张琦 徐静静

摘要：目前Cd污染农田现象普遍，植物修复技术对周围环境影响较小，污染治理成本较低、污染治理效果持久，具有良好推广应用前景，但植物地上部分的生物量一直是制约植物修复效率的主要限制因素。不同肥料对土壤中Cd的生物有效性及植物对Cd的吸收影响不同，本文主要分析不同肥料对土壤中重金属Cd的植物修复的影响。

关键词：肥料;土壤;镉;植物修复

土壤中重金属Cd的存在形态

重金属以比较复杂的形态存在于土壤中，一般分为可交换态及碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物及硫化物结合态和残留态4种，其生物有效性逐渐降低金属稳定性逐渐加强。土壤中存在的Cd的形态一般可以分为水溶性Cd以及非水溶性Cd两大类。以离子态和络合态存在的水溶性Cd等能被作物直接吸收，对生物危害性较大，而非水溶性Cd比如CdS和CdCO₃等不易迁移转运，无法被作物直接吸收，但水溶性Cd和非水溶性Cd可以随着环境条件的改变而相互转化。

Cd污染的危害

Cd是重金属当中生物毒性最强的一种元素，其在环境当中具有化学活性强、移动性强并且生物毒性持久的特点。Cd可以通过水、大气、动植物等人类活动必需接触的介质进行侵害，危害着人类的健康。人体在长期和高剂量的情况下摄入Cd，能够引起高血压和心脑血管疾病、对骨骼和肝肾造成深度伤害，人体受Cd污染影响还会造成肾衰竭、脊柱畸形和骨质疏松等疾病。Cd不是植物生长所必需的元素，Cd会影响植物的正常健康生长，当植物体内的Cd累计到一定的含量时，就会使植物呈现出受毒害的症状^[4]，表现为植物根系的生长受到影响，从而降低植物对水分和养分的吸收;并且植物的呼吸作用和光合作用也会受到不利的影响，进而引起植物内新陈代谢失常，比如降低植物的叶绿素、蛋白质和糖的合成以及降低光合强度、改变某些特定酶的活性，最终植物的产量、品质和食品安全受到影响，进而直接或者间接危害到人体的健康。所以，Cd污染不但会对环境经济造成巨大的损失，还会对人体和作物产生危害。

土壤Cd污染植物修复技术

植物修复指利用植物固定、挥发以及吸收土壤当中重金属的能力，以降低土壤当中重金属的含量或有效态的含量，降低其生物有效性，减少其对生物的危害。植物吸收是指通过利用富集植物和超富集植物对重金属的高积累能力，转运并富集土壤当中的金属元素到植物的地上部分，最后通过收获植物的地上部分，从而使得土壤当中重金属的含量降低。植物挥发是指利用一些植物的特殊能力将土壤中的重金属转变为可以挥发的形态，使得重金属从土壤当中和在植物的蒸腾过程当中挥发，离开土壤。植物固定是指植物根际的分泌物通过某些作用将土壤中的重金属固定于土壤中使其降低移动性，其机理是通过根际分泌物来改变植物的根际环境，改变重金属的形态，最终使得其在植物的根际附近产生沉淀和积累。

肥料对土壤重金属Cd形态的影响

众所周知通过施肥能够增加作物产量和提高作物质量，化肥在增加作物产量、提高作物品质和保证粮食安全方面起到了举足轻重的作用，此外，化肥还影响作物对重金属的吸收。前人的研究结果表明化肥能够改变土壤的理化性质比如pH、CEC等，还能够改变重金属的有效态，增加生物有效性，对于被重金属污染的土壤，通过施加肥料能够解吸和活化重金属。向土壤中施入N、P、K肥，能够改变土壤的pH和表面电荷数，并且能够改变重金属的形态，影响其有效性。有研究表明向土壤中施加NH₄⁺-N肥将会降低土壤的pH，曾清如等研究表明，NH₄Cl能够显著促进Cd的溶出，这可能是因为Cl^-能够与Cd发生络合反应。向土壤中施加P肥能够增加土壤的负电荷和CEC，从而增加了土壤对重金属离子的吸附。Xie和MacKenzie推测通过向土壤中施加P肥会增加金属离子的专性吸附点位。

氮肥

有研究表明施用（NH₄）₂SO₄、NH₄NO₃和CO（NH₂）₂能增加弱酸性土壤當中水溶交换态Cd的含量，是因为这3种肥料均使土壤的pH降低。有研究指出：NH₄NO₃施入土壤后NH₄⁺将发生硝化作用，短期内能使土壤pH显著的降低，从而增加Cd在土壤中的活性。宋丽华等研究表明连续五年定点施用NH₄Cl肥料，导致耕作层最高下降pH值1.2，说明在表层土施加NH₄Cl会在一定程度上酸化土壤^[30-35]。

磷肥

向酸性土壤中施加KH₂PO₄ （80mgP/kg），能够降低水溶性和可交换态Cd的含量，增加碳酸盐结合态Cd的含量。曹仁林研究证明施加钙镁磷肥能够降低土壤当中交换态Cd含量，增加土壤中碳酸盐结合态Cd含量和铁锰氧化结合态Cd含量。Kaushik等研究结果表明，在碱性土壤中增加KH₂PO₄的施用量能够降低晶形氧化铁结合态、有机态以及碳酸盐结合态的Cd含量，增加土壤中无定形氧化铁结合态Cd含量及水溶态和交换态Cd的含量，残留态Cd含量没有变化。

