氮鎘交互作用下石灰對白菜的影響

李素霞+莫小榮+覃雪梅+張繼紅

摘要：對湖北省武漢市城郊黃陂熟地蔬菜基地典型潮土進行盆栽模擬試驗，研究氮鎘交互作用下1 kg土分別施入石灰1、2、4 g對白菜物理性狀、品質、土壤酶活性的影響。結果表明，石灰用量為1 g/kg土時，白菜株高、單株質量、根長、葉綠素含量、維生素C含量顯著高于不施石灰處理（對照）（P<0.05），白菜硝酸鹽、鎘含量顯著低于對照（P<0.05），土壤酸性磷酸酶、蛋白酶活性較明顯高于對照，對蔗糖酶活性的影響不明顯。白菜—土壤系統內氮鎘交互作用下施入石灰，能有效降低白菜鎘與硝酸鹽的累積量，改善白菜品質，有效提高部分土壤酶的活性。

關鍵詞：鎘；氮；石灰；白菜；物理性狀；品質；酶；累積量；交互作用

中圖分類號： S634.301文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）10-0103-03

隨著現代工農業的發展，“三廢”排放及大量施用化肥農藥導致城郊菜地污染日趨嚴重。鎘是被公認的農田主要重金屬污染物質之一，同時，隨著化肥的施用，菜地土壤普遍呈現氮素的富營養化。菜地土壤—蔬菜系統氮鎘復合污染在前期研究中的成果較為顯著，植物修復、雙氰胺修復、有機質修復等對土壤均有一定的效果[1-3]，但也存在一些不足。石灰具有成本低廉、操作簡單等特點，石灰對單一重金屬污染土壤的修復尤其是對鎘的修復效果較為顯著，受到越來越多研究者的關注[4]，石灰對復合重金屬污染土壤的修復研究相對較多[5-9]，但石灰對重金屬與氮交互作用的修復還很鮮見。本試驗通過研究石灰對湖北省武漢市城郊土壤氮鎘交互作用的修復效果，為石灰在重金屬與富營養化因子復合污染治理的應用提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

上海青白菜于2013年5月22日上午植入盆中，生長期為5月22日至6月21日，6月21日收獲。試驗盆栽土壤取自武漢城郊黃陂熟地蔬菜基地，為潮土，pH值為7.34，有機質含量為23.26 g/kg，速效磷、堿解氮、有效鎘含量分別為 25.15、90.0、0.27 mg/kg，黏粒質地52.5%。石灰為分析純，含Ca（OH）2 95.52%，氨水沉淀物0.27%，全鎘未檢出。

1.2試驗設計

土壤風干，過5 mm篩；按1 kg土分別添加石灰0、1、2、4 g/kg 與土進行混合，并分別以CK、處理1、處理2、處理3表示；裝盆，每盆5 kg混合土，重復3次；蒸餾水澆灌，使其達到田間持水量的60%～70%；平衡培養1周，各處理的pH值分別為7.33、7.76、7.83、8.38，每盆播種15粒；待幼苗穩定，定植8株/盆。在土與石灰混合的同時，一次性施入底肥，即施入P2O5 0.2 g/kg、K2O 0.3 g/kg、N 0.2 g/kg（以純氮計，尿素為氮源）、Cd 2.0 mg/kg（以純鎘計，以3CdSO4·8H2O為鎘源）。

1.3測定內容和方法

白菜收獲前，準確量取根部到最長葉尖的距離，即為株高，每個植株取2～3張葉片用儀器直接測定葉綠素含量；白菜收獲后，稱取其鮮質量，取平均值。參照鮑士旦等的方法[10-14]，分別測定白菜維生素C、可溶性糖、硝酸鹽、鎘含量，土壤硝酸鹽、鎘含量及土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶、蛋白酶的活性。

1.4數據處理

采用Excel 2013、DPS軟件對數據進行統計分析，采用Duncans極差法進行多重比較。

2結果與分析

[HTK]2.1氮鎘交互作用下施用不同濃度石灰對白菜物理性質的影響[HT]

