許楊貴,李 琦,劉 暉,李 晶,黎華壽
(華南農業大學農業部華南熱帶農業環境重點實驗室,廣東省現代生態農業與循環農業工程技術研究中心,廣東省高等學校農業生態與農村環境重點實驗室,廣州 510642)
不同肥料對鎘污染土壤中兩種菜心生長與Cd吸收的影響
許楊貴,李 琦,劉 暉,李 晶,黎華壽*
(華南農業大學農業部華南熱帶農業環境重點實驗室,廣東省現代生態農業與循環農業工程技術研究中心,廣東省高等學校農業生態與農村環境重點實驗室,廣州 510642)
以相對高累積Cd品種特青60天菜心和相對低累積Cd品種油綠80天菜心為材料,在兩種Cd污染程度不同的紅壤土上進行盆栽實驗,研究四種不同肥料的施用對兩種菜心生長及Cd遷移的影響。結果表明土壤Cd含量的增加促進了兩種菜心根際土、根部以及莖葉Cd含量的提高。隨著土壤Cd含量的增加,Cd對兩品種菜心生長的抑制作用增強,但油綠80天菜心的生物量顯著高于特青60天菜心。不同肥料處理均能減少油綠80天菜心和特青60天菜心的可食部分(莖葉)和根部對土壤Cd吸收,其效果如下:雞糞有機肥>硅鎂肥>復合微生物肥>普通復合肥,其中雞糞有機肥、硅鎂肥處理的菜心莖葉和根部Cd的含量顯著低于普通復合肥處理組。低積累Cd油綠80天菜心莖葉Cd含量顯著低于高積累Cd特青60天菜心莖葉Cd的含量,平均含量為特青60天菜心的53.81%,其中在雞糞有機肥條件下僅為特青60天菜心莖葉Cd含量的43.95%。在兩個不同濃度Cd污染土壤條件下,雞糞有機肥處理的油綠80天菜心分別比特青60天菜心增產33.53%和61.49%;油綠80天菜心對Cd富集和轉移率均顯著低于特青60天菜心,油綠80天菜心的富集系數為1.11和0.77,特青60天菜心的富集系數為2.07和2.26,油綠80天菜心的轉移系數為1.24和0.96,特青60天菜心為2.89和1.99。因此油綠80天菜心比特青60天菜心更適合種植在Cd污染土壤,而使用雞糞有機肥最佳,既能促進兩種菜心的生長,且可減少對土壤Cd的吸收。
雞糞有機肥;硅鎂肥;復合微生物肥;菜心品種;Cd污染
重金屬是典型的土壤污染物,具有隱蔽性、難降解、移動性差和易被富集等特點[1-2],由于工農業污水和生活垃圾的排放,我國農業土壤Cd的污染日益嚴重,污染源呈多元化發展。2011年底,我國受Cd、Cr、As、Pb等重金屬污染的耕地面積近2000萬hm2,約占耕地面積的1/5,其中Cd污染最為嚴重,導致每年被重金屬污染的糧食超過1200萬t[3-4]。農田重金屬不僅干擾土壤正常功能,妨礙作物生長,還通過土壤-作物遷移,經食物鏈威脅人體健康,尤其是重金屬Cd,其生物有效性比其他重金屬更容易在農產品中積累,生物毒性強,更容易危害人體健康[5-8]。因此,重金屬在土壤和作物之間的遷移規律對污染農田的評估以及農田環境質量標準的制定具有重要的意義。作物吸收土壤中的重金屬量不僅和土壤中重金屬含量有關,施用不同的肥料或物料也有可能改變土壤的理化性質和土壤中重金屬的形態從而影響植物對土壤中重金屬的吸收[9-14],不同的作物,甚至是不同基因型的同種作物對土壤重金屬的富集特征都明顯不同[15-18]。降低植物中的重金屬含量可以從以下兩個方面進行:一是改變土壤重金屬的濃度和活性,如換土、客土、清洗、電化法和施用有機物、粉煤灰、石灰、粘土礦物等,包括各種調理劑(如土壤純化劑)的使用等;二是選用食用部位重金屬積累少的作物品種。
我國南方地區土壤以紅壤為主,pH值普遍偏低,重金屬活性較高,導致Cd等重金屬的潛在生態危險較高[19]。有學者在湘江中下游取樣,分析結果顯示:研究區域蔬菜Cd的超標率為68.8%,土壤Cd的超標率為68.5%[20],其中在長沙市農產品Cd的超標率為56%,葉菜類超標率更是高達96.3%[21];另外還有文獻報道廣州市內銷售葉菜類的Cd超標率達26.1%,屬于中度污染,各類蔬菜的污染程度如下:葉菜類>根菜類>果菜類[22-23]。
Cd是人體非必需元素,高濃度的Cd會對人體健康產生危害[24]。因此,通過選用低累積品種蔬菜以及施用適宜的肥料來鈍化和減少蔬菜對Cd的吸收,具有重要的現實意義。有報道施硅、功能微生物菌肥可鈍化土壤鎘的生物有效性[25-26],因此本文盆栽研究了硅鎂肥、復合微生物肥和生產上常用的雞糞有機肥及普通復合肥對特青60天菜心和油綠80天菜心等兩種菜心的生長及污染土壤Cd的吸收與遷移的影響,以明確Cd高低富集能力不同的菜心品種對基肥的響應,獲得能促進作物生長并鈍化Cd的適宜肥料種類。
1.1 試驗材料
