土壤-蔬菜系统中氮镉互作效应的调控模式及对生长品质的影响

按试验设计纯镉0，20，50，100，150mg/kg 土；纯氮0，0.1，0.2，0.4，0.6g/kg土二元素随机区组试验，共9个处理，每处理3个重复。镉源是3CdSO4·8H2O，氮源是NH4NO3，每盆6株，底肥施用KH2PO4和K2SO4，用量为P2O50.2g/kg土和K2O 0.3g/kg土，全程一次基施。日常管理同大田。

（一）超高镉污染浓度下对苋菜、小白菜生长状况的影响

当镉污染水平达100～150mg/kg时，植株几乎全部枯萎死亡，无论施氮与否，都没有太多的生长量，由此可见，当镉浓度达到100mg/kg及以上时，菜地几乎没有蔬菜收成，这对分析农产品品质已经没有任何意义，所以，本设计只取前3个处理进行分析。

特别指出：图1.15 N3Cd3处理是在苋菜苗成活后移栽的，可以完成其生命周期，说明苋菜的耐镉能力很强。

图1.15　100mg/kg土镉浓度下随着含氮量的增加，对苋菜生长的影响

图1.16　150mg/kg土镉浓度下随着含氮量的增加，对苋菜生长的影响

（二）盆栽条件下镉重度污染水平与氮交互作用对小白菜、苋菜生长的影响

由表1.40、图1.17、图1.18可知，镉污染严重抑制了小白菜的生长，3个镉水平下（不考虑氮水平）小白菜单株重的平均值分别为：7.316g、5.842g、4.612g，都达到极显著（P＜0.01）水平，说明随着镉污染程度的增加小白菜的生长受抑制程度也随之增加。3个氮水平下（不考虑镉水平）小白菜单株重的平均值分别为：7.157g、5.845g、4.768g，且都达极显著（P＜0.01）水平，表明在高浓度镉污染条件下，随着施氮量的增加小白菜生长量极显著降低，氮镉之间表现为极显著的交互效应：在3个镉处理水平下，施氮处理分别较不施氮处理小白菜的生长量下降9.08%、33.32%、37.96%，表明随着镉污染浓度的增加，施用氮肥抑制小白菜生长量也随之增加。

表1.40　高浓度镉和氮互作对小白菜、苋菜生长量的影响　（g/株）

列中不同小写字母表示在P＜0.05差异显著（P＜0.05）； **表示F检验在P＜0.01水平下显著。Means with the different lowercase letters indicate significant differenceat P＜0.05： **indicate F-test significant differenceat P＜0.01.

图1.17　100mg/kg土镉浓度下随着含氮量的增加，对苋菜生长的影响

图1.18　100mg/kg土镉浓度下随着含氮量的增加，对苋菜生长的影响

镉污染也极显著地抑制了苋菜的生长。3个镉水平下（不考虑氮水平）苋菜的单株重分别为：11.395g、5.940g、3.052g，都达极显著差异；3个氮水平下（不考虑镉水平）苋菜单株重分别为：4.702g、7.105g、8.580g，且都达极显著水平，说明在高浓度镉污染条件下施氮极显著地促进了苋菜的生长。氮镉之间表现为极显著的交互效应，在3个镉污染浓度下，施氮较不施氮苋菜的单株重增加为：113.91%、86.48%、-31.47%，表明随着镉污染浓度的增加施氮苋菜的单株重增加速度降低，到镉浓度50mg/kg时施氮降低了苋菜的单株重。

从小白菜和苋菜的整个长势上来看，影响其生长量的主要因子是镉，随着镉污染浓度的增加，小白菜和苋菜的生长量都极显著地降低，这与孙光闻等（2005）研究结果10mg/L Cd 处理显著影响小白菜植株对氮和水分的吸收，抑制生长一致。

