土壤-蔬菜系统氮镉互作效应及其调控模式研究

（一）菜地—土壤系统镉污染的改良现状

1.控制土壤水分

控制土壤的Eh 及土壤的水分状况，使土壤作物有一个较为稳定的滞水期，可以减少镉进入植物体内的含量，即减少进入果实和茎实中的含量。据研究，在水稻抽穗期到成熟期，减少落干，保持淹水，可明显减少稻籽实中的镉、锌等金属的含量。

2.施用有机肥

通过施用有机肥（堆肥、厩肥、植物秸秆等有机肥），增加土壤有机质有利于改良土壤结构，可增加土壤胶体对重金属的吸附能力，为土壤提供络合、螯合剂，而且有机质也是良好的还原剂，可以促进土壤中镉形成硫化镉。张亚丽等（2001）研究表明，有机肥的施用可以明显地降低土壤中有效性镉的含量，其中猪粪的效果优于秸秆类。与此同时还应控制常用化肥的施用，因为化肥中的Cl-，，H+可以活化土壤中的镉，提高土壤中的交换态镉的含量（陈志良等，2001）。

3.改变耕作制度

为了尽可能减少镉污染，尽可量减少受镉污染的产品进入食物链，可以在中、重度污染地区改种非食用植物，改种一些观赏性作物或经济作物。如：花卉、苗木、棉花、桑麻等。

王凯荣等（1998）研究表明，污染农田种桑树后土壤镉的含量普遍下降，下降幅度在8.1%～83.9%，平均为37.1%，同时通过农田桑蚕生产模式取得了良好的经济、生态、和社会效益。此外，还可以在镉污染区作为良种繁育基地，张士灌区污染严重地块改做水稻、玉米良种基地，收获的稻米不作为直接食用的商品粮，做种子，秋后糙米中含镉量小于0.1mg/kg，每公顷产量达5000 kg 以上，效益显著（李永涛等，1997）。

4.化学治理方法

化学治理就是向污染土壤中投入改良剂、抑制剂、增加土壤有机质、阳离子代换量和粘粒的含量，改变pH 和电导等理化性质，使土壤中镉发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低镉的生物有效性。对于土壤镉污染，目前用的比较广泛的方法是向土壤添加改良剂、表面活性剂、金属拮抗剂等，如磷酸盐、石灰、硅酸盐被认为是处理土壤镉污染的常用试剂。沈阳张士污灌区进行的大面积石灰改良实验表明，每公顷施石灰1500～1875kg，镉含量下降50%（陈怀满等，1997）。杨景辉（1995）研究表明，施用磷酸盐类物质可使重金属形成难溶性的磷酸盐。BARBAMGWOREK（1992）用膨润土合成沸石等硅铝酸盐作为添加剂钝化土壤中重金属，显著降低了受镉污染土壤中的镉的作用浓度。土壤镉浓度49.5mg/kg时，加入量为土重的1%～2%中，莴苣叶中镉的浓度降低量达60%～80%。通过离子之间的拮抗作用来降低植物对镉污染土壤中镉的吸收，根据法国农科院波尔多试验站的研究结果表明在污染土壤上施加铁丰富的物资，铁渣、废铁矿等，能明显降低植物中镉、锌的含量。

5.水洗和淋溶

水洗法是采用清水灌溉稀释或洗去重金属离子，使重金属离子或迁移至较深土层中，以减少表土中重金属离子的浓度；或者将含重金属离子的水排出田外。淋溶法是用试剂和土壤中的重金属作用，形成溶解性的重金属离子或金属络合物，从提取液中回收重金属，并循环利用提取液的技术。应用EDTA 络合剂去除土壤中的Cu、Cd、Zn，0. 01mol/1 EDTA 能去除初始浓度为100mg/kg～300mg/kg重金属的80%。这两种技术的运用都要慎重，特别注意防止二次污染。

