蔡永剛+郭志瑤+李夢雅+段智坤+張鴻宇+王小波

摘要：采用盆栽試驗研究蚯蚓糞、牛糞對鎘（Cd）、銅（Cu）復合污染土壤中白菜（Brassica campestris ssp. chinensis）生長及對鎘、銅積累的影響。結果表明：高濃度的Cd、Cu污染顯著抑制了第1茬白菜葉綠素含量、產量，Cd10+Cu200、Cd50+Cu400處理的葉綠素含量分別較Cd1+Cu50處理下降23.5%～47.1%、72.3%～79.9%，Cd10+Cu200、Cd50+Cu400處理白菜產量分別較對照處理下降61.5%、92.6%，各施肥處理間在Cd、Cu濃度相同時沒有顯著差異；隨著Cd、Cu濃度的提高，各施肥處理的第2茬白菜葉綠素含量并沒有顯著下降，而在高濃度污染處理中白菜產量較第1茬顯著提高，在低濃度的Cd、Cu污染下，牛糞的增產效果高于蚯蚓糞，而在高濃度的Cd、Cu污染下，蚯蚓糞增產效果好于牛糞；Cd在白菜體內的積累隨著土壤Cd、Cu濃度的升高而增加，在Cd50+Cu400處理下，不施肥處理植物體內Cd的積累量顯著高于施加牛糞（NF）處理，而施加牛糞處理又顯著高于施加蚯蚓糞（QY）處理，且第1茬白菜體內Cd的積累量均高于第2茬；Cu在植物體內的累積隨著土壤Cd、Cu濃度增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在Cd10+Cu200處理中達到最高值，在Cd50+Cu400處理中則顯著下降；在Cd10+Cu200處理中，施加蚯蚓糞后Cu的累積量顯著低于NF處理，NF處理也顯著低于對照處理；隨著Cd、Cu濃度的升高，植物體內氮、磷、鉀含量降低，其中對氮的影響較小，對磷的影響為在不添加Cd、Cu時，QY、NF處理磷含量顯著高于對照處理，在Cd1+Cu50、Cd10+Cu200處理組合下，NF處理顯著高于對照處理；在Cd50+Cu400處理組合下，各施肥處理間差異不顯著；對鉀的影響方面，除Cd50+Cu400外，其他施肥處理植物體內鉀的含量都顯著高于對照處理，QY處理、NF處理間在Cd1+Cu50處理組合下差異顯著，其余處理間差異均不顯著。2茬種植結果顯示：在Cd、Cu復合污染的土壤中，蚯蚓糞對污染的修復效果優(yōu)于牛糞，牛糞優(yōu)于對照。

關鍵詞：蚯蚓糞；牛糞；白菜；鎘、銅復合污染；污染修復

中圖分類號： X53 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）09-0452-04

隨著我國經濟的快速發(fā)展以及工業(yè)化、城鎮(zhèn)化等國家戰(zhàn)略的實施，我國耕地土壤面臨非常嚴峻的重金屬污染問題[1-3]，不僅對農產品質量構成威脅，還損害民眾健康，影響社會穩(wěn)定[4]。國務院發(fā)布的《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》和《國務院辦公廳關于印發(fā)近期土壤環(huán)境保護和綜合治理工作安排的通知》（國辦發(fā)〔2013〕7 號）、《國務院關于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產業(yè)的意見》（國發(fā)〔2013〕30 號）中，都明確提出了土壤重金屬污染修復技術。目前土壤重金屬污染修復技術主要有物理工程法、化學法、生物法和農業(yè)調控技術等[5-10]，其中利用有機物料對土壤重金屬污染進行修復，是一種經濟的、切實可行的方法[11-12]。有機物料不僅能夠減輕農作物對重金屬的吸收積累，還可以改善土壤結構，提供作物生長所需養(yǎng)分，減少化肥的使用。本研究分析蚯蚓糞和牛糞對鎘（Cd）、銅（Cu）復合污染土壤中白菜（Brassica campestris ssp. chinensis）生長及重金屬在植物體內累積的影響，以期為重金屬污染菜田土壤的修復、利用和管理提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2014年5—12月在天津農學院進行，供試土壤采自天津市武清區(qū)后幼莊農戶大棚，質地為沙壤，基本理化性質：硝態(tài)氮含量47 mg/kg，有效磷含量46 mg/kg，有效鉀含量276.8 mg/kg，有機質含量18.1 g/kg，全鹽含量0.34 g/kg，全鎘含量0.51 mg/kg，全銅含量22.8 mg/kg，pH值7.74。供試有機肥的基本性質見表1，有機肥、土壤過1 mm篩備用，供試白菜（Brassica campestris ssp. chinensis）品種為力豐五月慢。