小白菜和苋菜对于氮镉交互作用的反应，随着镉污染浓度的增加，施氮较不施氮其生长量随之降低。

（三）盆栽条件下镉重度污染水平与氮交互作用对小白菜、苋菜叶绿素的影响

1.对小白菜叶绿素的影响

如表1.41所示，高浓度镉污染极显著地（P＜0.01）降低了小白菜叶绿素的含量，3个镉污染水平下（不考虑氮水平）小白菜叶绿素含量的平均值为0.243、0.249 和0.221mg/g，表明当镉污染水平20mg/kg土时，对小白菜叶绿素有促进合成的趋势，但差异不显著；当镉污染达50mg/kg 土时，小白菜叶绿素含量显著下降，降低了9.05%。3个氮水平下（不考虑镉水平）小白菜叶绿素的平均值为0.228、0.253和0.232mg/g，在氮水平0.1g/kg土时，小白菜叶绿素含量达最大，差异极显著，随着施氮量的增加，小白菜叶绿素开始下降，直到与对照水平一致。氮镉之间存在极显著的交互效应：在3个镉污染水平下，施氮较不施氮小白菜的叶绿素分别增加2.00%、8.33%和2.27%，表明在镉污染水平下，施氮能增加小白菜叶绿素的含量。

2.对苋菜叶绿素的影响

镉污染极显著地（P＜0.01）降低了苋菜叶绿素的含量，抑制作用较小白菜大（表1.41），3个镉污染水平下（不考虑氮水平）苋菜叶绿素含量的平均值为2.774、2.055 和1.933mg/g，镉污染水平20和50mg/kg土与对照相比差异显著，但二者之间差异不显著，说明镉污染水平在20mg/kg时已经达到抑制最高点。3个氮水平下（不考虑镉水平）苋菜叶绿素含量的平均值为1.396、2.568 和2.798mg/g，表明施氮极显著地增加了苋菜叶绿素的含量。氮镉之间存在极显著的交互效应，在3个镉污染水平下，施氮较不施氮，苋菜的叶绿素含量分别增加336%、200%和14.77%，均达显著（P＜0.05）差异，表明施氮能够增加苋菜叶绿素的含量，但是随着镉浓度的增加，苋菜叶绿素含量增加的速度减慢。

表1.41　高浓度镉和氮互作对小白菜、苋菜叶绿素的影响　（mg/g）

列中不同小写字母表示在P＜0.05差异显著（P＜0.05）； **表示F检验在P＜0.01水平下显著。Means with the different lowercase letters indicate significant differenceat P＜0.05： **indicate F-test significant differenceat P＜0.01.

在镉污染浓度范围内，对于小白菜，随着镉污染浓度的增加，小白菜叶绿素有逐渐降低的趋势，但镉污染水平20mg/kg时，小白菜叶绿素含量有升高但差异不显著。赵勇等（2006）研究发现，一定浓度的镉对作物生长有积极的“刺激作用”，这可能是因为一定浓度的镉促进植物体内的过氧化氢酶、过氧化物酶和酸性磷酸酶等的活性，促进了植物的生长，增加了叶绿素的合成；随着镉污染水平的增加，对小白菜体内毒害程度增强，影响了小白菜的生长，抑制了叶绿素的合成。在镉污染的条件下，增施氮肥可促进叶绿素合成，原因可能在于：一方面，适度镉浓度（如20mg/kg）可促进小白菜叶绿素合成；另一方面，在镉污染浓度较高时，增施氮肥可提高土壤环境的缓冲能力，进而增强小白菜对土壤环境介质中重金属污染物质的耐性；氮肥供应扭转或减轻了高浓度镉污染对小白菜植株的抑制和毒害作用（安志装等，2002）。