參試的菜心品種為特青60天菜心(高積累Cd品種)和油綠80天菜心(相對低積累Cd品種)[27-28],購于廣州市農科院。試驗土樣取自廣州天河區華南農業大學農場中前茬進行大豆鎘污染試驗的污染紅壤,供試土壤經風干、壓碎和過5 mm孔徑篩后混勻,用于盆栽試驗,其基本理化性質如下:全氮1.41 g·kg-1、全磷2.19 g·kg-1、全鉀27.09 g·kg-1、有機質23.78 g·kg-1、堿解氮76.38 mg·kg-1、速效磷106.27 mg·kg-1、速效鉀211.51 mg·kg-1、全Cd 2.61 mg·kg-1,pH值為5.27。雞糞有機肥、硅鎂肥、復合微生物肥以及普通復合肥等4種肥料Cd的本底值分別為280.68、39.54、117.36、123.45 μg·kg-1。
1.2 試驗設計
按2個品種菜心、2個污染濃度和4種肥料的正交試驗設計,共16個處理。污染土壤設2個濃度水平,每盆裝3 kg土,1 kg土中加入含1 mg Cd的CdCl2溶液(混勻后實際測定值為3.99 mg·kg-1)或加入同體積的水混勻,并老化一個星期,再按照不同肥料普通施用量分別做四個處理:雞糞有機肥33.3 g·kg-1、普通復合肥(NPK的含量及比例:15%-15%-15%)5 g· kg-1、復合微生物肥1.67 g·kg-1、硅鎂肥5 g·kg-1,同時分別向雞糞有機肥、硅鎂肥、復合微生物肥添加尿素0.33、1.61、1.43 g·kg-1,補充到同一氮素營養水平,再將上述土壤和肥料重新混勻。菜心直接播種,每個處理三個重復,菜心種子萌芽后每個重復保留三株菜心。盆栽擺置于遮雨大棚并按隨機區組擺放,每天早晚按缺水情況澆水一次,為防止污染物淋溶滲漏損失,盆栽用100目篩網墊底,并在盆下放置塑料托盤,必要時將滲漏液倒回盆中。
1.3 測定項目與方法
種植60 d后,使用便攜式葉綠素儀SPAD直接測定菜心葉綠素含量,并收獲植株。用自來水洗掉泥沙并用濕布擦拭干凈,將莖葉、根部根系分別放入紙質信封并置于烘箱中75℃恒溫烘干,稱量各部位干重,并磨成粉狀用密封袋裝好備用。
菜心的莖葉和根部樣采用硝酸-高氯酸消解;土壤樣采用硝酸-氫氟酸-高氯酸消解,Cd的測定采用ZEEnit700P-LS原子吸收測定儀。
1.4 數據處理與統計分析
試驗數據用平均值±標準誤(Mean±SE)來表示,采用Microsoft Excel和SPSS 20.0進行統計分析,并用GraphPad Prism 5制圖。
植物對重金屬的轉移系數=植物地上部重金屬含量/根部該元素含量
植物對重金屬的富集系數(PUF)=植物地上部重金屬含量/土壤中該重金屬元素含量

表1 施用不同肥料對高低累積Cd菜心生物量的影響(CK土壤Cd濃度為2.61 mg·kg-1)Table 1 Effect of applied different fertilizers on the biomass of two vegetables choy sum under 2.61 mg·kg-1cadmium in soil

表2 施用不同肥料對高低累積Cd菜心生物量的影響(土壤Cd濃度為3.99 mg·kg-1)Table 2 Effect of applied different fertilizers on the biomass of two vegetables choy sum under 3.99 mg·kg-1cadmium in soil
2.1 不同肥料對菜心生物量的影響
由表1可知,在對照組土壤(Cd本底值為2.61 mg·kg-1)條件下,同種肥料的油綠80天菜心生物量顯著大于特青60天菜心生物量。在雞糞有機肥條件下,兩種菜心的生物量最大,其中油綠80天菜心的生物量為特青60天菜心生物量的1.34倍;在普通復合肥料條件下,兩種菜心的生物量最小,特青60天菜心的生物量僅為油綠80天菜心生物量的22.95%。由表2可知,在土壤Cd的含量為3.99 mg·kg-1時,在相同肥料條件下,除了雞糞有機肥料條件下油綠80天菜心和特青60天菜心的生物量有所上升,其他肥料條件下的生物量整體都下降。在雞糞有機肥條件下油綠80天菜心的生物量顯著高于其他肥料條件下的生物量,雞糞有機肥的油綠80天菜心生物量分別為硅鎂肥、復合微生物肥、普通復合肥的2.93、3.63、4.37倍,同時也顯著大于雞糞有機肥條件下的特青60天菜心的生物量(1.61倍),其他肥料條件下兩種菜心之間的生物量差異不顯著。從表1和表2中還可以看出,特青60天菜心和油綠80天菜心兩個不同品種菜心的地上部與根部生物量均呈正相關。
2.2 不同肥料對菜心葉綠素的影響
由圖1可知,當土壤本底值Cd濃度為2.61mg· kg-1以及添加Cd混勻后Cd的濃度為3.99 mg·kg-1時,同種肥料條件下的同種菜心葉綠素的SPAD值差異不顯著,但特青60天菜心的SPAD值顯著高于油綠80天菜心SPAD。當土壤鎘濃度為2.61 mg·kg-1時,在雞糞有機肥條件下,特青60天菜心的SPAD值顯著高于硅鎂肥和復合微生物肥料條件下的SPAD值;當土壤鎘濃度為3.99 mg·kg-1時,在雞糞有機肥條件下,特青60天菜心的SPAD值顯著高于復合微生物肥料條件下的SPAD值,而油綠80天菜心在相同鎘污染土壤、不同肥料處理條件下的SPAD值差異不顯著。