由表1可見，氮鎘交互作用下施用不同濃度石灰，白菜株高、單株質量、根質量、根長、葉面積均受到不同程度的影響。處理1白菜的株高、單株質量、根長顯著高于對照（P<005），分別比對照高5.72%、16.95%、19.26%；處理2、處理3白菜的株高、根長、葉面積與對照相比差異不顯著，單株質量顯著低于對照（P<0.05），分別比對照低16.17%、30.33%；處理1、處理2白菜的根質量與對照相比差異不顯著（P>0.05），處理3顯著低于對照（P<0.05）；處理1白菜的葉面積相對最大，為47.38 cm2，與對照相比差異不顯著（P>005），處理2與處理3白菜的葉面積差異不顯著（P>0.05）。[JP]

[HTK]2.2氮鎘交互作用下施用不同濃度石灰對白菜品質的影響[HT]

由表2可知，氮鎘交互作用下施用不同濃度的石灰，白菜葉綠素、維生素C含量分別比對照顯著提高48.37%、6373%、7.19%和40.26%、19.91%、37.96%（P<0.05）；但白菜硝酸鹽含量多有不同程度的下降，處理1、處理2的白菜硝酸鹽含量分別比對照顯著低 16.89%、26.18%（P<0.05），處理3稍有降低（0.81%），差異不顯著；處理1的白菜鎘含量比2.3氮鎘交互作用下施用不同濃度石灰對土壤鎘、硝酸鹽含量的影響[HT]

由圖1可知，氮鎘交互作用下施用不同濃度石灰對土壤有效鎘的轉化有不同程度的影響。與對照相比，處理1土壤有效鎘的含量稍有下降，處理2、處理3土壤有效鎘的含量均明顯提高。由圖2可知，氮鎘交互作用下施用不同濃度石灰對土壤硝酸鹽的轉化有較為明顯的影響。處理1、處理3明顯低于對照 37.86%、66.37%，處理2明顯高于對照3862%。由圖1、圖2、表2可知，氮鎘交互作用下，土壤有效鎘與白菜鎘的累積有一定的正相關性，土壤硝酸鹽與白菜硝酸鹽積累不具有明顯的相關關系。

[HTK]2.4氮鎘交互作用下施用不同濃度石灰對白菜地土壤酶活性的影響[HT]

2.4.1酸性磷酸酶磷酸酶是表征土壤生物活性的重要酶，在土壤磷素循環中起重要作用，可以表征土壤磷素有效化的強度。由圖3可知，氮鎘交互作用下施用不同濃度石灰能不同程度提高土壤酸性磷酸酶的活性，與對照相比，分別提高24.33%、14.16%、19.25%，但處理間差異不明顯。

2.4.2蔗糖酶蔗糖酶活性反映土壤有機碳累積與分解轉化的規律，一般情況下土壤肥力越高，蔗糖酶活性越強，可用來表征土壤生物學活性強度和土壤肥力。由圖4可知，氮鎘交互作用下施用不同濃度石灰對土壤蔗糖酶活性有不同程度的影響，處理1、處理2土壤蔗糖酶活性與對照相比差異不明顯，處理3明顯低于對照，土壤蔗糖酶活性比對照低 17.89%。

2.4.3蛋白酶蛋白酶是催化有機態氮分解為無機態氮的酶類，活性越高，說明土壤可利用態氮越豐富。由圖5可知，氮鎘交互作用下施用不同濃度石灰能明顯提高土壤蛋白酶活性，分別比對照高25.29%、32.02%、16.15%。

3結論與討論

本試驗結果表明，氮鎘交互作用下，每1 kg土分別施用1、2、4 g的石灰，對白菜株高、單株質量、根質量、根長、葉面積等物理指標有不同程度影響，1 kg土中施入1 g石灰，白菜株高、單株質量、根長、葉綠素含量、維生素C含量顯著高于不施石灰處理（對照），白菜硝酸鹽、鎘含量顯著低于對照。

土壤中的酶是最活躍的有機成分之一，驅動著土壤的代謝過程，對土壤中養分循環、污染物質的凈化具有重要的作用[15-17]，土壤酶活性反映土壤理化性質、重金屬濃度。試驗表明，1 kg土分別施用1、2、4 g的石灰，土壤酸性磷酸酶、蛋白酶活性較對照有明顯的提高，低濃度石灰對蔗糖酶活性的影響不明顯，高濃度（4 g/kg）石灰抑制土壤蔗糖酶的活性。