与小白菜不同，随着镉污染浓度的增加，苋菜叶绿素含量显著降低，但处理2与处理3差异不显著，表明在镉污染水平20mg/kg时抑制作用已达到最低点，这与很多研究结果一致，Cd对植物光合作用毒害表现在它直接干扰叶绿素生物合成（Padmajaetal.，1990），破坏光合器官及色素（Siedleka and Baszynsky，1993），Cd除降低总叶绿素含量外也降低有效叶绿素（PSⅡ）含量（Gregerand Ogren，1991），孙赛初等（1985）认为，Cd 与叶绿体蛋白质上的巯基（-SH）结合或取代其中的锌离子（Zn2+），破坏了叶绿体的结构和功能活性，从而导致叶绿素含量降低。Nag（1981）指出，Cd使叶绿素酶活性增加而导致叶绿素分解加快，致使叶绿素含量减少；在镉污染条件下，随着施氮量的增加，苋菜叶绿素的含量极显著增加，这可能与小白菜的原理相同。

（四）盆栽条件下镉重度污染水平与氮交互作用对小白菜、苋菜可溶性蛋白的影响

1.对小白菜可溶性蛋白的影响(www.xing528.com)

镉污染极显著地（P＜0.01）增加了小白菜可溶性蛋白的含量（表1.42），3个镉污染水平下（不考虑氮水平）小白菜可溶性蛋白的平均值为：1.686%、2.339%和2.333%，处理间达极显著差异，但处理2和处理3间差异不显著，说明镉水平20mg/kg土时小白菜可溶性蛋白的含量已达到最大值。3个氮水平下（不考虑镉水平）小白菜可溶性蛋白的平均值为：1.655%、2.063%和2.641%，处理间都达极显著水平，表明在高浓度镉污染下，随着施氮量的增加，小白菜可溶性蛋白含量极显著地增加。氮镉之间存在极显著的交互效应，在3个镉污染水平下，施氮较不施氮小白菜可溶性蛋白分别增加20.95%、135.5%和21.57%，说明随着镉污染水平的增加施氮使小白菜可溶性蛋白的含量增加，在镉污染浓度20mg/kg土时增加量达最大。

表1.42　高浓度镉和氮互作对小白菜、苋菜可溶性蛋白的影响　（%）

列中不同小写字母表示在P＜0.05差异显著（P＜0.05）； **表示F检验在P＜0.01水平下显著。

2.对苋菜可溶性蛋白的影响

镉污染极显著地（P＜0.01）降低了苋菜可溶性蛋白的含量（表1.42），3个镉污染水平下（不考虑氮水平）苋菜可溶性蛋白的平均值为：1.393%、0.459%和0.686%，处理间均达极显著水平，随着镉污染水平的增加，苋菜可溶性蛋白含量呈降低趋势，且在镉污染水平20mg/kg土对苋菜可溶性蛋白合成的抑制达到最低点。3个氮水平下（不考虑镉水平）苋菜可溶性蛋白的平均值为：0.647%、0.827%和1.063%，表明施氮极显著地增加了苋菜可溶性蛋白的含量。氮镉之间存在极显著的交互效应，在3个镉污染水平下，施氮较不施氮，苋菜可溶性蛋白含量分别增加17.20%、41.67%和162.21%，且均达极显著（P＜0.01）差异，表明随着镉污染浓度的增加，施氮能显著增加苋菜可溶性蛋白的含量。

镉与氮交互作用对小白菜、苋菜可溶性蛋白的影响与对叶绿素的基本相似，但是，镉污染水平显著地增加了小白菜可溶性蛋白的含量，而降低了苋菜可溶性蛋白的含量，同时在20mg/kg时，小白菜中可溶性蛋白达到最高点而苋菜中可溶性蛋白达到最低点，这可能与蔬菜品种不同有关，小白菜属于芸苔属（Brasscia）而苋菜属于苋科苋属（AmaranthusmangostanusL.）。在镉污染条件下，随着氮素水平的增加，苋菜和小白菜的可溶性蛋白都有增加的趋势，表明施氮可以扭转镉污染对植物生理的毒害，增加蔬菜可溶性蛋白含量，在试验浓度范围内，在镉污染条件下，施氮能够增加可溶性蛋白的含量。

