土壤-蔬菜系统对氮镉互作效应的研究及调控模式

（一）氮肥对土壤中重金属形态及植物吸收重金属的影响

郑小林通过盆栽试验研究了镉污染土壤条件下氮磷钾肥处理对香根草修复土壤镉和锌污染效率的影响，结果表明，3 种氮处理能促进香根草地上部生长，而且显著提高地上部特别是叶的镉和锌含量，导致其修复效率成倍增加。建议，为改善香根草对较贫瘠土壤中镉污染的修复效率，应对香根草施氮肥，并控制或不施磷钾肥。

张敬锁等用两种不同形态氮素即-N，-N 营养液培养水稻，研究表明，-N 促进水稻对Cd 的吸收，并增加了水稻根中和地上部的水提取态和氯化钠提取态Cd 的含量：而-N处理却增加了醋酸提取态Cd 含量。但水稻根中Cd 都是以氯化钠提取态Cd 的形态占优势而存在。盐酸提取态和残留态的Cd处理差异不明显。曾清如等用五种氮肥研究表明不同氮肥对土壤中重金属的溶出有不同影响，且与氮肥的浓度有关。其中NH4Cl和（NH4）2HP04对Cd 的溶出均有较大的促进作用。不同铵盐对植物吸收重金属有不同的影响，且与土壤重金属的溶出并不一定呈正相关。另有研究表明，氮肥能促进莴苣对Cd 的吸收，但对Cd 在莴苣体内的分布影响不显著。

施用硫酸铵、硝酸铵和尿素能增加土壤中水溶性和交换态的Cd 的含量，其中以硫酸铵对菠菜叶中Cd 含量的提高作用最大，Singh等研究了莴苣Cd 吸收与施N 量的关系，施N 量少于100mg/kg时（N 为NH4NO3），N 增加莴苣对Cd 的吸收，而施N 量大于150mg/kg 时，则抑制植株Cd的吸收。他们认为其机制是与Cd2+竞争而抑制Cd 向地上部运转，然而这种解释无法从该文中找到证据。氮具有缓冲重金属引起植物毒害的能力。经镉处理的冬小麦幼苗，叶和根的生长受到抑制，而氮肥的施用减轻了其毒性抑制作用。随氮肥水平的提高，毒性抑制作用降低。

由于氮肥中的盐基阳离子与土壤重金属的交换以及长期施用氮肥，使土壤pH 值缓慢降低，增加了重金属在土壤溶液中的溶解度，所以，施用氮肥一般能提高土壤重金属的植物有效性。Jan E Eriksson 发现氮肥促进植物吸收Cd，增加土壤Cd 活性。但是，氮肥种类不同，作用程度也不同，有研究表明：植物在-N 溶液中，植物吸收Cd 量较大。

（二）土壤—蔬菜系统硝酸盐与镉复合污染的效应

土壤中重金属的存在形态是决定其在土壤中行为的最重要因素（Maetal，1997）；而土壤pH 是影响金属Cd在土壤中存在形式的主要因素（余涛等，2006）。施铵态氮肥会引起土壤酸化，土壤酸化会导致土壤Cd的活化及其在食物链的积累，增大了Cd对人体健康威胁的风险性，另外现在农业生产中多施用的是铵态氮肥，铵态氮肥在土壤中可以通过硝化作用转化为硝态氮，这就增加了土壤—蔬菜系统中的硝酸盐累积量。同时，有些地区土壤pH 本身就很低，例如，广西北部湾区域土壤大多为砖红壤和赤红壤，pH4.0～5.5，无论是铵态氮肥的施用还是土壤的本底酸度均对镉的存在形态有激活贡献。

同时，菜地本身是复种指数较高的特殊的生态系统，依据常态施肥的习惯，氮肥的施用量及施用频率均较高。这更说明菜地土壤氮镉互作效应明显。而有关土壤—蔬菜系统硝酸盐与镉复合污染的报道鲜见，主要集中在以下几个方面。