土壤中增施石灰，土壤pH值上升，土壤交換性酸和交換性鋁的含量降低，從而有效緩解鋁和其他重金屬的毒害，陽離子的交換量增加，同時補充鈣、鎂等營養元素以實現對土壤的改良[18-19]。在不同pH值條件下，鎘與氫氧根離子形成絡合離子或沉淀，或與碳酸氫根離子生成碳酸氫根沉淀。當pH值為8～9時，可生成[Cd（OH）]+絡離子；當pH值為9～10時，可生成Cd（OH）2沉淀；當pH值在11以上時，則生成 [Cd（OH）3]+ 絡離子。在鎘污染土壤上施入石灰和鈣鎂磷肥可減少鎘的溶解度，Cd-CaO-P2O5體系比Cd-CaO體內更能減少鎘的溶解，Ca2+、Mg2+會與鎘產生共沉淀作用。

本研究有氮素復合作用，使用不同濃度的石灰對土壤鎘有一定的修復效果，且對白菜體內硝酸鹽的累積也有一定的緩解作用，相關機理有待進一步研究。

參考文獻：

[1]李素霞，熊亭. 不同糞肥對小白菜地氮鎘交互作用的影響[J]. 北方園藝，2015，39（3）：155-159.

[2]李素霞，劉云霞，韋司棋. 莧菜-小白菜混作對小白菜鎘與硝酸鹽復合污染的影響[J]. 湖北農業科學，2015，54（20）：5073-5076.

[3]李素霞，吳龍華. 雙氰胺對鎘污染下尿素轉化及小白菜的影響[J]. 欽州學院學報，2016，31（1）：29-33，38.

[4]陳遠其，張煜，陳國梁. 石灰對土壤重金屬污染修復研究進展[J]. 生態環境學報，2016，25（8）：1419-1424.

[5]Woldetsadik D，Drechsel P，Keraita B，et al. Effects of biochar and alkaline amendments on cadmium immobilization，selected nutrient and cadmium concentrations of lettuce （Lactuca sativa） in two contrasting soils[J]. SpringerPlus，2016，5（1）：397.[HJ1.7mm]

[6]Tan W，Li Z，Qiu J，et al. Lime and phosphate could reduce cadmium uptake by five vegetables commonly grown in South China[J]. Pedosphere，2011，21（2）：223-229.

[7]高譯丹，梁成華，裴中健，等. 施用生物炭和石灰對土壤鎘形態轉化的影響[J]. 水土保持學報，2014，28（2）：258-261.

[8]劉昭兵，紀雄輝，田發祥，等. 石灰氮對鎘污染土壤中鎘生物有效性的影響[J]. 生態環境學報，2011，20（10）：1513-1517.

[9]曹心德，魏曉欣，代革聯，等. 土壤重金屬復合污染及其化學鈍化修復技術研究進展[J]. 環境工程學報，2011，5（7）：1441-1453.

[10]鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 3版. 北京：中國農業出版社，2000.

[11]王學奎. 植物生理生化實驗原理與技術[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[12]李阜棣，喻子牛，何紹江. 農業微生物學實驗技術[M]. 北京：中國農業出版社，1996.

[13]食品安全國家標準 食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定：GB/T 5009.33—2010[S]. 北京：中國標準出版社，2010.

[14]食品安全國家標準 食品中鎘的測定：GB/T 5009.15—2014[S]. 北京：中國標準出版社，2015.

[15]褚海燕，朱建國，謝祖彬，等. 鑭對紅壤轉化酶、過氧化氫酶和脫氫酶活性的影響[J]. 中國環境科學，2001，21（1）：77-80.

[16]方凱凱，賈曼莉，杜毅飛，等. 生草栽培下果園土壤酶活性與肥力因子的關系[J]. 江蘇農業科學，2016，44（8）：461-466.

[17]趙英男，李博文，馬理，等. 大棚蘿卜菜田土壤理化性質及相關酶活性特征[J]. 江蘇農業科學，2016，44（9）：486-491.

[18]Hong C O，Gutierrez J，Yun S W，et al. Heavy metal contamination of arable soil and corn plant in the vicinity of a zinc smelting factory and stabilization by liming[J]. Archives of Environmental Contamination and Toxicology，2009，56（2）：190-200.

[19]崔紅標，范玉超，周靜，等. 改良劑對土壤銅鎘有效性和微生物群落結構的影響[J]. 中國環境科學，2016，36（1）：197-205.[JP]