納米沸石對(duì)大白菜鎘吸收及土壤有效鎘含量的影響

鄭熒輝，熊仕娟，徐衛(wèi)紅，李欣忱，羅瑜，秦余麗，趙婉伊

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715）

納米沸石對(duì)大白菜鎘吸收及土壤有效鎘含量的影響

鄭熒輝，熊仕娟，徐衛(wèi)紅*，李欣忱，羅瑜，秦余麗，趙婉伊

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715）

通過大田試驗(yàn)研究了納米沸石和普通沸石施用量（11 250、22 500、45 000 kg·hm-2）對(duì)大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)及鎘吸收和土壤全鎘及有效鎘含量的影響。結(jié)果表明，施用納米沸石和普通沸石顯著提高了大白菜產(chǎn)量（鮮重），分別比對(duì)照增加了21.3%～35.2%和16.1%～31.8%。普通沸石以45 000 kg·hm-2施用量處理產(chǎn)量最高，納米沸石以22 500 kg·hm-2施用量處理產(chǎn)量最高。納米沸石和普通沸石中低施用量（≤22 500 kg·hm-2）提高了大白菜氨基酸、還原糖和Vc含量。納米沸石和普通沸石分別使大白菜地上部鎘含量降低了19.3%～37.4%和9.9%～16.2%，使根部鎘含量分別降低了8.1%～27.9%和17.3%～25.4%。施用納米沸石和普通沸石顯著降低了土壤有效鎘含量，且降低效果隨沸石施用量的增加而增加。納米沸石和普通沸石施用量與土壤有效鎘含量存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.591，P<0.01），與大白菜地上部和根部鎘含量也存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.697，-0.766；P<0.01）。與普通沸石相比較，納米沸石增加大白菜產(chǎn)量、降低大白菜鎘含量及土壤有效鎘含量的效果更好。

土壤鎘污染；納米沸石；土壤有效鎘含量；鎘吸收；大白菜

鎘（Cadmium，Cd）作為一種積累性的劇毒重金屬元素，不僅能造成土壤嚴(yán)重污染，導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降，還可通過食物鏈方式進(jìn)入人體進(jìn)而危害人類健康。近年來，與重金屬鎘污染相關(guān)的損害農(nóng)業(yè)產(chǎn)量及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、飲用水安全及人民健康的毒害事件頻頻發(fā)生。目前，土壤鎘污染修復(fù)方法主要有異位修復(fù)和原位鈍化修復(fù)2種[1]，前者主要是從土壤中去除鎘以減少土壤中鎘的總量，后者主要通過改變鎘在土壤中的化學(xué)形態(tài)和賦存形態(tài)來降低鎘在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性。原位鈍化修復(fù)技術(shù)以其投資小、周期短、見效快、易實(shí)施等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)高效的鎘污染土壤修復(fù)技術(shù)，越來越受到研究者的關(guān)注[2]。

天然沸石具有孔道結(jié)構(gòu)，具備良好的過濾功能和離子交換性能，對(duì)重金屬Pb、Hg、Cd、Cr和Ni等有很強(qiáng)的吸附能，還可以改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤養(yǎng)分利用率，是一種優(yōu)質(zhì)高效的重金屬修復(fù)材料[3-4]。此外，我國沸石資源豐富，保有儲(chǔ)量達(dá)27.8億t，資源總量大于100億t，居世界前三位[5]，選取沸石作為重金屬修復(fù)材料經(jīng)濟(jì)可行，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。國內(nèi)外大量研究已證實(shí)，添加沸石可降低土壤重金屬Cd的活性，從而降低Cd的生物有效性。王秀麗等[6]的研究表明，施用沸石有效降低了Cd在土壤中的有效性，與不施沸石的對(duì)照相比，施用沸石使土壤可交換態(tài)Cd含量降低6.4%～23.2%，并促使可交換態(tài)Cd向碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)Cd轉(zhuǎn)化。李明遙等[7]的研究也發(fā)現(xiàn)，施用5%的沸石明顯提高了土壤pH值，使土壤有效態(tài)Cd含量降低了21.77%。Paola等[8]發(fā)現(xiàn)施用沸石可以降低土壤中Cd和Pb的活性，顯著增加豌豆和小麥地上、地下部的生物量，降低植株根和地上部的Cd含量。Hamidpour等[9]研究了沸石和膨潤土對(duì)鎘、鉛復(fù)合污染土壤的修復(fù)作用，結(jié)果表明，沸石有效降低了土壤鎘、鉛生物有效性和玉米地上部、根部鎘含量，且其降低效果優(yōu)于膨潤土。Oste等[10]和Fard等[11]對(duì)沸石進(jìn)行研究也發(fā)現(xiàn)，沸石可有效降低土壤有效態(tài)Cd含量和植物對(duì)Cd的吸收。

