鉀肥對鎘污染土壤白菜生長和鎘含量的影響

徐丹，陳怡，王小晶，樊馳，王麗，何慧明，王正銀

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶，400716）

中國不少地區(qū)存在不同程度的鎘污染問題[1，2]，其中，南方地區(qū)菜園土壤酸化日趨嚴(yán)重，重金屬溶出率增強(qiáng)[3]，鎘污染突出。據(jù)研究，農(nóng)作物中以蔬菜對鎘的平均富集能力最強(qiáng)，尤其是葉菜類蔬菜[4，5]。土壤鎘脅迫下蔬菜生長會(huì)受到一定程度的抑制[6，7]，蔬菜產(chǎn)量及品質(zhì)下降，蔬菜吸收的鎘進(jìn)入人體后會(huì)威脅人體健康，因此，鎘污染問題備受關(guān)注。在治理農(nóng)田鎘污染措施中，農(nóng)藝措施（如施肥等）因其成本低、易操作、效果穩(wěn)定、副作用小而被廣泛應(yīng)用[8]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者研究了不同形態(tài)肥料及肥料中陰、陽離子對鎘的影響。陳蘇等[9]認(rèn)為施用鉀肥能緩解鎘對小麥的毒害作用，降低鎘的生物有效性；趙晶等[10]研究發(fā)現(xiàn)施用鉀肥會(huì)影響土壤鎘的生物有效性。農(nóng)業(yè)上施用的鉀肥種類多，但缺乏鉀對酸性菜園土壤中鎘的生物有效性、蔬菜生長和鎘吸收的影響。為此，以富集重金屬能力較強(qiáng)的葉類蔬菜為對象，研究了不同鉀肥對鎘污染土壤白菜生長、產(chǎn)量和鎘含量的影響，旨在優(yōu)選出能增加鎘污染酸性紫色土壤上白菜產(chǎn)量的鉀肥品種及其適宜用量，為葉類蔬菜安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤為采自重慶北碚未受污染的酸性紫色菜園土，pH值5.5，有機(jī)質(zhì)15.9 g/kg，全氮1.0 g/kg，堿解氮91.4 mg/kg，全磷 0.3 g/kg，有效磷 14.1 mg/kg，全鉀21.7 g/kg，速效鉀92.6 mg/kg。白菜品種為早熟5號(hào)。 供試氮肥為尿素（N，46%），鉀肥為KCl（分析純）、K2SO4（分析純），KNO3（分析純）、K2CO3（分析純）、KH2PO4（分析純）、腐殖酸鉀（K2O，9%），磷肥為NH4H2PO4（分析純，氮素計(jì)入施氮量；P2O5，62%），重金屬加入物為 Cd（NO3）2（分析純，氮素計(jì)入施氮量）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)單一鎘污染水平，每1 kg土壤含鎘3 mg（以純鎘計(jì)），6種鉀肥均設(shè)3個(gè)濃度：每1 kg土壤中含鉀肥 0，200，400 mg（以 K2O 計(jì)），共 13 個(gè)處理 。 各 處 理均 施 用 氮 （N）200 mg/kg 和 磷 （P2O5）80 mg/kg，試驗(yàn)重復(fù)5次，隨機(jī)排列。

1.3 試驗(yàn)實(shí)施

采用溫室土壤盆栽試驗(yàn)方法，于2010年10月至2011年1月在西南大學(xué)1號(hào)玻璃溫室中進(jìn)行。稱取過2 mm篩的風(fēng)干土2.5 kg裝入17 cm×25 cm的塑料盆缽中，按設(shè)計(jì)要求均勻加入 Cd（NO3）2，調(diào)節(jié)土壤含水量為田間持水量的60%，陳化20 d，然后將供試鉀肥和磷肥作底肥一次性施用，充分混勻。施入底肥后，在土壤達(dá)到田間持水量60%條件下平衡2 d后播種，出苗后逐次間苗，到三葉期時(shí)每盆定苗2株。在白菜出苗后20，40，56 d追施氮肥 （比例分別為30%，30%，40%）。 播種30 d、60 d時(shí)分別記錄白菜葉長、葉寬。生長70 d后收獲植株的地上部及地下部分，先用自來水將樣品上的泥土洗凈，再用去離子水洗凈，用濾紙蘸干，記錄白菜地上及地下部分的鮮質(zhì)量。將植物地上部樣品置于95℃的通風(fēng)烘箱中殺酶10 min，然后在70℃下烘干、磨細(xì)、過0.25 mm尼龍篩，供重金屬鎘的測定。

1.4 分析方法

土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法、速效磷含量采用NaHCO3法、速效鉀含量采用NH4Ac浸提—火焰光度法測定[11]；白菜鎘含量采用 HNO3∶HClO4=4∶1（V∶V）消解—原子吸收分光光度計(jì)法測定[12]；數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件和Excel 2003統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉀肥對鎘污染土壤白菜長勢的影響

