土壤及肥料類型對蔬菜重金屬累積的影響

高麗 楊欣悅 趙家印 席運官

摘要 為探索不同重金屬含量的土壤和不同施肥對不同蔬菜重金屬累積的影響，開展了銅鎘超標(biāo)的昆明市周邊蔬菜地土壤和不超標(biāo)的南京市周邊蔬菜地土壤，在施用有機肥和化肥的情況下，辣椒、番茄、菜薹、芥藍(lán)的可食部分對銅鎘累積的盆栽試驗。結(jié)果表明，銅作為作物的必需營養(yǎng)元素，在一定范圍內(nèi)，土壤銅的含量不會顯著影響番茄、菜薹、芥藍(lán)對銅的累積，相比化肥，有機肥的施用能夠促進番茄、辣椒對銅的累積（分別高54.0%、45.9%），但降低菜薹、芥藍(lán)對銅的累積;鎘是作物的有害元素，在化肥施用條件下，菜薹、芥藍(lán)、辣椒、番茄Cd累積都是重金屬超標(biāo)土壤顯著高于非超標(biāo)土壤（分別提高50.1%、51.3%、155.0%和11.1%），葉菜的累積高于茄果類，相比化肥，重金屬超標(biāo)土壤中有機肥的施用可抑制菜薹和辣椒對Cd的吸收與累積（分別降低22.8%和34.9%）。

關(guān)鍵詞 蔬菜;土壤;施肥;重金屬累積;影響

中圖分類號 X503.231文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 0517-6611（2021）02-0059-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.018

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effects of Soil and Fertilizer Types on the Accumulation of Heavy Metals in Vegetables

GAO Li，YANG Xinyue，ZHAO Jiayin et al

（Nanjing Institute of Environmental Sciences， Ministry of Ecology and Environment， Nanjing， Jiangsu 210042）

Abstract In order to explore the effects of vegetable heavy metal accumulation in different heavy metal content soil and different fertilizer application， the pot experiment was carried out， which was taking the soil with cadmium and copper polluted from Kunming suburban area and the soil with no heavy metal pollution from Nanjiing suburban area to test and compare the cadmium and copper accumulation in the edible part of Capsicum annuum，Solanum lycopersicum，Brassica parachinensis and Brassica alboglabra in the condition of applying chemical fertilizer and organic fertilizer. The results showed that copper as the essential nutrient element for crop cant impact the accumulation of Solanum lycopersicum，Brassica parachinensis and Brassica alboglabra with a certain range and compared with chemical fertilizer， organic fertilizer could promote the accumulation of Solanum lycopersicum and Capsicum annuum （ increasing 54.0% and 45.9%），but decreased the accumulation of Brassica parachinensis and Brassica alboglabra.Cadmium as the harmful element to crop， the accumulation of Brassica parachinensis，Brassica alboglabra，Capsicum annuum and Solanum lycopersicum was higher in Kunming suburban soil （50.1%，51.3%，155.0%and 11.1% respectively） in the condition of chemical fertilizer， and the content of leaf vegetable was higher than solanum vegetable; compared with chemical fertilizer， organic fertilizer applying in Kunming suburban soil could restrain the accumulation of Brassica parachinensis and Capsicum annuum （ decreasing 22.8% and 34.9%）.

Key words Vegetable;Soil;Fertilization;Heavy metal accumulation;Effect

土壤重金屬污染和農(nóng)產(chǎn)品中重金屬超標(biāo)問題引起越來越多的關(guān)注[1-3]。土壤和肥料是影響蔬菜累積重金屬的關(guān)鍵因素[4-6]。同一土壤通過施用不同肥料、不同鈍化劑等對土壤和作物重金屬累積影響已經(jīng)有大量的研究[7-10]，但對重金屬超標(biāo)與不超標(biāo)的土壤，通過不同施肥，比較其對不同蔬菜重金屬累積影響的研究鮮見報道。為探索不同重金屬含量的土壤和不同施肥對不同蔬菜重金屬累積的影響，開展了該試驗研究，為認(rèn)識重金屬在作物中的累積行為和對土壤的修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