（五）盆栽条件下镉重度污染水平与氮交互作用对小白菜、苋菜吸收镉的影响

1.对小白菜镉积累的影响

镉污染水平极显著地（P＜0.01）促进了小白菜对镉的吸收（表1.43），3个镉污染水平下（不考虑氮水平）小白菜鲜样镉平均值分别为0.035、4.745和9.665mg/kg，随着镉污染水平的增加，小白菜中镉的累积量极显著地增加，且都达极显著（P＜0.01）水平，表明土壤镉含量与小白菜中镉的累积量成正相关。3 个氮水平下（不考虑镉水平）小白菜镉的平均值分别为4.769、4.849和4.827mg/kg，差异不显著，表明在试验浓度范围内，施氮对小白菜对镉的累积影响不显著。氮镉之间存在极显著的交互效应，在3 个镉污染水平下，施氮较不施氮，小白菜镉含量分别增加1616.67%、-22.21%和15.94%，且均达极显著（P＜0.01）水平，说明在低镉或镉过量时，施氮能增加小白菜对镉的积累，镉污染水平20mg/kg时，施氮抑制小白菜对镉的积累。

2.对苋菜镉积累的影响

镉污染极显著地（P＜0.01）促进了苋菜对镉的积累（表1.43），3个镉污染水平（不考虑氮水平）苋菜鲜样镉的平均值分别为0.071、7.323和11.427mg/kg，随着镉污染水平的增加，苋菜吸收镉的量极显著地增加，且都达极显著（P＜0.01）差异，表明土壤镉的含量与植物吸收镉的含量成正相关。3 个氮水平下（不考虑镉水平）苋菜镉含量平均值为4.523、6.381 和7.917mg/kg，说明随着施氮量的增加苋菜对镉的吸收显著增加。氮镉之间存在极显著的交互效应，在3个镉污染水平下，施氮较不施氮苋菜镉含量分别增加48.15%、9.43%和108.73%，且均达极显著（P＜0.01）差异，说明施氮促进苋菜对镉的积累。

表1.43　高浓度镉和氮互作对小白菜、苋菜镉积累的影响　（ng/kg）

列中不同小写字母表示在P＜0.05差异显著（P＜0.05）； **表示F检验在P＜0.01水平下显著。Means with the different lowercase letters indicate significant differenceatP＜0.05： **indicate F-test significant differenceatP＜0.01.

总之，两季连作后，在3 个氮水平下（不考虑镉水平）小白菜与苋菜对镉的吸收不同，在第一季种植小白菜时，3个氮水平没有影响小白菜对镉的吸收，而在第二季种植苋菜时氮水平促进了苋菜对镉的吸收，这可能有两方面的原因：第一，小白菜和苋菜的品种不同；第二，种植一季小白菜后土壤镉浓度降低，施氮能够缓解它的毒害作用。

土壤镉的含量与蔬菜吸收镉的含量成正相关，在试验含量范围内，施氮能够促进小白菜、苋菜对镉的吸收，这与李艳梅（2007）的研究结果一致，但在土壤投加镉20mg/kg土时，施氮却明显抑制了小白菜对镉的吸收，还需要进一步的研究。

小结：

（1）土壤高浓度镉污染极显著地降低了小白菜和苋菜叶绿素的含量、小白菜和苋菜的生长以及苋菜可溶性蛋白的含量；增加了小白菜可溶性蛋白的含量，小白菜和苋菜对镉的积累。

（2）在镉污染条件下，施氮能够提高苋菜和小白菜叶绿素、可溶性蛋白含量，促进苋菜的生长、苋菜对镉的吸收；抑制了小白菜的生长，小白菜对镉的吸收。

（3）3个镉污染水平下，施氮较不施氮增加了小白菜、苋菜叶绿素、可溶性蛋白的含量，苋菜对镉的积累。

参考文献：

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