但傳統(tǒng)普通沸石結(jié)構(gòu)性質(zhì)存在孔道易堵塞等缺陷，影響了沸石的離子交換能力和表面吸附能力，使沸石在土壤鎘污染修復(fù)中表現(xiàn)出一定的局限性[3，12]。經(jīng)改性后的納米沸石，其孔道和孔隙結(jié)構(gòu)有所改善，具有空曠的骨架結(jié)構(gòu)、均勻的空穴結(jié)構(gòu)、較大的內(nèi)外比表面積和獨(dú)特的吸附功能[13]，理論上對(duì)重金屬具有更大的吸附能力和吸附容量，在土壤重金屬鎘污染修復(fù)方面將更具優(yōu)勢(shì)。但目前國內(nèi)外關(guān)于納米沸石在土壤重金屬修復(fù)方面的研究報(bào)道甚少。本研究以納米沸石和普通沸石為研究對(duì)象，通過大田試驗(yàn)探討納米沸石和普通沸石不同施用量對(duì)大白菜生長、鎘吸收以及對(duì)土壤全鎘、有效鎘含量的影響，以期為土壤鎘污染修復(fù)與治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)為重慶市潼南縣桂林街道辦事處大壩村雙壩蔬菜基地。土壤基本性質(zhì)見表1，納米沸石和普通沸石性質(zhì)見表2。供試作物為大白菜（Brassica peckinensis L.），品種為新豐抗90。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Propeties of studied soils

表2 供試沸石基本理化性質(zhì)Table 1 Propeties of studied soils

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)沸石處理，分別為對(duì)照（CK）、普通沸石11 250、22 500和45 000 kg·hm-2（OZ1、OZ2和OZ3），納米沸石11 250、22 500和45 000 kg·hm-2（NZ1、NZ2和NZ3）。大田中普通沸石和納米沸石施用量同前期室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)和土培試驗(yàn)[2]施用量（均按每666.7 m2耕層土15萬kg計(jì)）。每個(gè)小區(qū)面積為8 m2（2 m×4 m），小區(qū)間的間距為40 cm，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)排列。選定試驗(yàn)用地后，施入基肥（常規(guī)施肥）并與土壤充分混勻，一周后按試驗(yàn)設(shè)置的處理施入納米沸石和普通沸石，再翻耕使沸石和土壤充分均勻混合。施入沸石5 d后，移栽大白菜幼苗，所選植株為3～4片真葉且長勢(shì)大致相同的大白菜幼苗，每個(gè)小區(qū)移栽32株幼苗。其他田間操作遵循當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣，3個(gè)月后收獲大白菜。對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，并于每個(gè)小區(qū)取土樣和大白菜樣品，土壤取樣方法為每小區(qū)多點(diǎn)取樣，大白菜取樣方法為每小區(qū)取代表性植株2株。大白菜植株于105℃殺青15 min，在65℃下烘干至恒重，將烘干植株磨碎，測(cè)定根和地上部鎘含量。土樣于室內(nèi)自然風(fēng)干，過1 mm篩，備用。

1.3 分析方法

1.3.1 土壤和沸石基本理化性質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)、陽離子交換量及土壤全氮、有效磷、速效鉀采用常規(guī)測(cè)定方法測(cè)定[14]；沸石陽離子交換量采用常規(guī)的BaCl2—三乙醇胺法測(cè)定[14]；納米沸石粒徑采用原子力顯微鏡（Dimension Icom Atomic Force Microscope，Bruker，USA）測(cè)定。沸石比表面積測(cè)定參考Liu等[15]的方法。