分別選擇南京市周邊無重金屬污染蔬菜地

土壤（簡稱NJ）和昆明市周邊銅鎘污染蔬菜地土壤（簡稱KM）作為供試土壤（采樣深度0～20 cm），土壤經(jīng)風(fēng)干、磨碎、過2 mm篩后備用。NJ基本理化性狀為pH 6.31、有機質(zhì)27.5 g/kg、全氮1.44 g/kg、速效磷118 mg/kg，土壤有效態(tài)Cu和Cd含量為4.44和0.08 mg/kg;KM基本理化性狀為pH 636、有機質(zhì)36.8 g/kg、全氮2.55 g/kg、速效磷96 mg/kg，土壤有效態(tài)Cu和Cd含量分別為9.69和0.30 mg/kg。NJ和KM土壤中重金屬含量如表1所示。

試驗用有機肥來自江陰聯(lián)合生物科技有限公司，試驗用化肥（尿素和磷酸二氫鉀）購于國藥集團化學(xué)試劑有限公司。供試?yán)苯罚–apsicum annuum L.）、番茄（Solanum lycopersicum）、菜薹（Brassica parachinensis L.H.Bailey）、芥藍(lán)（Brassica alboglabra L.H.Bailey）種子購自江蘇省儀征江揚生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司，蔬菜苗培育20 d后，選擇生長狀況相同、大小大致相等的苗用于盆栽。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)置16個處理組，每個處理3個重復(fù)，具體見表2。添加KM或NJ土壤到盆中（Φ=17 cm，H=12 cm，1.75 kg/盆），向盆中添加1%有機肥或等量NPK用量化肥作為基肥，混勻，平衡14 d。2018年3月18日，將培育20 d 后的作物幼苗移栽到盆中（2株/盆），置于溫室（溫室環(huán)境：自然光照，環(huán)境溫度：20～35 ℃），定期記錄植株長勢，根據(jù)盆中缺水情況，灌溉自來水。移栽7 d后，為保證土壤養(yǎng)分供應(yīng)充足，盆中僅保留生長狀況較好的植株一棵。

1.3 樣品采集及分析

蔬菜收獲時，將其可食部分采摘（番茄果實、辣椒果實、菜薹莖葉、芥藍(lán)莖葉）并用干凈的濕布擦拭掉泥土污垢，稱量其鮮重并記錄，將鮮樣在 105 ℃殺青1 h后，于60 ℃烘箱中烘至恒重后稱量其干重，然后磨碎過100目篩，備用。

蔬菜樣品采用硝酸-高氯酸法進行消解。稱樣前將蔬菜樣品粉末置于60 ℃烘箱中烘4 h，然后稱取1.000 g樣品，放入玻璃消化管中并編號，加入10 mL濃硝酸，與樣品進行冷消化反應(yīng)，隔夜取出將編號好的玻璃管放入石墨消解爐，調(diào)至120 ℃進行消解，2 h再調(diào)至 130 ℃繼續(xù)消解1 h后，取出稍加冷卻，加入9 mL 硝酸、1 mL高氯酸，然后放入石墨消解爐中150 ℃消解2 h，直至玻璃管中剩余1 mL左右溶液。將所有玻璃管取出冷卻，添加5 mL的鹽酸（2 mol/L），再將樣品定容至25 mL容量瓶中，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀檢測其重金屬含量（測試儀器為 Thermo Fisher 公司生產(chǎn)，型號為iCAP7000 Series）。

1.4 數(shù)據(jù)分析及處理

試驗數(shù)據(jù)用 Microsoft Excel 2007 軟件整理后制作成相關(guān)圖表，數(shù)據(jù)均為各處理數(shù)據(jù)的平均值。運用 SPSS 20.0 統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析，顯著性差異水平P取0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤對植物可食部分重金屬Cu和Cd含量的影響

土壤重金屬濃度是植物重金屬累積的重要影響因素，一般來說，土壤重金屬濃度越高，植物重金屬累積越高。從重金屬濃度高低不同的KM和NJ土壤對植物地上部Cu和Cd含量的影響（圖1）可以看出，無論是施用化肥還是施用有機肥，盡管KM土壤Cu的全態(tài)和有效態(tài)含量分別是NJ土壤的2.32 和2.18倍，但2種土壤栽培的蔬菜地上部分Cu含量均無顯著差異（除辣椒外）。化肥處理中，植物Cu含量從高到低依次為菜薹、辣椒、番茄、芥藍(lán)，有機肥處理中植物Cu含量從高到低依次為辣椒、菜薹、番茄、芥藍(lán)。上述結(jié)果表明，Cu作為植物的必需元素，土壤Cu含量在一定范圍內(nèi)不會影響多數(shù)蔬菜對Cu的吸收與積累。這與楊麗麗[12]的研究結(jié)果一致，即在0.3和250.0 μmol/L的Cu濃度脅迫下，甜菜葉部Cu含量無顯著差別。張敏[13]研究認(rèn)為在50～800 mg/kg的Cu污染土壤中，油菜地上部Cu含量無顯著差別，表明在一定范圍內(nèi)對油菜地上部Cu濃度起決定作用的并非土壤重金屬濃度。