第一，土壤—作物系统硝酸盐污染的效应。镉在低浓度、短时间（1～3d）对小球藻硝酸还原酶（NRase）活性有促进作用，长时间（＞3d）有抑制作用（赵素达等，2000）。镉处理能显著减少菜豆植株对水分和硝酸盐的吸收，处理24h后植株硝酸还原酶活力下降，但处理7ds后植株硝酸还原酶活力与对照没有差异（Gouia et al.，2000）。营养液中镉处理1周的番茄幼苗硝酸盐含量下降，硝酸还原酶、亚硝酸还原酶以及谷氨酸合成酶、铁氧化—谷酰胺合成酶活性受到抑制，但同时NADH-谷酰胺合成酶、NADH-谷酰胺脱氢酶活性升高（Chaffei et al，2004）。营养液中CdCl2诱导水稻叶片积累铵可归因于谷氨酸合成酶（GS）活性下降（Chienand Kao，2000）。这些结果说明，镉污染能够影响植物对硝酸盐的吸收和转化，表现体内硝酸盐含量下降而铵态氮积累增加，这与镉抑制硝酸还原酶、谷氨酸合成酶活性有关。但以上结果大多来源于营养液培养下的植物，缺乏与土壤过程的联系，尤其是针对土壤—作物系统氮镉互作情况下硝酸盐离子在土壤过程中的迁移和转化必然影响其向地下水和植物体内的运移，而这方面的研究相当缺乏。

第二，氮对土壤—作物系统镉污染的效应。在施氮量相同的条件下，施用硫酸铵的处理印度芥菜和高积累镉油菜吸镉量高于施用硝酸铵和硝酸钙的处理（王激清等，2004）；两种不同形态氮素即NH+4-N、-N 营养液培养中，-N 促进水稻对镉的吸收，并增加了水稻根中和地上部的水提取态和氯化钠提取态镉的含量；而-N处理却增加了醋酸提取态镉含量（张敬锁等，1998）。田间条件下硝酸铵增加了黑麦籽粒中镉含量（Gray et al.，2002）。Zaccheo等（2006）认为，铵态氮营养加上消化抑制剂是促进向日葵提取土壤镉的有效策略。杨锚等研究发现施用铵态氮肥则显著提高了两种形态镉的含量，且氯化铵的作用大于硫酸铵；施用硝酸铵显著提高了水溶态镉含量，但对有效态镉影响较小（杨锚等，2006）。因此，已有研究说明，不同形态氮或氮肥能够影响土壤中镉的存在形态及其有效性，进而影响植物中镉的含量和存在形态，但有关土壤—作物系统硝酸盐与镉复合污染对镉在系统中的行为尤其是向产品器官研究缺乏。

小结：大量资料说明土壤—蔬菜系统镉污染具有普遍性，而且比较突出。蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐污染已经成为各地区的普遍现象。镉对土壤—蔬菜系统硝酸盐污染的效应以及氮对土壤—蔬菜系统镉污染的效应明显。

参考文献：

［1］郑小林，朱照宇，黄伟雄. N、P、K 肥对香根草修复土壤镉、锌污染效率的影响［J］.西北植物学报，2007，27（3）：0560-0564.

［2］张敬锁，李花粉，张福锁，姚广伟.不同形态氮素对水稻体内锅形态的影响［J］. 中国农业大学学报，1998，3（5）：90-94.

［3］Florijin P J，Nelemans，van Beusichen M L.The influence of the forms of nitrogen nutrition on uptake and distribution of cadmium in lettuce varieties［J］.Plant Nutr，1992，115（11）：2405-2416.

［4］Willaert G，Verloo M：Effect of various nitrogen fertilizers on the chemical and biological activity of major and trace elements in a cadmium contaminated soil［J］. Pedologie：1992，42（1）：83-91.

［5］Williams C H. David DJ.Zinc，Cd and Mn uptake by soybean from two Zn- and Cd-amended coastal plain soils［J］. Soil Science Society of America Journal，1976，121：86-93.