1.2 試驗設計

設計3種濃度梯度的污染物組合，分別為Cd1+Cu50（1、50分別表示添加的Cd、Cu濃度分別為1、50 mg/kg，以此類推）、Cd10+Cu200、Cd50+Cu400；以不添加污染物為對照（CK）處理。Cd、Cu分別以CdCl2·2.5H2O、CuSO4 溶于水后噴至土壤混勻，每種污染濃度分別設施用蚯蚓糞（QY）、牛糞（NF）、不施有機肥（CK）3個處理，施用量為4%。每盆裝土4kg，每個處理重復3次，共36盆。試驗于2014年5月20日混土裝盆，次日種植，第1茬于7月6日收獲，第2茬于9月12日播種，10月27日收獲。

1.3 測定項目與方法

收獲時用葉綠素儀測定葉片的葉綠素含量，稱鮮質量，殺青烘干后，用硝酸-高氯酸消解，原子吸收法測定Cd、Cu含量[13]，測定第2茬植物樣品的氮、磷、鉀含量[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)處理采用Excel2003、DPS7.05軟件完成。

2 結果與分析

2.1 不同處理對白菜葉綠素含量的影響

由圖1可見，在Cd、Cu低濃度處理（CK、Cd1+Cu50）下，第1茬白菜葉片的葉綠素SPAD值都顯著高于第2茬，而在Cd50+Cu400處理中第1茬的葉綠素SPAD值均顯著低于第2茬；在第1茬中CK、Cd1+Cu50處理白菜葉片葉綠素含量沒有顯著差異，而隨著Cd、Cu濃度的提高，葉綠素含量顯著下降，其中Cd10+Cu200、Cd50+Cu400處理分別較Cd1+Cu50處理下降了23.5%～47.1%、72.3%～79.9%；隨著Cd、Cu濃度的提高，第2茬白菜葉綠素含量并沒有顯著下降；在低濃度Cd、Cu處理（CK、Cd1+Cu50）下，施肥處理對同茬白菜葉片的葉綠素SPAD值沒有顯著影響，但在Cd10+Cu200處理下施肥處理均顯著高于CK處理；在Cd50+Cu400處理下，第1茬之間沒有顯著差異，而第2茬的施肥處理顯著高于CK處理；NF、QY處理間，除在不添加Cd、Cu時，NF顯著高于QY外，其他處理間都沒有顯著差異。

2.2 不同處理對白菜產量的影響

由圖2可見：在第1茬中CK、Cd1+Cu50處理沒有顯著差異，但Cd10+Cu200、Cd50+Cu400處理卻顯著下降，分別較CK處理平均下降61.5%、92.6%；不同的施肥處理在Cd、Cu濃度相同時，產量沒有顯著差異。第2茬中Cd10+Cu200、Cd50+Cu400處理分別較CK處理下降28.4%、54.7%，同種有機肥在不同濃度的污染處理中，QY處理只在Cd50+Cu400處理下產量顯著下降；NF、CK處理在Cd10+Cu200、Cd50+Cu400處理組合下都顯著下降；在相同的Cd、Cu濃度組合下，施肥處理的產量都顯著高于CK。除CK+NF外，其余處理第1茬在Cd、Cu低濃度時（CK，Cd1+Cu50）產量高于第2茬，而在高濃度時（Cd10+Cu200、Cd50+Cu400）第1茬產量則低于第2茬。

2.3 不同處理對鎘銅在植物體內積累的影響

由表2可見，Cd在白菜體內的積累量隨著土壤Cd、Cu濃度的升高而增加，在Cd濃度達到50 mg/kg時，其累積量顯著高于其他處理；Cd濃度為10 mg/kg時，其累積量也顯著高于1 mg/kg Cd、CK處理；Cd1+Cu50處理下，第1、第2茬植物體內Cd濃度平均值分別為CK處理的7.03、5.15倍。相同Cd濃度下，在低濃度時（CK、Cd1+Cu50）各施肥處理間的差異不顯著；在Cd10+Cu200處理下，不施肥處理植物體內Cd的累積量明顯高于QY處理；在Cd50+Cu400處理下，CK處理顯著高于NF處理，而第1茬NF處理又顯著高于QY，且第1茬白菜體內的累積量都高于第2茬。

由表2可見，Cu在植物體內的累積量隨著土壤Cd、Cu濃度升高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在Cd10+Cu200處理下達到最高值，在Cd50+Cu400處理下則相對顯著下降，且加Cu處理植物體內的Cu累積量均顯著高于對照。各對照施肥處理對Cu的累積量沒有顯著影響，而在Cd1+Cu50組合條件下QY處理Cu的累積量顯著低于NF、CK處理；在Cd10+Cu200組合條件下，QY處理Cu的累積量顯著低于NF處理，NF處理也顯著低于CK處理。