钾肥

向土壤中施加KCl，能够增加土壤中水溶性Cd含量和可交换态Cd含量，并且能够减少碳酸盐结合态Cd含量，可能是因为K和重金属离子竞争土壤表面的交换性而造成的。有研究表明施加KCl至稻田土壤中，能够增加土壤当中交换态Cd含量。从上述前人研究结果来看，通过施加KCl能够增加土壤中有效态Cd的含量。

肥料对植物吸收重金属Cd的影响

氮肥

向土壤中施加铵态氮肥后，NH₄⁺会发生硝化/酸化作用降低土壤的pH，增加重金属Cd的有效性，所以铵态氮比硝态氮更能增加Cd的活性。而且含N的钙盐比铵态氮更有助于增加Cd的有效性。Eriksson发现在总施氮量相同的条件下（NH₄）₂SO₄与NH₄NO₃相比（NH₄）₂SO₄处理下油菜籽粒当中Cd的含量更高。Willaert等研究表明（NH₄）₂SO₄能够增加菠菜中Cd的含量。Maier等人研究在Ca（NO₃）₂、NH₄NO₃、CO（NH₂）₂、（NH₄）₂SO₄四种N肥施加下对马铃薯中Cd含量的影响，结果表明Ca（NO₃）₂与（NH₄）₂SO₄相比，Ca（NO₃）₂处理下马铃薯块茎中的Cd含量更高，与其他氮肥相比施加CO（NH₂）₂处理后，能够明显降低幼苗叶片当中Cd的含量，这与Tu等人的报道相一致。Florijn等人在研究中也得出同样的结论，铵态氮比硝态氮更能增加莴苣中的Cd含量，这是因为NH₄⁺能够降低土壤的pH^[44]。

磷肥

P是植物生长和发育的必需营养元素，对保障作物生长和保障产量有着重要作用，P影响重金属的活性以及作物对重金属的吸收和积累。有研究表明施加P肥能够促进油菜的生长，提高油菜的生物量，还可以降低土壤中重金属Cd有效态的含量。有研究表明马铃薯块茎中吸收积累的Cd含量随着P肥施加量的增加而增加，说明在施P肥的处理下能够增加马铃薯对Cd的吸收积累。

钾肥

Bingham等人研究表明K肥中的伴阴离子Cl^-和SO₄^2-能够增加瑞士甜菜中Cd的含量。依纯真等人研究水稻在KCl、K₂SO₄、KNO₃处理下不同生育期中水稻中Cd的含量，结果表明，Cl^-能够促进水稻对Cd的吸收，不同作物和不同生育期中Cd的含量存在差异;但与Cl^-不同，SO₄^2-却显著降低糙米中Cd的含量并且使得水稻减少对Cd的吸收;NO₃^-则对水稻吸收Cd的影响不大。施用KCl肥对水稻吸收Cd的促进作用高于小麦。Zhao等认为，Cd在整个植株中的含量随KCl、K₂SO₄施用量而极显著的增高，而KNO₃只有最高量时对植物Cd含量有显著影响。试验表明Cl^-和SO₄^2-增加了植物对Cd的吸收，这可以解释为Cl^-和SO₄^2-容易与Cd²⁺形成配位体而增加了Cd的生物有效性。Sparrow等研究表明，与施用等量的K₂SO₄相比，施用KCl可增加马铃薯块茎中Cd的浓度。Grant等认为KCl增加了大麦子粒中Cd的浓度^[53]。Weggler等的研究證实了植物吸收的Cd与土壤溶液中CdCl⁺的活度存在很高的相关性。相反，McLaughlin等的田间试验表明，不同的K肥种类（KCl，K₂SO₄）对马铃薯块茎中Cd的浓度没有影响^[55]。

结语

面对大量Cd污染农田，植物修复技术因其原位修复，对周围环境影响较小，污染治理成本较低、污染治理效果持久，具备净化和美化环境的生态价值，因而良好推广应用前景。通过施肥能够促进植物的生长，增加植物地上部分生物量的积累，从而降低地上部分生物量所制约植物修复效率的影响。并且施加肥料可以增加土壤中Cd的生物有效性及植物对Cd的吸收量，因此在植物修复土壤重金属Cd污染的研究或者应用当中应当根据所选择的富集植物的种类和土壤污染浓度选择肥料及施肥浓度，从而达到更好的修复效果。

参考文献

[1] 高志岭，刘建玲，廖文华.磷肥使用与镉污染的研究现状及防治对策[J].河北农业大学学报， 2001， 24（ 3） ： 90 -99 .

[2] 赵其国， 黄国勤， 钱海燕. 生态农业与食品安全. 土壤学报， 2007， 44（6）： 1127-1134

[3] 李明德， 童潜明， 杨海涛， 等.海泡石对镉污染土壤改良效果的研究[J].土壤肥料， 2005， 1： 42 -44 .