1.3.2 土壤全鎘和有效鎘含量

土壤全鎘含量測(cè)定[14]：稱取1.000 0 g風(fēng)干土樣于150 mL三角瓶中，加10 mL王水，在三角瓶口套上彎角小漏斗，于電爐上低溫消解，待三角瓶內(nèi)棕色淡去，加5 mL高氯酸（優(yōu)級(jí)純），適當(dāng)調(diào)高電爐溫度繼續(xù)消解，至樣品變成乳白色（灰白）糊狀，冷卻，轉(zhuǎn)移、定容至25 mL容量瓶，過濾。取濾液用原子吸收分光光度計(jì)（Perkin Elmer SIMMA 6000，Norwalk，USA）測(cè)定鎘含量。

土壤有效鎘含量測(cè)定：測(cè)定方法參考國家標(biāo)準(zhǔn)[16]。以二乙烯三胺五乙酸（DTPA）為提取劑，稱取5.00 g風(fēng)干土樣，置于150 mL三角瓶中，保鮮膜封口，準(zhǔn)確加入25.00 mL DTPA提取劑（濃度及配制方法參考文獻(xiàn)[16]），25±2℃振蕩2 h，干過濾，最初5～6 mL濾液棄去，再濾下的濾液用原子吸收分光光度計(jì)（Perkin ElmerSIMMA6000，Norwalk，USA）測(cè)定有效態(tài)鎘含量。

上述測(cè)定中，原子吸收分光光度計(jì)（Perkin Elmer SIMMA 6000，Norwalk，USA）檢測(cè)限為0.005 mg·kg－1。采用國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所提供的土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW#08303）對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。所有土壤樣品的鎘回收率均高于95%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在10%以內(nèi)。

1.3.3 植株鎘含量

稱取1.000 0 g大白菜干樣于150 mL三角瓶中，加入15 mL HNO3∶HClO4混合液（V∶V，5∶1），在三角瓶口套上彎角小漏斗，于電爐上消解，待樣品蒸冒白煙，溶液清亮無色后，冷卻，轉(zhuǎn)移、定容至25 mL容量瓶，上清液用原子吸收分光光度計(jì)（Perkin Elmer SIMMA 6000，Norwalk，USA）測(cè)定植株鎘含量[14]。檢測(cè)限為0.005 mg·kg－1。采用國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所提供的植株標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW#08513）對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。所有植物樣品的鎘回收率均高于95%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在10%以內(nèi)。

1.3.4 大白菜品質(zhì)分析

大白菜硝酸鹽含量測(cè)定采用紫外分光光度法[17]，維生素C測(cè)定采用2，6－二氯靛酚滴定法[17]，還原糖測(cè)定采用3，5－二硝基水楊酸顯色－分光光度法[17]，游離氨基酸含量測(cè)定采用茚三酮顯色－分光光度法[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和做圖，SPSS23.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)間的顯著差異性檢驗(yàn)用單因素方差分析中的Duncan方法，顯著差異水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 大白菜產(chǎn)量

如表3所示，納米沸石和普通沸石不同施用量處理顯著提高了大田大白菜產(chǎn)量（鮮重），分別較對(duì)照增加了21.3%～35.2%和16.1%～31.8%，且大白菜產(chǎn)量在納米沸石和普通沸石各處理間差異顯著（P＞0.05）。與普通沸石相比，納米沸石對(duì)大白菜產(chǎn)量的提高幅度高于普通沸石。普通沸石以45 000 kg·hm－2施用量處理產(chǎn)量最高，納米沸石以22 500 kg·hm－2施用量處理產(chǎn)量最高，而當(dāng)施用量增至45 000 kg·hm－2時(shí)，大白菜產(chǎn)量呈下降變化。

2.2 大白菜品質(zhì)