圖1 不同濃度Cd污染土壤對菜心葉綠素SPAD值的影響Figure 1 Effect of choy sum of chlorophyll when soil contaminated different concentrations of Cd
2.3 不同肥料對菜心和根際土Cd含量的影響
由表3可知,當土壤Cd含量為2.61 mg·kg-1時,兩種菜心莖葉和根部Cd的含量如下:雞糞有機肥<硅鎂肥<復合微生物肥<普通復合肥,其中雞糞有機肥條件下兩種菜心根莖葉Cd的含量顯著低于其他三種肥料條件下的含量。在普通復合肥條件下,兩種菜心根部Cd含量顯著高于其他肥料。在相同肥料條件下,油綠80天菜心莖葉Cd的含量顯著低于特青60天菜心,其中在雞糞有機肥條件下,油綠80天菜心莖葉Cd的含量是特青60天菜心的53.79%。不同肥料條件下的特青60天菜心和油綠80天菜心莖葉Cd的含量均高于根部的含量,其根際土Cd含量差異性不顯著。

表3 施用不同肥料對高低累積Cd菜心莖葉、根和根際土Cd含量的影響(CK土壤Cd濃度2.61 mg·kg-1)Table 3 Effect of applied different fertilizers on the content of Cd of stem leaf,root and rhizosphere soil of two vegetables choy sum under 2.61 mg·kg-1cadmium in soil(CK)

表4 施用不同肥料對高低累積Cd菜心莖葉、根和根際土Cd含量的影響(土壤Cd濃度3.99 mg·kg-1)Table 4 Effect of applied different fertilizers on the content of Cd of stem leaf,root and rhizosphere soil of two vegetables choy sum under 3.99 mg·kg-1cadmium in soil1
由表4可知,當土壤Cd含量3.99 mg·kg-1時,不同肥料處理下的兩種菜心莖葉、根部和根際土Cd的含量都增加,且不同肥料間菜心莖葉和根部Cd含量差異均顯著,其中油綠80天菜心莖葉Cd的含量均顯著低于特青60天菜心。在雞糞有機肥料處理條件下油綠80天菜心的莖葉和根部Cd的含量最小,分別為特青60天菜心莖葉和根部Cd含量的34.08%和70.73%。另外,當土壤Cd含量為3.99 mg·kg-1時,油綠80天菜心的根部Cd含量明顯比莖葉的含量高。
2.4 不同肥料對菜心Cd富集的影響
由圖2可知,相同肥料條件下,特青60天菜心對Cd的富集系數顯著大于油綠80天菜心,因此特青60天菜心比油綠80天菜心更容易富集重金屬Cd。在雞糞有機肥條件下,油綠80天菜心和特青60天菜心對Cd的富集系數達到最小值,顯著低于其他肥料條件下的富集系數。在土壤Cd濃度為2.61 mg·kg-1時,油綠80天菜心對Cd的富集系數為1.24,特青60天菜心對Cd的富集系數為2.00,土壤Cd濃度為3.99 mg·kg-1時,油綠80天菜心對Cd的富集系數為0.96,特青60天菜心對Cd的富集系數為2.28,而在其他肥料條件下的特青60天菜心和油綠80天菜心的富集系數都遠大于2。因此,雞糞有機肥料有利于減少兩種菜心對土壤中Cd的富集。而普通復合肥條件下的兩種菜心的富集系數達到最大值,且隨著土壤中的Cd濃度的增加,富集系數變大,顯著高于其他肥料的富集系數。總體上,特青60天菜心和油綠80天菜心在不同肥料條件下對Cd的富集系數如下:雞糞有機肥<硅鎂肥<復合微生物肥<普通復合肥,其中雞糞有機肥條件下的兩種菜心的轉移系數均顯著低于其他肥料(P<0.05)。

圖2 不同肥料對菜心Cd富集的影響Figure 2 Effects of different fertilizers on the choy sum in Cd enrichment
2.5 不同肥料對菜心Cd轉移的影響
由圖3可知,隨著土壤Cd含量增加,特青60天菜心和油綠80天菜心對Cd的轉移系數總體上是下降的。在雞糞有機肥和復合微生物肥條件下,油綠80天菜心的轉移系數顯著小于特青60天菜心的轉移系數,其中在雞糞有機肥條件下油綠80天菜心的轉移系數分別為1.24和0.96,特青60天菜心的轉移系數分別為2.89和1.99。另外當土壤Cd含量為3.99 mg· kg-1時,不同肥料條件下的油綠80天菜心對Cd的轉移系數均小于1。

圖3 不同肥料對菜心Cd轉移的影響Figure 3 Effects of different fertilizers on the choy sum in Cd transfer