施用化肥條件下，KM土壤菜薹、芥藍(lán)、辣椒、番茄可食部分Cd含量顯著高于NJ土壤，分別高50.1%、51.3%、1550%和11.1%。施用有機肥條件下，KM土壤菜薹、芥藍(lán)植物地上部Cd含量顯著高于NJ土壤，分別高13.4%和110.0%，但辣椒和番茄2種處理無顯著差異。以上結(jié)果表明，KM土壤Cd全態(tài)和有效態(tài)含量分別是NJ土壤的4.73和3.75倍，不管施用有機肥還是化肥，多數(shù)蔬菜的Cd累積都是顯著增加的，而且葉菜的累積高于茄果類。劉春梅等[14]研究表明，土壤Cd含量越高，水稻各器官中Cd的累積隨之增加。

2.2 肥料類型對植物可食部分重金屬Cu、Cd含量的影響

從圖2可以看出，相同土壤條件下，肥料類型對不同植物重金屬含量影響不同。對于NJ土壤來說，有機肥處理組番茄可食部分Cu含量顯著高于化肥處理組（高44.1%），而其他植物可食部分Cu含量無顯著差異。對于KM土壤來說，番茄和辣椒可食部分Cu含量有機肥處理組顯著高于化肥處理組（分別高54.0%和45.9%），與之相反，芥藍(lán)可食部分Cu含量有機肥處理組顯著低于化肥處理組（低29.0%），菜薹也是有機肥處理組低于化肥處理組（低8.51%），但無顯著差異。以上結(jié)果表明，有機肥既可能提高蔬菜對Cu的吸收，也可能降低植物地上部Cu含量。之前的研究也證明了這一現(xiàn)象。趙家印等[15]研究發(fā)現(xiàn)施用有機肥能夠降低生菜地上部Cu累積，而茹淑華等[16]連續(xù)7年施用高量豬糞有機肥后，小麥籽粒Cu含量提高27.18%～49.87%。

對于NJ土壤來說，有機肥和化肥處理組不同植物可食部分Cd含量均無顯著性差異。對于KM土壤來說，有機肥處理組菜薹和辣椒地上部Cd含量顯著低于化肥處理組（分別低22.8%和34.9%），而芥藍(lán)和番茄地上部Cd含量有機肥和化肥處理組無顯著性差異。上述結(jié)果表明，肥料類型對蔬菜重金屬累積的影響作用與蔬菜種類密切相關(guān)，有機肥可抑制一些蔬菜對Cd的吸收與累積。趙家印等[15]研究發(fā)現(xiàn)施用有機肥能夠降低生菜地上部Cd含量，周艷等[17]研究發(fā)現(xiàn)施用有機肥能夠降低水稻中Cd含量，其原因可能在于有機肥中富含腐殖酸等大分子絡(luò)合劑，可與Cd結(jié)合成穩(wěn)態(tài)化合物，降低其生物有效性，從而抑制了其在植物體內(nèi)的累積[18-20]。

3 結(jié)論

通過對NJ土壤及KM銅鎘超過篩查值的土壤施加有機肥和化肥栽培菜薹、芥藍(lán)、番茄、辣椒4種不同蔬菜的盆栽試驗，從蔬菜可食部分重金屬 Cu、Cd 的結(jié)果得出以下結(jié)論：

（1）Cu作為植物的必需營養(yǎng)元素，土壤Cu含量在一定范圍內(nèi)不會影響多數(shù)蔬菜對Cu的吸收與積累，施用有機肥可以促進茄果類蔬菜對Cu的吸收與累積，但抑制葉菜類蔬菜對Cu的吸收與累積。不同蔬菜由于對Cu的需求不同，吸收與積累的含量也不同。