納米沸石和普通沸石處理對(duì)大白菜氨基酸、還原糖、Vc和硝酸鹽含量的影響見表3。2種沸石中、低施用量（≤22 500 kg·hm－2）處理均明顯提高了大白菜氨基酸和還原糖含量，納米沸石和普通沸石不同施用量處理均提高了大白菜Vc含量。沸石對(duì)大白菜氨基酸、還原糖、Vc含量的提高效果以納米沸石中、低施用量（≤22 500 kg·hm－2）處理最明顯，分別較對(duì)照提高了28.1%～29.6%、14.2%～20.8%和55.7%～84.3%。大白菜硝酸鹽含量隨納米沸石施用量的增加而先減后增，隨普通沸石施用量的增加而增加，施用納米沸石和普通沸石僅普通沸石低施用量（11 250 kg·hm－1）顯著降低了大白菜硝酸鹽含量（P＜0.05），降幅為25.0%，其余處理硝酸鹽含量與對(duì)照無顯著差異（P＞0.05）。

2.3 大白菜鎘含量和鎘積累量

如表4所示，施用納米沸石和普通沸石顯著降低了大白菜地上部和根部鎘含量（P＜0.05）。與對(duì)照相比，納米沸石和普通沸石處理分別使大白菜地上部鎘含量降低了19.3%～37.4%和9.9%～16.2%，使根部鎘含量分別降低了8.1%～27.9%和17.3%～25.4%。納米沸石處理對(duì)大白菜地上部和根部鎘含量的降低效果整體上優(yōu)于普通沸石，且隨著納米沸石施用量的增加，大白菜地上部和根部鎘含量呈下降的趨勢(shì)，以高施用量（45 000 kg·hm－2）處理鎘含量最低。普通沸石處理中，隨著施用量的增加，地上部和根部鎘含量呈先增后減的變化趨勢(shì)，鎘含量以高施用量（45 000 kg· hm－2）處理最低，但普通沸石不同施用量處理間地上部和根部鎘含量無顯著差異（P＞0.05）。

與大白菜鎘含量不同，施用沸石僅低施用量（11 250 kg·hm－2）的普通沸石和高施用量45 000 kg·hm－2的納米沸石處理較對(duì)照降低了大白菜各部位鎘積累量，降幅分別為3.7%～16.0%和13.5%～19.2%（表4）。其余沸石處理均提高了大白菜鎘積累量，地上部和總植株鎘積累量均以中施用量（22 500 kg·hm－2）的普通沸石處理最高，分別比對(duì)照高11.1%和11.0%。根部鎘積累量則以納米沸石中施用量（22 500 kg·hm－2）處理最高，比對(duì)照高出24.0%。但進(jìn)行顯著差異比較發(fā)現(xiàn)，納米沸石和普通沸石處理大白菜各部位鎘積累量與對(duì)照差異不顯著（P＞0.05），沸石施用量處理間鎘積累量差異也不明顯。

表3 不同沸石施用量對(duì)大白菜產(chǎn)量（鮮重）、品質(zhì)的影響Table 3 Effect of different zeolite dose on yield（fresh weight）and quality of Chinese cabbage

表4 不同沸石施用量對(duì)大白菜鎘含量和鎘積累量的影響Table 4 Effect of different zeolite dose on concentration and accumulation of Cd in cabbage

2.4 土壤全鎘及有效鎘含量

施用納米沸石和普通沸石對(duì)土壤全鎘和有效鎘含量的影響見表5。中、低施用量（11 250，22 500 kg· hm－2）的納米沸石及普通沸石處理使土壤全鎘含量分別比對(duì)照降低了3.5%～8.7%和0.3%～3.5%，但當(dāng)施用量增至45 000 kg·hm－2時(shí)，納米沸石和普通沸石處理土壤全鎘含量均高于對(duì)照，以45 000 kg·hm－2普通沸石處理土壤全鎘含量最高。與普通沸石相比，11 250、22 500、45 000 kg·hm－2納米沸石處理土壤全鎘含量分別比對(duì)應(yīng)施用量的普通沸石處理低5.5%、3.2%和4.5%。