Cd不是植物的必要營養元素,卻是生物毒性最強的重金屬之一,當植物組織內Cd的含量達到一定值時就會對某些植物產生不同程度的毒害,通常的毒害癥狀有生長遲緩、植株矮小,葉片退綠、產量下降甚至死亡,因而植物的生物量可以作為對Cd的耐性的一個指標。Cd具有生物毒性,在植物體內富集,通過食物鏈危害人體健康,那么蔬菜的可食部分Cd的含量多少,對人體的健康有著間接的聯系,因此研究不同肥料處理條件下,不同菜心對Cd的富集和轉移以及對其生長情況的影響尤其重要。
肥料進入土壤中,能改變土壤的肥力,從而改變植物的生物量;能通過提高或者降低土壤pH值以及攜帶的競爭離子,改變土壤溶液重金屬的有效性;通過影響作物根系和莖葉的代謝過程,絡合或沉淀土壤的重金屬,影響植物對重金屬的吸收。本研究采用的盆栽實驗,在相同Cd污染濃度下,特青60天和油綠80天兩種菜心的生物量呈以下規律:雞糞有機肥>硅鎂肥>復合微生物肥>普通復合肥,其中雞糞有機肥處理組的生物量顯著高于其他三種肥料處理組的生物量,因此雞糞有機肥最適合用于菜心的種植,硅鎂肥次之。該結果和唐明燈等[29]研究結果是一致的,這可能是因為雞糞有機肥中除了含有有機物質以外,還含有磷和鉀等元素,所以合理施用雞糞有機肥,能有效促進作物生長發育,提高產量[30-31];硅肥盡管不是植物生長的必需元素,在適量的施用水平,仍能促進禾本科、甜菜以及許多雙子葉植物的生長發育[32-34]。
何翠屏等[35]研究表明,Cd脅迫能使植物產生自由基,攻擊葉綠素,造成葉綠素破壞,導致葉片失綠。本實驗結果顯示,在相同濃度Cd污染的土壤條件下,特青60天菜心葉綠素的SPAD值顯著大于油綠80天菜心的SPAD值,可能是因為特青60天菜心和油綠80天菜心品種不同而造成的SPAD值不同,但在雞糞有機肥條件下特青60天菜心的SPAD值顯著高于復合微生物肥料,則可能是因為在雞糞有機肥條件下特青60天菜心莖葉鎘的含量少于復合微生物肥料處理條件下的含量,從而減少Cd對葉綠素的破壞。另外,當油綠80天菜心莖葉Cd的含量超過5.80 mg·kg-1時,顯著抑制了油綠80天菜心生物量,當特青60天菜心莖葉Cd的含量超過9.50 mg·kg-1時也會顯著抑制特青60天菜心的產量,與陽繼輝等[36]的研究結果是相似的。
王鳳花等[37]和王艷紅等[38]研究表明,施用普通化肥能明顯提高小白菜莖葉和根部的Cd的含量,而施用鴨糞有機肥能有效地減少莖葉Cd的含量,根部Cd含量也比施用普通化肥的低;適量施用硅素調節劑能顯著降低葉菜莖葉和根部Cd的含量,與本實驗的研究結果一致:油綠80天菜心和特青60天菜心莖葉和根部Cd含量的規律是雞糞有機肥<硅鎂肥<復合微生物肥<普通復合肥,其中雞糞有機肥處理條件下的植物體內Cd含量顯著低于其他肥料處理。普通復合肥處理的菜心體內Cd的含量卻顯著高于其他肥料處理,原因可能是:第一,施用雞糞有機肥,增加土壤的有機質、腐殖質,通過絡合和螯合固定Cd,進而降低Cd對菜心的有效性;第二,施用雞糞有機肥能提高土壤pH值,普通化肥則降低土壤pH值,而土壤中有效Cd與土壤pH值呈負相關關系[39-40]。除土壤重金屬的生物有效性外,植物對重金屬的積累能力還取決于根系對重金屬的吸收能力和轉運能力[41]。本實驗在不同肥料處理下,不同菜心根際土Cd的含量差異不顯著,但隨著土壤Cd含量的增加,根際土、菜心根部和莖葉Cd的含量也增加,因此在一定范圍內高濃度的Cd促進兩種菜心對Cd的吸收,而吸收Cd的含量越多,Cd對菜心的毒害越大,生物量越少。雖然在雞糞有機肥條件下兩種菜心對Cd的轉移系數最大,但它們對Cd的富集系數是最少的,因此兩種菜心在雞糞有機肥條件下的莖葉和根部相對其他肥料來說Cd的分布是最少的。
總的來說,在四種肥料中,雞糞有機肥能減少特青60天菜心和油綠80天菜心對Cd的富集,同時促進植物的生長,是四種肥料中最佳的選擇,而普通復合肥卻是恰恰相反。對于特青60天和油綠80天兩種菜心來說,在Cd污染土壤環境下,油綠80天菜心對Cd的富集系數和轉移系數都低于特青60天菜心,并且油綠80天菜心的生物量也大于特青60天菜心的生物量。該結果和邱丘等[28]以及黃志亮等[42]研究結果是一致的。不同品種的蔬菜對鎘的吸收及其生長影響不同。大量研究表明植物體內Cd的亞細胞分布與不同物種(或基因型)的Cd積累、轉運以及解毒等過程有關[43-44]。植物細胞壁含有大量的纖維素、半纖維素和木質素等多糖以及黏膠和蛋白質,這些物質能夠提供大量的包括羥基、胺類和醛基在內的功能基團,這些基團能夠吸附Cd離子從而限制其跨膜擴散。邱丘等[28]研究發現,菜心能通過細胞壁和Cd結合,有效降低胞質中Cd離子的濃度從而減輕Cd對細胞器的毒害,其中低積累品種菜心LB70體內與細胞壁結合的Cd的能力高于CX4基因型的菜心。這也可能是油綠80天菜心較特青60天菜心低積累Cd的原因。
(1)幾種肥料對促進菜心生長和抑制Cd吸收的效應差異顯著,其作用大小規律如下:雞糞有機肥>硅鎂肥>復合微生物肥>普通復合肥。中高濃度Cd對特青60天菜心和油綠80天菜心的葉綠素和生長有抑制作用,且隨著Cd濃度的增加,抑制作用加強。