（2）Cd是植物的有害元素，土壤Cd含量越高，蔬菜吸收與積累的量也隨之增加，葉菜比茄果類更易累積。因此，高Cd含量的土壤，如果進行修復(fù)，降低土壤Cd含量，則生產(chǎn)的蔬菜會更安全?；屎陀袡C肥對蔬菜Cd的吸收與累積的影響與蔬菜種類密切相關(guān)，有機肥可抑制一些蔬菜對Cd的吸收與累積。

（3）有機肥可以促進一些蔬菜對Cu的累積而抑制一些蔬菜對Cd的累積，其機理值得進一步的深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊霆，葉文玲，陳海燕，等.農(nóng)田土壤重金屬污染狀況及修復(fù)技術(shù)研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2013，22（10）：1727-1736.

[2] MOHAMED I，AHAMADOU B，LI M，et al.Fractionation of copper and cadmium and their binding with soil organic matter in a contaminated soil amended with organic materials[J].Journal of soils and sediments，2010，10（6）：973-982.

[3] 徐明崗，劉平，宋正國，等.施肥對污染土壤中重金屬行為影響的研究進展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，25（Z1）：328-333.

[4] 孫海，張亞玉，孫長偉，等.不同肥料對栽參土壤中Cr、Cu、Pb和Zn全量及有效態(tài)的影響[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，33（4）：411-417.

[5] 楊陽，李艷玲，陳衛(wèi)平，等.蔬菜鎘（Cd）富集因子變化特征及其影響因素[J].環(huán)境科學(xué)，2017，38（1）：399-404.

[6] 陳永，黃標(biāo)，胡文友，等.設(shè)施蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)重金屬積累特征及生態(tài)效應(yīng)[J].土壤學(xué)報，2013，50（4）：693-702.

[7] 曾秀君，程坤，黃學(xué)平，等.石灰、腐植酸單施及復(fù)配對污染土壤鉛鎘生物有效性的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2020，36（1）：121-128.

[8] 袁興超，李博，朱仁鳳，等.不同鈍化劑對鉛鋅礦區(qū)周邊農(nóng)田鎘鉛污染鈍化修復(fù)研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2019，38（4）：807-817.

[9] 劉俊，朱宇，李志良，等.重金屬污染土壤中施加荔枝木生物炭對向日葵植株吸收累積鉛鎘砷的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2019，35（12）：1610-1616.

[10] 謝運河，紀(jì)雄輝，黃涓，等.有機肥與鈍化劑及其配施對土壤 Cd 生物有效性的影響[J].作物研究，2014，28（8）：890-895.

[11] 生態(tài)環(huán)境部，國家市場監(jiān)督管理總局.土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）：GB15618—2018[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[12] 楊麗麗.銅脅迫對甜菜幼苗生長和光合特性的影響[D].濟南：山東師范大學(xué)，2013.

[13] 張敏.Cu、Cd脅迫對油菜生長的影響及其生物有效性[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2014.

[14] 劉春梅，羅盛國，劉元英.硒對鎘脅迫下寒地水稻鎘含量與分配的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2015，21（1）：190-199.

[15] 趙家印，席運官，代慧杰，等.鈍化劑與有機肥配施對土壤有效態(tài)重金屬及其在生菜中累積的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2019，35（11）：1460-1467.

[16] 茹淑華，徐萬強，侯利敏，等.連續(xù)施用有機肥后重金屬在土壤-作物系統(tǒng)中的積累與遷移特征[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2019，28（10）：2070-2078.

[17] 周艷，鐘積東，吳曉燕，等.生物有機肥對水稻產(chǎn)量及重金屬含量的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018（3）：39-41.

[18] GRAY C W，DUNHAM S J，DENNIS P G，et al.Field evaluation of in situ remediation of a heavy metal contaminated soil using lime and redmud[J].Environmental pollution，2006，142（3）：530-539.

[19] CAO X D，WAHBI A，MA L N，et al.Immobilization of Zn，Cu，and Pb in contaminated soils using phosphate rock and phosphoric acid[J].Journal of hazardous materials，2009，164（2/3）：555-564.

[20] BASHIR S，RIZWAN M S，SALAM A，et al.Cadmium immobilization potential of rice strawderived biochar，zeolite and rock phosphate：Extraction techniques and adsorption mechanism[J].Bulletin of environment contamination and toxicology，2018，100（5）：727-732.