不同施肥處理對鉛鎘污染土壤中香椿品質(zhì)的影響

黃一芳，趙佼嬌，哀建國

（浙江農(nóng)林大學(xué)林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，杭州311300）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土壤重金屬污染問題也愈發(fā)嚴(yán)重，由此導(dǎo)致的蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)降低，最終會危害到人類身體健康。重金屬鉛(Pb)和鎘(Cd)作為土壤環(huán)境中備受關(guān)注的有害重金屬，所帶來的污染問題尤為突出，且因其較難治理而受到國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注[1-5]。因此，提升重金屬污染土壤中蔬菜的品質(zhì)，是我們亟待解決的問題。眾所周知，肥料的使用會提高作物的產(chǎn)量。傳統(tǒng)的有機(jī)肥料雖然養(yǎng)分種類多但是有效養(yǎng)分含量低肥效緩慢，難以滿足作物旺盛生長期的養(yǎng)分需要。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最常使用的化肥具有養(yǎng)分集中，見效快等優(yōu)點，但是長期使用會破壞土壤結(jié)構(gòu)，污染環(huán)境。有機(jī)肥和化肥配合施用，可以互補(bǔ)，提高肥效，從而改善植物營養(yǎng)和生長條件對其產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生良好的影響[6-9]。目前，中國學(xué)者針對施肥對葉菜類蔬菜品質(zhì)的影響以及重金屬鉛鎘污染土壤對蔬菜品質(zhì)的影響常見報道[10-12]，但是針對施肥對重金屬污染土壤下木本蔬菜的影響還未見報道。

香椿Toonasinensis(A.Juss.)Roem.，又名香椿芽，為楝科Meliaceae香椿屬樹種，是中國最具代表的木本蔬菜之一，是一種高效益、多功能的新資源[13-14]。本研究采用盆栽技術(shù)，設(shè)置重金屬鉛鎘復(fù)合污染土壤和背景土壤2種栽培基質(zhì)以及不施肥、單施無機(jī)肥、單施有機(jī)肥、有機(jī)無機(jī)肥配施4種施肥處理，以期找到重金屬鉛鎘污染下香椿最科學(xué)的施肥模式。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年11月—2020年4月，在浙江農(nóng)林大學(xué)溫室中進(jìn)行。試驗種源選取長勢基本一致的3年生紅油香椿，采種地點為山東臨沂。試驗采用盆栽技術(shù)，盆栽容器為上口口徑34.5 cm，下口口徑23.0 cm，高44.5 cm的塑料花盆，每盆裝土15 kg（干質(zhì)量），選用浙江農(nóng)林大學(xué)校園土壤作為栽培基質(zhì)。以每盆4 L Pb(NO3)2+Cd(NO3)2溶液的形式分別額外施加800 mg/kg Pb、5 mg/kg Cd來人工模擬Pb/Cd復(fù)合污染土壤，使土壤淹水陳化，在此期間充分?jǐn)嚢璞ＷC土壤鉛鎘濃度均勻，后期不再加水，盆中積水自然蒸發(fā)。平衡30天后測定土壤理化性質(zhì)和重金屬Pb、Cd含量，土壤基本理化性質(zhì)和重金屬含量見表1。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)和重金屬含量

1.2 試驗設(shè)計

試驗包括背景土壤和鉛鎘污染土壤2種栽培基質(zhì)，每種基質(zhì)各設(shè)4個處理，分別為處理1：0.70 g/kg尿素；1.13 g/kg過磷酸鈣（20%五氧化二磷）；0.15 g/kg鉀肥（60%氧化鉀），以NPK表示；處理2：黃粉蟲糞3.50 g/kg，以WM表示；處理3：0.35 g/kg尿素；0.57 g/kg過磷酸鈣；0.08 g/kg鉀肥；1.75 g/kg黃粉蟲糞，以1/2(NPK+WM)表示；處理4：不施肥，CK。所有肥料與土壤拌勻后作基肥一次施入，肥料有效養(yǎng)分和水分管理控制一致，2019年12月13日將香椿苗扦插于花盆中，每盆僅放入1棵，進(jìn)行3次重復(fù)試驗。

蟲糞養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)：492.90g/kg，全氮：39.80g/kg，全磷：28.00 g/kg，全鉀：21.70 g/kg，鐵：217.82 μg/g，錳：606.10 μg/g，銅：48.55 μg/g，鋅：246.76 μg/g。

1.3 測定項目與方法

研究于土壤平衡后30天以及試驗期結(jié)束時共2次采集各處理土壤樣品。土壤pH以水為浸提劑，采用電位測定法[15]測定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法—稀釋熱法[16]測定；土壤中水解氮采用堿解擴(kuò)散法[16]進(jìn)行測定；速效磷首先用0.05 N HCl-0.025 N H2SO4試劑進(jìn)行提取，再采用紫外分光光度法進(jìn)行測定；速效鉀首先用NH4OAc浸提，然后采用火焰光度法進(jìn)行測定；土壤有效態(tài)Pb、Cd首先用DTPA提取，然后采用原子吸收分光光度計法測定。