(2)在Cd污染土壤條件下,油綠80天菜心的產量顯著高于特青60天菜心,且對Cd的富集顯著低于特青60天菜心,在雞糞有機肥和硅鎂肥條件下,Cd轉移率也顯著低于特青60天菜心,因此油綠80天菜心與特青60天菜心相比適合在Cd污染土壤種植。
[1]唐發靜,祖艷群.土壤重金屬空間變異的研究方法[J].云南農業大學學報,2008,23(4):558-561.
TANG Fa-jing,ZU Yan-qun.Research methods of spatial variability of heavy metals in soil[J].Journal of Yunnan Agricultural University,2008, 23(4):558-561.
[2]韓春梅,王林山,鞏宗強,等.土壤中重金屬形態分析及其環境學意義[J].生態學雜志,2005,24(12):1499-1502.
HAN Chun-mei,WANG Lin-shan,GONG Zong-qiang,et al.Chemical forms of soil heavy metals and their environmental significance[J].Chinese Journal of Ecology,2005,24(12):1499-1502.
[3]郭勇,童艷君.我國農業土壤重金屬污染現狀及防治對策[J].現代農業科技,2012,18:220-221.
GUO Yong,TONG Yan-jun.Agricultural soil heavy metal pollution present situation and countermeasures of our country[J].Modern Agricul-tural Science and Technology,2012,18:220-221.
[4]蔡美芳,李開明,謝丹平,等.我國耕地土壤重金屬污染現狀與防治對策研究[J].環境科學與技術,2014,37(增刊2):223-230.
CAI Mei-fang,LI Kai-ming,XIE Dan-ping,et al.The status and protection strategy of farmland soils polluted by heavy metals[J].Environmental Science&Technology,2014,37(Suppl2):223-230.
[5]López-Chuken U J,Young S D.Modelling sulphate-enhanced cadmium uptake by Zea mays from nutrient solution under conditions of constant free Cd2+ion activity[J].Journal of Environmental Sciences,2010,22(7):1080-1085.
[6]Berkelaar E J,Hale B A.Cadmium accumulation by durum wheat roots in ligand-buffered hydroponic culture:Uptake of Cd ligand complexes or enhanced diffusion?[J].Canadian Journal of Botany,2003,81(7):755-763.
[7]Arcella D,Cappe S,Fabiansson S,et al.Cadmium dietary exposure in European population[S].Eur Food Stf Auth(EFSA),2012,10:2551.
[8]Kabata-Pendias A,Pendias H.Trace elements in soil and plant[M]. Florida:Floria CRC Press,1992:287-301.
[9]崔斌,王凌,張國印,等.土壤重金屬污染現狀與危害及修復技術研究進展[J].安徽農業科學,2012,40(1):373-375.
CUI Bin,WANG Ling,ZHANG Guo-yin,et al.Status and harm of heavy metal pollution in soil and research progress in remediation technology [J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2012,40(1):373-375.
[10]王艷紅,李盟軍,唐明燈,等.石灰和泥炭配施對葉菜吸收Cd的阻控效應[J].農業環境科學學報,2013,32(12):2339-2344.