［6］Fabian G，Dezsi D M.Ecophysiological studies of the relationship between heavy metal toxicity and nitrogen nutrition in the early development stage of winter wheat［J］. Acta Botanica Hungarica，1987，33（3-4）：219-234.

［7］Jan E，Eriksson A.field study on factors influencing Cd levels in soils and in grain of oats and winter wheat［J］. Water，Air& Soil Pollution，1990，53（1-2）：69-81.

［8］金春姬，李鸿江，贾永刚，等.电动力学法修复土壤环境重金属污染的研究进展［J］.环境污染与防治，2004，26（5）：341-344.

［9］刘奉觉，Edwards WRN，郑世楷，等.杨树树干液流时空动态研究［J］.林业科学研究，1993（4）：368-372.

［10］李艳梅.土壤镉污染下小白菜对氮肥的生物学反应［D］.西北农林科技大学，2008.

［11］张超兰，白厚义. 南宁市郊部分菜区土壤和蔬菜重金属污染评价［J］.广西农业生物科学，2001，20（3）：186-189，205.

［12］李静，谢正苗，徐建明，等. 杭州市郊蔬菜地土壤重金属环境质量评价［J］. 生态环境，2003，12（3）：277-280.

［13］秦波，白厚义，陈秀娟，等. 南宁市郊菜园土壤重金属污染评价［J］. 农业环境科学学报，2006，25（增刊）：45-47.

［14］李国倜，崔慧纯，郭继孝，等. 武汉市易家墩蔬菜镉污染初步研究［J］. 环境科学，1986，7（3）：21-24，5.

［15］夏增禄.中国主要类型土壤若干重金属临界含量和环境容量区域分异的影响［J］. 土壤学报，1994，31：161-169.

［16］李素霞，胡承孝. 武汉市蔬菜重金属污染现状的调查与评价［J］. 武汉生物工程学院学报，2007，3（4）：211-215.

［17］沈彤，盛穗，马赛平.长沙市蔬菜中Pb、Cd含量状况及控制对策［J］. 湖南农业科学，2005（4）：62-63.

［18］彭玉魁，赵锁老，王波. 陕西省大中城市郊区蔬菜矿质元素及重金属元素含量研究［J］. 西北农业学报，2002，11（1），97-100.

［19］李其林，刘定德，赵中金，等. 重庆市菜地土壤重金属污染现状与防治对策［J］. 农业环境与发展，2004（1）：30-32.(www.xing528.com)

［20］张国胜，李宏.周口市蔬菜中铅、镉、汞污染研究［J］. 中国健康月刊，2011，30（6）：55-56.

［21］周文鳞，李仁英，岳海燕，等.南京江北地区菜地土壤重金属污染特征及评价［J］.大气科学学报，2009，32（4）：574-581.

［22］汤波.西安市郊蔬菜地土壤重金属污染调查研究［J］. 科技向导，2011（17）：63.

［23］魏秀国，何江华，陈俊竖，等.广州市蔬菜地土壤重金属污染状况调查与评价［J］.土壤与环境，2002，11（3）：252-254.

［24］罗娇赢，张思冲，辛蕊. 哈尔滨市北部菜地土壤重金属污染研究［J］. 国土与自然资源研究，2009（3）：48-49.

［25］郭燕梅，王昌全，李冰.重金属镉对植物的毒害研究进展［J］.陕西农业科学，2008（3）：122-125.

［26］肖顺勇，唐建初，刘钦云，等. 湖南省农业面源污染分析及其防治对策［J］. 农产品质量安全，2006，5：23-25.

［27］朱兆良.中国土壤氮素［M］.南京：江苏科学技术出版社，1992.［28］唐其展，孔德工，黄武杰，等. 南宁市蔬菜的硝酸盐含量及评价［J］. 土壤肥料，2004（6）：25-27.