6. 植物修复

植物修复是一项去除土壤中重金属的新技术。Cunningha 和Berti将其定义为用维管植物从环境中去除污染物或使其无害化。与传统的治理重金属污染土壤技术相比植物修复技术有很大的优势。包括可大规模应用推广，高效低耗；植物可以美化污染地点的环境；处理有毒废物只需要少量的设备，并且在处理植物的同时可回收利用重金属。植物修复技术包括以下几个策略：一是植物萃取（Phy2toext reaction），即将重金属从土壤中转移到植物可收获的地上部分；二是根系过滤（Rhizofiltration），即植物的根系或幼苗种植在通气的水中来沉淀或集中有毒重金属；三是植物挥发（Phyto1voatilization），植物从土壤中吸收挥发性的金属例如汞。并通过叶片把它们挥发掉；四是植物固定（Phyto2stabilization），即利用重金属耐性植物减少重金属的移动性。但这项新技术也有其局限性目前还不能大规模推广。原因是现有绝大多数超积累植物只能积累一种重金属而环境中重金属污染往往都是复合性的；超积累植物生长缓慢而生物量低；超积累植物多为野生植物，对其生物学性状知之不多，对这些植物聚集、转运及地上部累积重金属的生理过程还不很清楚。超累积植物是一类能忍受、吸收和转运对其他生物产生毒害的较高水平重金属的特殊植物，定义为生长在富含重金属土壤中，地上部分含量＞100mg/kgCd；＞1000mg/kgPb、Cu；＞10000mg/kgZn（干重）的植物种类。

7.施用土壤改良剂

在受重金属污染的土壤中施用石灰性物质，如氢氧化钙、碳酸钙、硅酸钙等来提高土壤pH 可有效地降低重金属的活性。陈玉成等盆栽试验表明，在高污染背景条件下，添加石灰、腐殖酸、硫化钠、亚硒酸钠都能够抑制土壤中的Hg、Cd 进入蔬菜，但选用腐殖酸既能增产，又能降低蔬菜Hg、Cd 含量。邓波儿和刘同仇研究表明石灰、钙镁磷肥、草炭、粉煤灰、绿肥等几种供试改良剂均不同程度地降低米Cd含量，但以施钙镁磷肥最有效。林匡飞等发现石灰和钙镁磷肥也能降低小白菜对Cd 的吸收。高贵喜等研究表明，经过稀土处理的大白菜，与对照相比，重金属含量显著下降，经过处理的大白菜产量也比对照有较大幅度提高。

（二）菜地—土壤系统硝酸盐污染的改良现状

1.提高蔬菜中硝酸还原酶的活性

蔬菜中硝酸还原酶活力高低关系到整个硝酸根的同化水平。而根外喷施钼、锰和稀土微肥，对蔬菜叶片硝酸还原酶有激活作用，可降低蔬菜中硝酸盐的含量，根外喷施微肥，有利于蔬菜生长，且成本低，使用方便，是一种值得推荐的技术。

2. 添加硝化抑制剂

双氰胺是一种氨基氰化盐类化合物。氰对生物呼吸有抑制作用，但其毒性能随时间推移而自我解除，通常在24～48h后，就很难找到其踪迹。是一种极为理想的硝化抑制剂。有研究表明，Nitrapyrin和DCD 在粗质地的土壤上应用效果最好，能提高玉米、小麦和马铃薯的产量，因为这种土壤容易导致NO-3淋溶损失，氮素肥料不能满足作物的生长需要；而在细质地土壤上硝化抑制剂作用不明显，目前的主要研究的硝化抑制剂有Nitrapyrin（N-Serve）、DCD 和CMP（Didin 和Alzon）。硝化抑制剂与氮肥配合施用，通过抑制硝化细菌的活性，抑制亚硝化作用，使施入氮源能够较长时间的以铵态氮的形态存在，供作物利用。这不仅提高了肥效，而且减少了NO2--N、-N 淋溶和反硝化造成的氮肥损失，降低环境污染（孙爱文等，2004；黄益宗等，2002，2001；Pasda G，2001）。有研究报道硝化抑制剂在提高肥效和减少环境污染的同时，还能改善作物的品质（许超等，2004；许晓平等，2007）。三种硝化抑制剂均不同程度地提高了小白菜对氮和磷的吸收，对钾没有明显影响，能明显提高小白菜Vc含量；双氰胺和氢醌明显提高了小白菜可溶性糖含量。