WANG Yan-hong,LI Meng-jun,TANG Ming-deng,et al.Combined application of lime and peat reduced cadmium uptake by leafy vegetable[J].Journal of Agro-environment Science,2013,32(12):2339-2344.
[11]姚桂華,徐海舟,朱林剛,等.不同有機物料對東南景天修復重金屬污染土壤效率的影響[J].環境科學,2015,36(11):4268-4276.
YAO Gui-hua,XU Hai-zhou,ZHU Lin-gang,et al.Effects of different kinds of organic materials on soil heavy metal phytoremediation efficiency by Sedum alfredii Hance[J].Environmental Science,2015,36(11):4268-4276.
[12]聶呈榮,楊文瑜,鄧日烈,等.不同改良劑對鎘污染土壤的改良效果及對油麥菜生長的影響[J].佛山科學技術學院學報:自然科學版,2010,28(4):1-5.
NIE Cheng-rong,YANG Wen-yu,DENG Ri-lie,et al.Effects of different soil amelioration materials on the improvement of Cd contaminated soil and the growth of Lactuca sativa[J].Journal of Foshan University(Natural Science Edition),2010,28(4):1-5.
[13]龐強強,陳旺,陳日遠,等.TM對鎘污染土壤中菜心生長、品質及土壤理化性質的影響[J].黑龍江農業科學,2015(2):105-107.
PANG Qiang-qiang,CHEN Wang,CHEN Ri-yuan,et al.Effect of TM on growth,quality of flowering Chinese cabbage and physicochemical properties of soil contaminated with cadmium[J].Heilongjiang Agricultural Science,2015(2):105-107.
[14]譚國湛.間作及伴隨陰離子肥料對油菜鎘吸收積累的影響[D].蘭州:甘肅農業大學,2013:16-17.
TAN Guo-zhan.Effect of inter cropping and anion-accompanying fertilizers on Cd uptake and accumulation of Brassica campestris[D]. Lanzhou:Gansu Agricultural University,2013:16-17.
[15]高巍,耿月華,趙鵬,等.不同小麥品種對重金屬鎘吸收及轉運的差異研究[J].天津農業科學,2014,20(10):55-59.
GAO Wei,GENG Yue-hua,ZHAO Peng,et al.Different of cadmium absorption and transfer between high-accumulation and low-accumulating wheat varities[J].Tianjin Agricultural Sciences,2014,20(10):55-59.
[16]林君鋒,高樹芳,陳偉平,等.蔬菜對土壤鎘銅鋅富集能力的研究[J].土壤與環境,2002,11(3):248-251.
LIN Jun-feng,GAO Shu-fang,CHEN Wei-ping,et al.Study on the concentrating characteristics of vegetables for Cd,Cu and Zn[J].Soil and Environmental Sciences,2002,11(3):248-251.
[17]唐非,雷鳴,唐貞,等.不同水稻品種對鎘的積累及其動態分布[J].農業環境科學學報,2013,32(6):1092-1098.
TANG Fei,LEI Ming,TANG Zhen,et al.Accumulation characteristic and dynamic distribution of Cd in different genotypes of rice(Oryza sativa L.)[J].Journal of Agro-environment Science,2013,32(6):1092-1098.
[18]潘義宏,王宏鑌,谷兆萍,等.大型水生植物對重金屬的富集和轉移[J].生態學報,2010,30(23):6430-6441.
PAN Yi-hong,WANG Hong-bin,GU Zhao-ping,et al.Accumulation and translocation of heavy metals by macrophytes[J].Acta Ecologica Sinica,2010,30(23):6430-6441.
[19]柴世偉,溫琰茂,韋獻革,等.珠江三角洲主要城市郊區農業土壤的重金屬含量特征[J].中山大學學報,2004,43(4):90-94.
CHAI Shi-wei,WEN Yan-mao,WEI Xian-ge,et al.Heavy metal content characteristics of agricultural soils in the Pearl River Delta[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2004,43(4):90-94.
[20]Tu C,Zheng C R,Chen H M.Effect of applying chemical fertilizers on forms of lead and cadmium in red soil[J].Chemosphere,2000,41(1):133-138.
[21]沈彤,盛穗,馬賽平.長沙市蔬菜中鉛、鎘含量狀況及控制對策[J].湖南農業科學,2005(4):62-63.
SHEN Tong,SHENG Sui,MA Sai-ping,et al.The condition of the content of lead and cadmium in vegetables and control countermeasures in Changsha city[J].Hunan Agricultural Sciences,2005(4):62-63.
[22]王冬卿.甘藍型油菜(Brassica napus L.)品種間及品種內Cd積累差異研究[D].廣州:中山大學,2007.
WANG Dong-qing.Difference research for Cd accumulation within varieties and species[D].Guangzhou:Sun Yat-sen University,2007.
[23]周軼慧.莧菜對重金屬Cd、Pb積累的基因型差異及其機理研究[D].廣州:中山大學,2010.