香椿葉片樣品于2020年4月29日采摘，采摘部位為第一輪鮮嫩部位。香椿營養(yǎng)品質(zhì)測定主要包括可溶性蛋白、維生素C、可溶性糖和礦物質(zhì)含量。其中可溶性蛋白質(zhì)含量測定參照鄒琦[17]的考馬斯亮藍(lán)法，維C含量測定參考寧正祥[18]的紫外快速測定法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[18]測定，礦質(zhì)元素全Fe、全Mn、全Cu、全Zn含量采用ICP-MS質(zhì)譜儀測定。香椿安全品質(zhì)測定主要包括硝酸鹽含量和重金屬含量。其中，硝酸鹽含量測定用紫外分光光度法[19]，葉片重金屬含量測定采用ICP-MS質(zhì)譜儀測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗分析數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總及圖表制作，使用SPSS25軟件進(jìn)行方差分析，P值小于0.05認(rèn)為具有顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥處理對香椿營養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.1.1 可溶性Pr含量的變化 圖1表明，不同施肥處理會顯著影響香椿葉片中的可溶性蛋白含量。重金屬鉛鎘污染基質(zhì)下NPK、WM、1/2NPK+1/2WM處理可溶性蛋白含量分別為4.28、4.59、5.40 mg/g，均高于CK且差異顯著(P＜0.05)。其中，以50%NPK與50%WM配施處理的香椿葉片中的可溶性蛋白含量最高，較對照處理可溶性蛋白質(zhì)含量增加51.69%，較單施NPK處理增加26.17%，較單施蟲糞處理增加17.65%。單施NPK和單施蟲糞處理的香椿葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量差異不顯著(P＞0.05)。背景土壤基質(zhì)下4種施肥處理可溶性蛋白含量分別為3.23、4.62、5.38、5.85 mg/g，均差異顯著(P＜0.05)。相同施肥處理下鉛鎘污染土壤和背景土壤可溶性蛋白含量差依次為0.33、-0.34、-0.79、-0.45 mg/g，背景土壤中生長的香椿可溶性蛋白含量平均高31.25%。

圖1 不同施肥處理對香椿葉片可溶性Pr含量的影響

2.1.2 Vc含量的變化 由圖2可知，通過施肥處理確實可以顯著提高香椿葉片中Vc含量。其中，重金屬鉛鎘污染基質(zhì)下4種施肥處理Vc含量依次是69.37、83.36、117.57、112.33 mg/100 g，以單施蟲糞處理Vc含量最高，50%NPK與50%WM配施Vc含量略低于單施蟲糞，但差異不顯著(P＞0.05)。2種處理較單施NPK分別增加41.04%、34.75%，較CK分別增加69.48%、62.22%。在背景土壤基質(zhì)下，4種施肥處理的香椿葉片中的維生素C含量依次為51.33、56.06、74.03、65.03 mg/100 g，以單施蟲糞處理Vc含量最高，其次是50%NPK與50%WM配施，兩者差異顯著(P＜0.05)。2種處理較單施NPK分別增加32.05%、16.00%，較CK分別增加44.22%、26.69%。單施NPK處理與CK差異不顯著(P＞0.05)，較CK處理Vc含量增加9.21%。相同施肥處理下鉛鎘污染土壤和背景土壤的香椿葉片中的Vc含量差依次為18.04、27.30、43.54、47.30 mg/100 g，重金屬土壤中生長的香椿Vc含量平均高55.26%。

圖2 不同施肥處理對香椿葉片中Vc含量的影響

2.1.3 可溶性糖含量的變化 圖3表明，不管是在背景土壤或是在重金屬鉛鎘污染土壤中，蟲糞單施或50%NPK與50%蟲糞配施均能顯著提高香椿葉片中的可溶性糖含量。背景土壤基質(zhì)中，NPK、WM、1/2NPK+1/2WM處理可溶性糖含量依次為51.65、57.66、59.52 mg/g，單施NPK較對照處理增加4.64%，兩者差異不顯著(P＞0.05)，單施蟲糞和50%NPK與50%蟲糞配施處理可溶性糖含量顯著高于CK(P＜0.05)，分別增加16.82%、20.58%。重金屬鉛鎘污染基質(zhì)下，NPK、WM、1/2NPK+1/2WM處理可溶性糖含量依次為41.06、44.71、46.06 mg/g。與對照比較，3種處理含糖量分別增加5.99%、15.41%、18.90%。其中，單施NPK與單施蟲糞差異不顯著(P＞0.05)，但與50%NPK與50%蟲糞配施差異顯著(P＜0.05)，較單施NPK含糖量分別增加8.89%、12.18%。

