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(xué)農(nóng)學(xué)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(xué)農(nóng)學(xué)院，廣西南寧 530004）

采用正交設(shè)計，通過土培盆栽試驗研究了常規(guī)（常灌）和根區(qū)局部交替灌水（交灌，水量為常規(guī)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(chǎn)量、鎘吸收和土壤微生物量碳的影響。結(jié)果表明，提高氮素供應(yīng)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(jìn)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(xiàn)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(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，57（7）：1082-1084.

土壤重金屬污染問題嚴(yán)重威脅土壤質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品安全以及人體健康，現(xiàn)已受到普遍關(guān)注。其中，土壤鎘污染對葉菜類蔬菜的品質(zhì)影響最大［1-4］。當(dāng)土壤鎘含量達(dá)到1 mg·kg-1時，已很難生產(chǎn)出鎘含量符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的葉菜產(chǎn)品［4-5］。微生物是對土壤質(zhì)量變化最敏感的指標(biāo)［6］，也被視作評價土壤肥力的重要生物學(xué)指標(biāo)［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(jìn)而影響土壤鎘的生物有效性［8］，不少學(xué)者對水肥互作條件下土壤鎘的生物有效性進(jìn)行了研究，但研究結(jié)果不盡一致［9］。

根系分區(qū)交替灌溉是近年來針對世界范圍內(nèi)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(jié)水灌溉技術(shù)［10］。目前，關(guān)于根系分區(qū)交替灌溉和局部灌溉條件下水肥供應(yīng)對作物生長生理特性及產(chǎn)量與品質(zhì)的研究已有不少的報道［11-12］，有關(guān)氮、鎘互作的研究也有不少報道［9］，但水、氮、鎘互作或關(guān)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(qū)局部交替灌水方式與氮、鎘交互條件下，小白菜產(chǎn)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(chǎn)的影響，為相關(guān)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(xué)農(nóng)學(xué)院教學(xué)實(shí)習(xí)基地，母質(zhì)為第四紀(jì)紅土，基本理化性狀為pH值7.0，有機(jī)質(zhì)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(bǔ)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(shè)計

試驗采用土培盆栽方法，應(yīng)用正交表L8（27）進(jìn)行3因素2水平試驗方案設(shè)計。三因素分別為水、肥、鎘，水設(shè)置常規(guī)灌水（常灌）和根區(qū)局部交替灌水（交灌）2種方式，其中，交灌水量僅為常規(guī)灌水的70%；氮肥設(shè)置2水平，分別為0.30和0.15 g·kg-1土；外源添加鎘設(shè)置2水平，分別為3、1 mg·kg-1土。同時，設(shè)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(tǒng)一設(shè)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(fù)3次，共30盆，每盆裝土10 kg。采用根區(qū)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(wǎng)纏繞［11］。試驗在玻璃溫室內(nèi)進(jìn)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(shí)驗室內(nèi)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(shù)據(jù)處理及統(tǒng)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(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2　結(jié)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(guī)灌溉方式調(diào)整為根區(qū)局部交替灌水，小白菜地上部生物量顯著增加，增幅達(dá)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(dāng)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(qū)交替灌溉是一種新型節(jié)水灌溉方法［11］，農(nóng)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(fā)現(xiàn)，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(jié)果相似。但在本研究中，這一增產(chǎn)效應(yīng)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(dá)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(fù)雜性。

一般來說，低濃度的鎘對作物生長有一定的促進(jìn)作用，而高濃度的鎘則會抑制植物生長［13-14］。本研究結(jié)果表明，當(dāng)外源分別添加1、3 mg·kg-1的鎘時，增加氮素供應(yīng)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(guān)。

Cd在小白菜地上部的累積量與外源Cd處理濃度正相關(guān)［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(yīng)有關(guān)［9，13-14］。

微生物生物量的變化，影響到土壤養(yǎng)分循環(huán)和養(yǎng)分有效性，可作為評價土壤肥力的生物學(xué)指標(biāo)之一。一般來說，高濃度鎘明顯抑制微生物活性［6］。根區(qū)局部灌溉能創(chuàng)造良好的土壤生物環(huán)境，促進(jìn)微生物的代謝和繁殖，從而提高土壤中微生物的數(shù)量，節(jié)約灌水量和提高水分利用效率［15］。本研究結(jié)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(guān)。取樣時正值夏天，溫室氣溫較高，水分蒸發(fā)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(xié)調(diào)有關(guān)。

［1］ 趙美萍，邵敏.環(huán)境化學(xué)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2005.

［2］ JARüP L，HELLSTRL，ALFVT，et al.Low leve1 exposure to cadmium and early kidney damage：the OSCAR study［J］.Occupational & Environmental Medicine，2000，57（10）：668-672.

［3］ OLSSON IM，ERIKSSON J，BORN I，et al.Cadm ium in food production systems：A health risk for sensitive popu1ation groups［J］.Ambio，2005，34（4/5）：344-351.

［4］ 丁愛芳，潘根興.南京城郊零散菜地土壤與蔬菜重金屬含量及健康風(fēng)險分析［J］.生態(tài)環(huán)境，2003，12（4）：409-411.

［5］ 夏立江，王宏康.土壤污染及其防治［M］.上海：華東理工大學(xué)出版社，2001.

［6］ ROANE T M，PEPPER I L.Microbial responses to environmentally toxic cadmium［J］.MicrobialEcology，1999，38（4）：358-364.

［7］ 臧逸飛，郝明德，張麗瓊，等.26年長期施肥對土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影響［J］.生態(tài)學(xué)報，2015，35（5）：1445-1451.

［8］ LANDBERG T，GREGER M.Influence of N and N supplementation on Cd accumu1ation in wheat grain［C］. Uppsala：7 th International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements，2003：90-91.

［9］ 李艷梅，劉小林，袁霞，等.鎘氮交互作用對小白菜生長及其體內(nèi)鎘累積的影響［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2008，26（6）：110-113.

［10］ 康紹忠，張建華，梁宗鎖，等.控制性交替灌溉：一種新的農(nóng)田節(jié)水調(diào)控思路［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1997，15（1）：1-6.

［11］ 周振江，牛曉麗，李瑞，等.根系分區(qū)交替灌溉條件下水肥供應(yīng)對番茄果實(shí)硝酸鹽含量的影響［J］.生態(tài)學(xué)報，2013，33（7）：2139-2146.

［12］ 農(nóng)夢玲，李伏生，劉水.根區(qū)局部灌溉和氮、鉀水平對玉米干物質(zhì)積累和水肥利用的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2010，16（6）：1539-1545.

［13］ 薛瑞玲，黃懿梅，麥詩荃.施肥對Cd脅迫下小白菜生理生化特性和生物累積的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010，29（增進(jìn)）：20-25.

［14］ 郭利敏，艾紹英，唐明燈，等.不同改良劑對鎘污染土壤中小白菜吸收鎘的影響［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，18（3）：654-658.

［15］ 余江敏，李伏生，韋彩會，等.根區(qū)局部灌溉對有機(jī)無機(jī)肥配施土壤微生物和玉米水分利用的影響［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2008，26（6）：63-69.

（責(zé)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(xué)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(huán)境微生物及環(huán)境生態(tài)，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(nóng)業(yè)資源與環(huán)境科學(xué)，E-mai1：xhw fd@gxu.edu.cn。