ZHOU Yi-hui.The genotype differences of accumulation and mechanism research of heavy metal Cd,Pb for Amaranth[D].Guangzhou:Sun Yat-sen University,2010.
[24]Kabata-Pendias A,Mukherjee A B.Trace elements from soil to human [M].Springer Science&Business Media,2007.
[25]陳喆,張淼,葉長城,等.富硅肥料和水分管理對稻米鎘污染阻控效果研究[J].環境科學學報,2015,35(12):4003-4011.
CHEN Zhe,ZHANG Miao,YE Chang-cheng,et al.Mitigation of Cd accumulation in rice(Oryza sativa L.)with Si fertilizers and irrigation managements[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2015,35(12):4003-4011.
[26]張連忠,路克國,王宏偉,等.重金屬鎘,銅在蘋果幼樹體內的分布特性及生物有機肥對減少重金屬效應的研究[J].水土保持學報, 2004,18(3):123-125.
ZHANG Lian-zhong,LU Ke-guo,WANG Hong-wei,et al.Heavy metal(Cd&Cu)distribution in apple plant and effect of bio-fertilizer in reducing absorption of heavy metal[J].Journal of Soil and Water Conservation,2004,18(3):123-125.
[27]徐照麗,吳啟堂,依艷麗.不同品種菜心對鎘抗性的研究[J].生態學報,2002,22(4):571-576.
XU Zhao-li,WU Qi-tang,YI Yan-li.Studies on the resistance to cadmium in different cultivars of Brassica parachinensis[J].Acta Ecologica Sinica,2002,22(4):571-576.
[28]邱丘.菜心Cd積累的品種間差異及Cd污染控制方法研究[D].廣州:中山大學,2011.
QIU Qiu.Genotype variation of Cd accumulation and control methods for Cd pollution in Chinese flowering cabbage(Brassica parachinensis)[D].Guangzhou:SUN Yat-sen University,2011.
[29]唐明燈,艾紹英,李盟軍,等.有機肥對生菜生長及其Cd含量的影響[J].廣東農業科學,2011,38(24):42-45.
TANG Ming-deng,AI Shao-ying,LI Meng-jun,et al.Effect of organic manures on the growth and Cd concentration of Lactuca sativa[J]. Guangdong Agricultural Sciences,2011,38(24):42-45.
[30]李書田,劉榮樂,陜紅.我國主要畜禽糞便養分含量及變化分析[J].農業環境科學學報,2009,28(1):179-184.
LI Shu-tian,LIU Rong-le,SHAN Hong.Nutrient contents in main animal manures in China[J].Journal of Agro-Environment Science,2009, 28(1):179-184.
[31]Casale W L,Minassian V,Menge J A,et al.Urban and agricultural wastes for use as mulches on avocado and citrus and for delivery of microbial biocontrol agents[J].Journal of Horticultural Science,1995,70(2):315-332.
[32]邢雪榮,張蕾.植物的硅素營養研究綜述[J].植物學通報,1998, 15(2):33-40.
XING Xue-rong,ZHANG Lei.Review of the studies on silicon nutrition of plants[J].Chinese Bulletin of Botany,1998,15(2):33-40.
[33]Aziz T,Gill M A.Silicon nutrition and crop production:A review[J]. Pakistan Journal of Agricultural Sciences(Pakistan),2002.
[34]Yu T H,Peng Y Y,Lin C X,et al.Application of iron and silicon fertilizers reduces arsenic accumulation by ipomoea aquatic[J].Journal of Integrative Agriculture,2016,15:60345-60351.
[35]何翠屏,王慧忠.重金屬鎘,鉛對草坪植物根系代謝和葉綠素水平的影響[J].湖北農業科學,2003(5):60-63.
HE Cui-ping,WANG Hui-zhong.Effect of cadmium and lead on the roots metabolizm and chlorophyll of lawn plant[J].Hubei Agricultural Sciences,2003(5):60-63.
[36]陽繼輝,沈方科,曾芳,等.菜心耐Cd性的基因型差異及其機制研究[J].廣西農業生物科學,2007,26(4):322-325.
YANG Ji-hui,SHEN Fang-ke,ZENG Fang,et al.Genotypic variation of Cd-tolerance and corresponded mechanisms in Brassica parachinensis[J].Journal of Guangxi Agricultural and Biological Science,2007,26(4):322-325.
[37]王鳳花,任超,李新燕,等.三種肥料對鎘污染土壤中小白菜吸收鎘的影響[J].中國土壤與肥料,2016(1):124-128.
WANG Feng-hua,REN Chao,LI Xin-yan,et al.Effects of three fertilizers on Cd uptake by pakchoi in Cd-contaminated soil[J].Soil and Fertilizer in China,2016(1):124-128.
[38]王艷紅,艾紹英,唐明燈,等.硅素調理劑在鎘超標菜地中的應用效果[J].中國農業科學,2012,45(16):3310-3317.
WANG Yan-hong,AI Shao-ying,TANG Ming-deng,et al.Effect of application of silicon amendment on Cd over-standard soils of vegetable fields[J].Scientia Agricultura Sinica,2012,45(16):3310-3317.