圖3 不同施肥處理對香椿葉片可溶性糖含量的影響

2.1.4 香椿葉片礦質(zhì)元素Fe、Mn、Cu、Zn含量變化 由表2可知，不同施肥處理會對香椿葉片中全Fe、全Mn、全Cu、全Zn含量造成影響。相同施肥處理下重金屬鉛鎘污染中生長的香椿葉片中的全Fe、全Mn、全Cu元素含量比背景土壤中生長的要低得多，但全Zn元素含量卻是重金屬污染土壤中生長的香椿比背景土壤中的香椿略高。2種栽培基質(zhì)中，單施蟲糞或50%NPK與50%WM混施均能顯著提高香椿葉片中全Fe、全Mn的含量(P＜0.05)，單施蟲糞同時也能顯著提高香椿葉片中全Cu、全Zn含量(P＜0.05)。重金屬基質(zhì)中，4種施肥處理全Fe含量依次是240.55、244.97、400.42、258.26 μg/g。單施蟲糞處理下的香椿葉片的全Fe含量顯著高于其他處理(P＜0.05)，較對照提高66.46%，較單施NPK提高63.46%，較50%NPK與50%WM混施提高55.05%；全Mn含量表現(xiàn)規(guī)律與全Fe含量相似，4種施肥處理全Mn含量依次是93.19、101.27、142.63、140.09 μg/g，單施蟲糞處理較其余3種處理分別增加53.05%、40.84%、1.81%；單施NPK、單施蟲糞和50%NPK與50%蟲糞混施處理全Cu含量依次是9.47、21.09、17.49、19.15 μg/g，顯著高于CK(P＜0.05)；全Zn含量以單施蟲糞處理最高?？偟膩碚f，施用有機(jī)肥料能顯著提高香椿葉片中的全Fe、全Mn、全Zn，降低全Cu含量。

表2 施肥處理對香椿葉片全Fe、Mn、Cu、Zn含量影響 μg/g

2.2 施肥處理對香椿安全品質(zhì)的影響

2.2.1 硝酸鹽含量的變化 如圖5所示，施肥處理會不同程度地提高香椿葉片中的硝酸鹽含量。重金屬鉛鎘污染基質(zhì)中，單施NPK、單施蟲糞和50%NPK與50%WM配施處理下硝酸鹽含量分別是1501.25、1558.39、1236.25 mg/kg。其中，50%NPK與50%WM配施較單施NPK處理硝酸鹽含量降低21.44%，兩者差異不顯著(P＞0.05)，較單施蟲糞處理降低26.06%，兩者差異顯著(P＜0.05)。背景土壤基質(zhì)中，香椿葉片中的硝酸鹽含量按從小到大排序依次是CK、單施NPK、50%NPK與50%WM配施、單施蟲糞。其中，單施NPK較對照處理硝酸鹽含量差異不顯著(P＞0.05)，50%NPK與50%WM配施較單施NPK處理硝酸鹽含量增加48.77%，單施蟲糞處理較單施NPK增加69.48%，均增加顯著(P＜0.05)。

圖5 施肥處理對香椿葉片硝酸鹽含量的影響

2.2.2 可食部分Pb、Cd含量變化 由圖6可見，不同施肥處理會對香椿可食部分鉛鎘含量產(chǎn)生明顯的影響。如圖6A所示，在2種不同的栽培基質(zhì)中，香椿葉片的Pb含量變化規(guī)律相似，均是CK鉛含量最低，其次是單施NPK處理和50%NPK與50%WM配施，兩者差異不顯著(P＞0.05)，單施蟲糞處理的鉛含量顯著高于其他施肥處理(P＜0.05)。在重金屬基質(zhì)中，4種施肥處理香椿葉片鉛含量分別為1.2742、1.8720、2.3075、1.8222 mg/kg。其中，單施蟲糞處理的香椿葉片中鉛含量較單施NPK和50%NPK與50%WM配施分別增加了23.26%、26.63%，較CK增加了81.09%。結(jié)果表明，施用無機(jī)肥確實能明顯降低香椿葉片中的鉛含量，施用有機(jī)肥會增加香椿葉片中的鉛含量，而有機(jī)無機(jī)配施處理則與對照差異不大。