2.4 不同處理對白菜氮磷鉀含量的影響

由表3可見，隨著Cd、Cu濃度的升高，植物體內氮磷鉀含量總體呈現(xiàn)降低趨勢，其中對氮的影響較小，只有Cd10+Cu200+NF處理與Cd50+Cu400+NF、Cd50+Cu400處理間的差異達顯著水平。對磷的影響表現(xiàn)為在不添加Cd、Cu時，QY、NF處理磷的含量顯著高于CK；在Cd1+Cu50、Cd10+Cu200處理組合下，NF處理顯著高于CK處理；在Cd50+Cu400處理下，各施肥處理間差異不顯著。對鉀的影響：各施肥處理下鉀含量均高于不施肥處理，QY和NF之間在Cd1+Cu50處理條件下差異顯著，其余處理間差異都不顯著。

3 討論與結論

光合作用是植物生長的重要物質基礎和能量來源，葉綠素作為植物進行光合作用的主要色素，其含量的高低對光合速率有直接影響[15-17]。葉綠素的合成受光照、溫度和營養(yǎng)元素的影響[18]，高濃度的重金屬脅迫會抑制葉綠素的合成[19]。在本試驗中，低濃度的Cd、Cu（CK、Cd1+Cu50）處理下第1茬白菜葉綠素含量顯著高于高濃度的處理（Cd10+Cu200、Cd50+Cu400），原因可能是高濃度的Cd、Cu進入植物體與葉綠體中蛋白質的—SH發(fā)生結合或取代作用。其中的Fe2+、Mg2+等破壞了葉綠體結構和功能，使葉綠素分解。而第2茬時高低濃度處理間的差異減小，同時Cd50+Cu400處理下第2茬葉綠素含量較第1茬顯著提高，其原因可能為在第2茬時，土壤中高濃度的Cd、Cu由于受土壤和有機肥的固定，其有效態(tài)降低，減輕了對植物葉綠素合成的影響。在低濃度時，第1茬的葉綠素含量高于第2茬，可能與有機肥在第1茬時較第2茬能提供給植物較多養(yǎng)分有關。

白菜的產量與葉綠素含量的變化有大致相同的趨勢和原因。蚯蚓糞和牛糞對植物產量的影響在第1茬時表現(xiàn)均不明顯，可能的原因為土壤本身的肥力水平較高，因此在低濃度污染時各施肥處理間差異不顯著，而高濃度污染時因加入的Cd、Cu有效態(tài)較高，都抑制了作物生長。隨著處理時間的延長，在第2茬中因牛糞能比蚯蚓糞提供更多的養(yǎng)分，在低濃度的Cd、Cu處理下，牛糞處理的產量高于蚯蚓糞，而蚯蚓糞因其富含腐殖酸和大量活性物質[20-21]，在高濃度的Cd、Cu處理下能促進作物的生長，使其產量明顯高于牛糞處理。

單一污染時植物體內Cd、Cu的累積量隨著土壤Cd、Cu濃度的提高而增加[22-24]，復合污染時植物對Cd、Cu的吸收因作物種類、添加濃度不同而有差異[25-27]。本研究發(fā)現(xiàn)，在鎘銅復合污染植物體內，Cd的累積量隨著土壤Cd、Cu濃度的增大而增加，而Cu的累積量表現(xiàn)為先增加后降低，在Cd、Cu濃度組合為Cd50+Cu400時抑制了白菜對Cu的吸收。在不加入外源Cd、Cu時，蚯蚓糞和牛糞的施用因其所含的Cd、Cu使植物體內Cd、Cu的累積量略有增加，但差異不顯著。在有外源Cd、Cu加入時，低濃度處理（Cd1+Cu50）對Cd的累積差異不顯著，而蚯蚓糞處理則降低了作物對Cu的累積量；當加入Cd10+Cu200處理組合時，蚯蚓糞降低作物對Cu的累積效果好于牛糞，同時牛糞好于對照，而對Cd的影響則不一致；當加入Cd50+Cu400處理組合時，蚯蚓糞降低作物對Cd的累積效果好于牛糞，同時牛糞好于對照，而此時高濃度的Cd、Cu抑制了作物對Cu的吸收累積。

綜上所述，可以得出以下結論：第1茬中高濃度的Cd、Cu污染顯著抑制了白菜葉綠素含量和產量，各施肥處理間也沒有顯著差異；第2茬中各施肥處理顯著提高了白菜產量，在低濃度的Cd、Cu污染時牛糞的增產效果高于蚯蚓糞，而在高濃度的Cd、Cu污染時蚯蚓糞增產效果好于牛糞；白菜體內Cd的累積量隨著土壤Cd、Cu濃度的增大而增加，而Cu的累積量表現(xiàn)為先增加后降低，Cd50+Cu400處理抑制了白菜對Cu的吸收，可見在有適當濃度外源Cd、Cu加入時，蚯蚓糞降低白菜對Cu吸收累積的效果好于牛糞，牛糞好于對照。

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