[39]Guo J H,Liu X J,Zhang Y,et al.Significant acidification in major Chinese croplands[J].Science,2010,327(5968):1008-1010.
[40]趙晶,馮文強,秦魚生,等.不同氮磷鉀肥對土壤pH和鎘有效性的影響[J].土壤學報,2010(5):953-961.
ZHAO Jing,FENG Wen-qiang,QIN Yu-sheng,et al.Effects of application of nitrogen,phosphorus and potassium fertilizers on soil pH and cadmium availability[J].Acta Pedologica Sinica,2010(5):953-961.
[41]Clemens S.Toxic metal accumulation,responses to exposure and mechanisms of tolerance in plants[J].Biochimie,2006,88(11):1707-1719.
[42]黃志亮.鎘低積累蔬菜品種篩選及其鎘積累與生理生化特性研究[D].武漢:華中農業大學,2012.
HUANG Zhi-liang.Screening of low accumulation vegetable cultivars and research on it’s properties of Cd-accumulation and physiology[D]. Wuhan:Huazhong Agricultural University,2012.
[43]Hart J J,Welch R M,Norvell W A,et al.Characterization of cadmium binding,uptake,and translocation in intact seedlings of bread and durum wheat cultivars[J].Plant Physiology,1998,116(4):1413-1420.
[44]Wang X,Liu Y,Zeng G,et al.Subcellular distribution and chemical forms of cadmium in Bechmeria nivea(L.)Gaud[J].Environmental and Experimental Botany,2008,62(3):389-395.
Effects of different fertilizers on two genotype Chinese Flowing Cabbage in Cd contaminated soil
XU Yang-gui,LI Qi,LIU Hui,LI Jing,LI Hua-shou*
(Key Laboratory of Agro-Environment in the Tropics,Ministry of Agriculture,P.R.China,South China Agricultural University;Guangdong Engineering Research Center for Modern Eco-agriculture and Circular Agriculture;Key Laboratory of Agroecology and Rural Environment of Guangdong Regular Higher Education Institutions,Guangzhou 510642,China)
A pot experiment was conducted to investigate the effects of different fertilizers on the growth,cadmium(Cd)accumulation and distribution in Chinese Flowing Cabbage(Brassica campestris L.ssp.chinensis var.utilis)Cultivar Youlv-80d-choy sum(Y80)and Teqing-60d-choy sum(T60)cultivated in Cd contaminated soil.Result showed that the increase of soil Cd content raised the concentration of Cd in rhizosphere soil,root,stem and leaf of the two cultivars.With the increase of soil Cd,the plant growth were also further inhibited. However,the biomass of Cultivar Y80 was significantly greater than that of T60.Under different fertilizer treatment,the range of Cd absorption in the edible part of these two cultivars from low to high was:chicken manure fertilizer>silicon magnesium fertilizer>bio-chicken manure fertilizer>compound fertilizer.The concentration of Cd in edible part was the lowest in the treatment of chicken manure fertilizer and then the second lowest was in treatment of silicon magnesium fertilizer.They both significantly lower than that in treatment of compound fertilizer.The concentration of Cd in stem and leaf was 46.19%lower in Cultivar Y80 than in Cultivar T60 on average.In chicken manure fertilizer treatments,the Cd content in stem and leaf was even 56.05%lower in Cultivar Y80 than in Cultivar T60.The biomass yields of Y80were 33.53%~61.49%more than Cultivar T60.In chicken manure fertilizer treatments,the enrichment rates were from 0.77 to 1.1 for Y80 and from 2.07 to 2.26 for T60 and the transfer rate of Cd were from 0.96 to 1.24 for Y80 and from 1.99 to 2.89 for T60 in the treatments of chicken manure fertilizer.So the Cultivar Y80 is more suitable than Cultivar T60 for production in Cd contaminated soil.Chicken manure fertilizer is important to control the vegetable contamination for these two cultivars in Cd contaminated soil.
chicken manure fertilizer;silicon magnesium fertilizer;bio-chicken manure fertilizer;Cultivars of Brassica campestris L.Ssp.chinensis var.utilis Tsen et Lee;Cd contaminated
X171.5
A
1672-2043(2016)11-2059-08
10.11654/jaes.2016-0623
2016-05-05
國家高技術研究發展(863)計劃項目(2013AA102402);廣東省科技計劃項目(2013B020303001,2014A030304036,2015B090903077);廣東省教育廳科研項目(2013CXZDA007)
許楊貴(1988—),男,博士研究生。E-mail:781385157@qq.com
*通信作者:黎華壽(1964—),教授,博士,博士生導師;研究方向:污染生態學。E-mail:lihuashou@scau.edu.cn
許楊貴,李琦,劉暉,等.不同肥料對鎘污染土壤中兩種菜心生長與Cd吸收的影響[J].農業環境科學學報,2016,35(11):2059-2066.
XU Yang-gui,LI Qi,LIU Hui,et al.Effects of different fertilizers on two genotype Chinese Flowing Cabbage in Cd contaminated soil[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35(11):2059-2066.