鎘污染條件下，不同鉀肥處理白菜30 d的長勢區(qū)別明顯，表現(xiàn)在葉長和葉寬的差異上 （圖1）。低鉀處理（施肥量200 mg/kg）下，與對照相比，除了K2CO3和KH2PO4處理外，其他處理均能增加白菜葉長，其中KNO3的效果最明顯。高鉀處理（施肥量400 mg/kg）下，與對照相比，增施鉀肥均能增加白菜葉長，其中K2SO4的效果最顯著。增施鉀肥對白菜葉寬的影響與白菜葉長完全一致。由此可見，在鎘污染土壤上增施鉀肥同時(shí)影響白菜的葉長和葉寬，從而影響白菜的產(chǎn)量。

圖2顯示，白菜生長60 d左右，不同鉀肥處理間長勢差異依然顯著。低鉀處理下，白菜長勢與生長30 d時(shí)有所變化，除K2CO3和KCl處理外，其他處理均能增加白菜葉長，施用K2SO4白菜長勢最好，施腐殖酸鉀和KH2PO4顯著促進(jìn)了白菜生長。高鉀處理下，除K2CO3處理外，其他處理均增加了白菜葉長，施用K2SO4白菜葉長最長。增施鉀肥，白菜葉寬與葉長變化基本一致，表明鎘脅迫下增施鉀肥影響白菜的葉長葉寬，促進(jìn)了白菜的生長，最終有利于提高產(chǎn)量。

圖1 30 d時(shí)不同鉀肥種類和用量對白菜長勢的影響

2.2 鉀肥對鎘污染土壤白菜產(chǎn)量的影響

鎘脅迫對白菜的毒害作用非常明顯，表1顯示，與對照相比，低鉀處理能提高鎘污染土壤白菜產(chǎn)量，其中施用K2SO4、KNO3、KCl和腐殖酸鉀肥對白菜的增產(chǎn)效果顯著，增幅分別為36.4%，31.8%，28.1%，22.2%。施用K2CO3也能提高白菜產(chǎn)量，而施用KH2PO4白菜產(chǎn)量略有下降。高鉀處理時(shí)，除KH2PO4處理外，施用鉀肥均顯著提高了鎘污染土壤白菜產(chǎn)量（表1），其中施用K2SO4的增產(chǎn)幅度最高，達(dá)69.2%。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上鎘污染土壤適宜施用K2SO4肥。

從白菜地下部分質(zhì)量來看，低鉀處理下，施用KCl、K2SO4、KNO3顯著促進(jìn)了地下部分的生長，施用K2CO3對白菜根系的生長沒有顯著影響，施用KH2PO4、腐殖酸鉀顯著降低了白菜地下部分的質(zhì)量。高鉀處理下，各種鉀肥處理根系變化趨勢與低鉀處理下基本一致。

圖2 60 d時(shí)不同鉀肥種類和用量對白菜長勢的影響

2.3 鉀肥對鎘污染土壤白菜鎘含量的影響

表2可知，與對照相比，施用鉀肥顯著降低了鎘污染土壤白菜的鎘含量，降幅為8.6%～36.9%。低鉀處理中，以K2CO3的效果最明顯，降幅達(dá)到29.7%。高量鉀肥處理下，相同鉀肥種類降低白菜中鎘含量的效果比低量鉀肥處理明顯，高鉀處理均能降低白菜鎘含量，降低幅度為14.8%～36.9%，其中以腐殖酸鉀效果最明顯，降幅達(dá)36.9%。試驗(yàn)結(jié)果表明，鎘污染土壤上施用不同種類和用量的鉀肥對降低白菜中鎘含量有一定的效果，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以采用施用鉀肥來提高白菜的安全品質(zhì)。

3 結(jié)論

①鎘污染土壤上，施用鉀肥能緩解重金屬鎘對白菜的脅迫作用，維持和改善白菜的生長狀況。一定程度下，鉀肥的施用量越高，白菜長勢越好。

表1 不同鉀肥處理白菜的產(chǎn)量

表2 不同鉀肥處理白菜鎘含量

②低鉀處理（200 mg/kg）能提高鎘污染土壤上白菜地上部分的生物量，K2SO4、KNO3、KCl、腐殖酸鉀肥均能顯著促進(jìn)白菜生長，提高生物量，其中以硫酸鉀對白菜產(chǎn)量的增加最大。 高鉀處理（400 mg/kg）下，K2SO4和KNO3對白菜的生長依然有顯著的促進(jìn)作用，由此可見，在鎘污染土壤上應(yīng)適當(dāng)增加鉀肥用量。

③在鎘污染土壤上施用鉀肥均能降低白菜鎘含量，低鉀處理下K2CO3的降低效果最好，高鉀處理下以腐殖酸鉀和K2SO4降低效果最優(yōu)。施用鉀肥能緩解鎘對白菜的毒害，減少白菜對鎘的吸收，提高白菜的安全品質(zhì)。

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