［29］柳勇，徐润生，孔国添，等.高强度连作下露天菜地土壤次生盐渍化及其影响因素研究［J］.生态环境，2006，15：620-624.

［30］谢河山，王燕鹂，程萍. 珠江三角洲叶菜类蔬菜硝酸盐污染现状及对策［J］. 广东农业科学，2000，5：26-28.

［31］黄勇，郭庆荣，任海，等. 珠江三角洲典型地区蔬菜重金属污染现状研究——以中山市和东莞市为例［J］. 生态环境，2005，14： 559-561.

［32］梁淑轩，张美月，陈秋生，等.保定蔬菜硝酸盐含量调查［J］.环境与健康杂志，2008（11）：59-61.

［33］汪李平，向长萍，王运华.武汉地区夏季蔬菜硝酸盐含量状况及其防治［J］.华中农业大学学报，2000，19（5）：497-499.

［34］汪李平，向长萍，王运华. 武汉市场蔬菜硝酸盐含量状况及食用卫生评价［J］. 湖北农业科学，2003（3）：71-72.

［35］赵桂平，张明，董蕾，等. 聊城市蔬菜硝酸盐和亚硝酸盐污染评价［J］. 安徽农学通报，2010，16（13）：123-125.

［36］高晗，李斌，宋静雅，等. 新乡市蔬菜硝酸盐和亚硝酸盐污染现状分析［J］. 河南科技学院学报（自科版），2010，38（1）：22-25.

［37］闫建高，孙金华，吴瑞峰. 开封市市售蔬菜中亚硝酸盐含量的测定和分析［J］.科技创新，2012，9（上）：21.

［38］贺文爱，龙明华，白厚义，等. 蔬菜硝酸盐积累机制研究的现状与展望［J］. 长江蔬菜，2003（2）：31-33.

［39］赵素达，朱松龄，吴以平. 铜和镉对小球藻硝酸盐还原酶活性的影响［J］. 海洋科学，2000，24：6-8.

［40］王激清，茹淑华，苏德纯.氮肥形态和螯合剂对印度芥菜和高积累镉油菜吸收镉的影响［J］. 农业环境科学学报，2004，23： 625-629.

［41］张敬锁，李花粉，张福锁.不同形态氮素对水稻体内镉形态的影响［J］.中国农业大学学报，1998，3：90-94.

［42］杨锚，王火焰，周健民，等. 不同水分条件下几种氮肥对水稻土中外源镉转化的动态影响［J］. 农业环境科学学报，2006，25： 202-207.

［43］顾继光，周启星.镉污染土壤的治理及植物修复［J］. 生态科学，2002，21：352-356.

［44］杨晓英，杨劲松.氮素供应水平对小白菜生长和硝酸盐积累的影响［J］.植物营养与肥料学报，2007，13：160-163.

［45］王朝辉，李生秀，田霄鸿. 不同氮肥用量对蔬菜硝态氮累积的影响［J］.植物营养与肥料学报，1998，4：22-28.

［46］Hassan，M.J.，F. Wang，et al. Toxiceffect of cadmium on rice asaffected by nitrogen fertilizer form. Plant and Soil，2005，277（1-2）：359-365.

［47］Zaccheo P，Crippa L，Pasta VDM. Ammonium nutrition as a strategy for cadmium mobilisation in the rhizosphere of sunflower.Plant and Soil，2006，283（1-2）：43-56.

［48］Chiraz Chaffei，KarinePageaul，AkiraSuzukil，Houda Gouia，Mohamed Habib Ghorbeland Céline Masclaux-Daubresse. Cadmium toxicity induced changes in nitrogen management in Lycopersicon esculentum leading to a metabolicsafeguard through an amino acid storage strategy.Plant and Cell Physiology，2004，45（11）：1681-1693.

［49］Hsiu-Fang Chien，Ching-Huei Kao. Accumulation of ammoniu in rice leaves in response to excess cadmium.Plant Science，2000，156（1）：111-115.