（三）菜地—土壤系统镉与硝酸盐复合污染改良现状

国内外大量研究表明：实用土壤改良剂能够很好地改善土壤的理化性质，加强土壤的微生物活动，调节土壤的水、肥、气、热状况，最终达到增加土壤肥力的作用（杜彩艳等，2007）。重金属污染土壤的治理方法主要有物理法、化学法和生物法，这几种方法对土壤重金属污染治理均具有一定的改良效果（王凯荣等，2007）。土壤改良剂的修复机理是通过改变土壤pH，增加吸附位点或促进重金属离子与土壤其他组分（包括改良剂本身）的共沉淀等过程来降低重金属生物有效性。因此，利用土壤改良剂来降低重金属向食物链的迁移（刘恩玲等，2008）。常用的土壤重金属改良剂有石灰、有机肥、腐殖酸施等。使用石灰被认为是抑制重金属污染土壤植株吸收重金属的有效措施。在土壤中施入石灰能提高土壤的pH，促进重金属生成碳酸盐、氢氧化物沉淀，降低土壤中Cd、Zn 等重金属的有效性，从而抑制作物对它们的吸收。刘恩玲等（2008）研究表明，有机肥、腐殖酸和栏肥的使用，主要是通过增加土壤中的有机质含量，促进土壤对重金属的吸收螯合，从而降低其迁移能力。农田中氮肥的损失一般经过硝化—反硝化作用、氨挥发、淋溶和径流等途径损失，这不仅浪费肥料，增加农业成本，而且导致NO2-和NO-3污染地表水和地下水以及N2O（硝化和反硝化作用的产物）对大气的污染（刘常珍等，2008）。国内外学者研制了大量的硝化抑制剂（如双氰胺DCD 等），通过施用硝化抑制剂，能有效地提高铵态氮肥施入土壤中NH4+-N 含量，削弱-N 形成，从而降低氮的淋失（黄东风等，2009）。也有研究表明，硝化抑制剂与氮肥配合施用，通过抑制硝化细菌的活性，抑制亚硝化作用，使施入土壤的氮素能够较长时间地以铵态氮的形态存在，供作物利用（余光辉等，2006）。硝化抑制剂的使用不仅提高了肥效，而且减少了硝态氮和亚硝态氮淋溶及反硝化造成的氮肥损失，降低环境污染。余光辉等（2006）研究表明，下氢醌（HQ）、双氰胺（DCD）和硫脲（TU）3种硝化抑制剂在试验的各个时期均不同程度地降低了土壤和小白菜的硝酸盐含量，其中以双氰胺的效果最好。

（四）国内外相关研究的不足

从目前的研究现状来看，尽管已发现的能降低镉的化学活性和具有硝化抑制效应的化合物较多，但真正能在农业生产中大规模应用的理想镉抑制剂和硝化抑制剂品种还非常有限，并且，能同时抑制镉与硝酸盐复合污染的改良剂品种更是少之又少。加之受天然降雨周期长且难以人为控制，田间野外径流监测成本高、难度大，而且费时费力等诸多因素的影响，目前关于在自然降雨条件下田间施肥措施与菜地氮、磷随地表径流流失的关系研究很少，虽然有少量报道，采用人工模拟降雨或应用美国SCS 法推算降雨径流量等方法，研究了田间施肥与菜地氮、磷流失的关系（梁新强等，2006；胡志平等，2007），但其研究结果与天然降雨情况及地表径流量实地监测结果仍存在一定差异。在田间环境下，石灰性物质、双氰胺和有机肥的改良效果很不稳定，同一种改良剂在不同地点或同一地点的不同季节所表现的效应可能完全不同。因此，对理想的镉与硝酸盐复合污染的改良剂品种的筛选及其相关的基础研究仍将是今后该领域研究的重点。(www.xing528.com)

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