。本研究結果表明，當外源分別添加1、3 mg·kg-1的鎘時，增加氮素供應時，小白菜地上部生物量增加，而在低氮條件下，小白菜地上部的生物量小于無鎘對照。由此可見，低濃度鎘對植物生長的影響還與氮的施用量有關。

Cd在小白菜地上部的累積量與外源Cd處理濃度正相關［13，15］。本研究表明，小白菜地上部鎘含量和積累量均隨外源鎘濃度的增加而增加。在低氮條件下，交灌處理的小白菜地上部鎘含量比常灌的低，而在高氮時則相反。這主要與小白菜的生物量及稀釋效應有關［9，13-14］。

微生物生物量的變化，影響到土壤養分循環和養分有效性，可作為評價土壤肥力的生物學指標之一。一般來說，高濃度鎘明顯抑制微生物活性［6］。根區局部灌溉能創造良好的土壤生物環境，促進微生物的代謝和繁殖，從而提高土壤中微生物的數量，節約灌水量和提高水分利用效率［15］。本研究結果表明，交灌與常灌相比，未受鎘污染土壤的微生物量碳低36.7%，這可能與氣溫和土壤水分有關。取樣時正值夏天，溫室氣溫較高，水分蒸發和蒸騰作用也大，交灌的水量比常灌的少30%，水分不足和氣溫過高可能影響到了微生物的代謝，使得微生物量碳比常灌的低。在鎘污染土壤中，微生物量碳的含量受到外源鎘含量、供氮量及供水方式的綜合影響，但總體來看，與水、氮是否協調有關。

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（責任編輯：高 峻）

S147.2

A

0528-9017（2016）07-1082-03

10.16178/j.issn.0528-9017.20160740

2016-03-11

廣西自然科學基金（2011GXNSFA018081）

楊忠蘭（1989—），女，山東海陽人，碩士研究生，主要研究方向為土壤環境微生物及環境生態，E-mai1：1432935683 @qq.com。

韋翔華（1964—），男，廣西南寧人，博士，副教授，研究方向為農業資源與環境科學，E-mai1：xhw fd@gxu.edu.cn。