如圖6B所示，在重金屬鉛鎘污染基質(zhì)中，4種施肥處理香椿葉片鎘含量分別為0.0289、0.0212、0.0426、0.0337 mg/kg。其中單施蟲糞和50%NPK與50%WM配施處理較CK分別增加47.40%、16.61%，三者之間差異不顯著(P＞0.05)；單施NPK處理較CK鎘含量降低26.64%，差異不顯著(P＞0.05)。在背景土壤基質(zhì)中，4種施肥處理鎘含量分別為0.0174、0.0122、0.0278、0.0213 mg/kg。其中，單施蟲糞處理較50%NPK與50%WM配施、單施NPK處理香椿葉片中的鎘含量分別增加30.52%、127.87%，三者差異顯著(P＜0.05)。試驗結(jié)果表明施肥處理確實會在一定程度上影響香椿葉片中鎘含量，但所得數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于農(nóng)產(chǎn)品鎘限量的0.2 mg/kg，這說明施肥處理不會對香椿葉片鎘污染程度造成有效影響。

圖6 不同施肥處理下香椿葉片鉛鎘含量變化

3 討論與結(jié)論

3.1 不同施肥處理對香椿營養(yǎng)品質(zhì)的影響

從以上研究結(jié)果可知，不管是在背景土壤或是在重金屬鉛鎘污染土壤中，單施蟲糞或50%NPK與50%WM（蟲糞）配施均能顯著提高香椿葉片中可溶性蛋白質(zhì)、Vc、可溶性糖含量、有益微量元素礦物質(zhì)，從而提升香椿營養(yǎng)品質(zhì)。這與黃金麗等[20]、蘇立新等[21]試驗結(jié)果類似。

相同施肥處理下，重金屬鉛鎘污染基質(zhì)下生長的香椿葉片中可溶性蛋白、可溶性糖含量、全Fe、全Mn、全Cu元素含量要比背景土壤中生長的低得多，但維生素C含量和全Zn含量卻是重金屬污染基質(zhì)中的香椿葉片高。這與米艷華[22]、李曉晶[23]等試驗結(jié)果相吻合，重金屬污染確實會明顯降低蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)。

3.2 不同施肥處理對香椿安全品質(zhì)的影響

在使用化肥、農(nóng)藥時，蔬菜的安全品質(zhì)主要是指硝酸鹽累積、重金屬富集等。由以上研究結(jié)果可知，施肥處理會對香椿葉片硝酸鹽累積造成較大影響。在重金屬污染基質(zhì)下，單施蟲糞處理的硝酸鹽含量最高，其次是單施NPK處理，50%NPK與50%蟲糞配施可在一定程度上降低香椿葉片中硝酸鹽含量。這與傳統(tǒng)認(rèn)為施用有機(jī)肥可降低蔬菜硝酸鹽含量相矛盾，推測原因可能是由于香椿生長周期較長，生長緩慢，硝酸鹽累積速率大于生長速率，導(dǎo)致香椿葉片硝酸鹽含量增加。

相同施肥處理下，重金屬基質(zhì)下的香椿葉片硝酸鹽含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于背景土壤基質(zhì)下生長的香椿。這可能是因為土壤重金屬對香椿根系伸長有抑制作用，香椿根系為了吸收足夠的營養(yǎng)大量吸收氮素導(dǎo)致硝酸鹽積累過多。據(jù)世衛(wèi)組織和聯(lián)合國糧農(nóng)組織規(guī)定，每人每天硝酸鹽安全使用限量為1500～2000 mg/kg[24-25]。本試驗結(jié)果表明，即使外源添加鉛、鎘重金屬以及進(jìn)行不同施肥處理，香椿葉片中的硝酸鹽含量也在安全食用范圍內(nèi)。

土壤中重金屬的含量是造成蔬菜重金屬污染的主要原因，重金屬在蔬菜中大量累積會通過食物鏈對人體健康造成傷害。從以上試驗結(jié)果可知，在不同的栽培基質(zhì)下，單施蟲糞處理均會顯著提高香椿葉片中鉛含量，單施NPK和50%NPK與50%蟲糞配施處理香椿葉片中鉛含量相對較低。而不同施肥處理對重金屬鉛鎘污染基質(zhì)下香椿葉片的鎘含量影響較小，這與趙明等[26]、王美[27]等試驗結(jié)果一致。本試驗研究結(jié)果表明重金屬鉛鎘污染土壤中的香椿葉片鉛含量未達(dá)到食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB2762-2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》Pb0.3 mg/kg以下，而鎘含量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)0.2 mg/kg，這說明香椿是一種較易富集鉛元素而不易富集鎘元素的蔬菜。這與何安[28]的研究結(jié)果存在矛盾，可能是由于本試驗研究的香椿為三年生實生苗，生長較為旺盛，并且外源鉛鎘以無機(jī)鹽形式添加有關(guān)。雖然本試驗沒有單獨(dú)設(shè)置單一鉛或鎘脅迫，但本研究對探究中低濃度重金屬鉛鎘脅迫下對香椿最科學(xué)的施肥模式有一定指導(dǎo)意義，從而進(jìn)一步為無公害蔬菜栽培提供理論依據(jù)。