表5 不同沸石施用量對(duì)土壤全鎘和有效鎘含量的影響Table 5 Effect of different zeolite dose on total Cd and contents of available Cd in soil

由表5還可見，施用沸石顯著降低了土壤有效鎘含量。與對(duì)照相比，納米沸石和普通沸石處理分別使土壤有效鎘含量降低了19.1%～24.1%和11.1%～19.9%。納米沸石和普通沸石施用量變化對(duì)土壤有效鎘的影響規(guī)律不同。土壤有效鎘含量隨納米沸石施用量的增加呈下降的趨勢(shì)，隨著普通沸石施用量的增加則先增加后減少，但兩種沸石均以高施用量（45 000 kg·hm－2）處理對(duì)土壤有效鎘的降低幅度最大。與普通沸石相比，納米沸石處理土壤有效鎘含量較低，整體上比普通沸石處理降低了1.3%～12.2%。

2.5 土壤pH值

納米沸石和普通沸石施用量對(duì)土壤pH值的影響如圖1所示。普通沸石和納米沸石不同施用量處理均顯著提高了土壤pH值，與對(duì)照相比，分別提高了0.16～0.18、0.18～0.25個(gè)pH單位。普通沸石處理對(duì)土壤pH值的提高幅度大于納米沸石，但除了普通沸石高施用量（45 000 kg·hm－2）處理土壤pH值顯著高于其他處理（P＜0.05）外，其余沸石處理間土壤pH值差異均不顯著（P＞0.05）。

2.6 土壤陽離子交換量

納米沸石和普通沸石施用量對(duì)土壤陽離子交換量的影響如圖2所示。與對(duì)照相比，除了納米沸石高施用量處理土壤陽離子交換量差異不顯著（P＞0.05）外，其余普通沸石和納米沸石不同施用量處理均顯著提高了土壤陽離子交換量，提高幅度為7.9%～14.8%（P＜0.05）。普通沸石處理和納米沸石中低施用量處理間土壤陽離子交換量無顯著差異（P＞0.05），但可以看出，土壤陽離子交換量以納米沸石中施用量處理最高，為8.47 cmol（+）·kg－1。

圖1 不同沸石施用量對(duì)土壤pH值的影響Figure 1 Effect of different zeolite dose on soil pH value

圖2 不同沸石施用量對(duì)土壤陽離子交換量的影響Figure 2 Effect of different zeolite dose on soil cation exchange capacity

2.7 沸石施用量、土壤有效鎘含量、大白菜鎘含量間的相關(guān)性

納米沸石和普通沸石施用量分別與土壤有效鎘含量、大白菜鎘含量間的相關(guān)關(guān)系如表6所示。納米沸石和普通沸石施用量均分別與土壤有效鎘含量存在（極）顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=－0.635，P＜0.05；r=－0.731，P＜0.01），與大白菜地上部和根部鎘含量也分別存在（極）顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（表6）。在普通沸石和納米沸石處理土壤中，土壤有效鎘含量均分別與大白菜地上部鎘含量和根部鎘含量存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系（r＞0.739；P＜0.01）。

3 討論

本試驗(yàn)中，施用納米沸石和普通沸石顯著提高了大白菜產(chǎn)量。納米沸石以中用量（22 500 kg·hm－2）處理大白菜產(chǎn)量最高，普通沸石以高施用量（45 000 kg· hm－2）產(chǎn)量最高（表3）。施用納米沸石和普通沸石不同程度地提高了大白菜氨基酸、還原糖和Vc含量，以納米沸石中、低施用量（≤22 500 kg·hm-2）處理提高效果最顯著。值得注意的是，本試驗(yàn)中，納米沸石和普通沸石對(duì)大白菜硝酸鹽含量的影響不明顯，但納米沸石處理大白菜硝酸鹽含量較對(duì)照有一定的提高作用。這可能是由于施用納米沸石增強(qiáng)了土壤對(duì)銨離子的吸附能力，減少田間氨揮發(fā)損失，提高了土壤氮素利用率，促進(jìn)大白菜對(duì)氮的吸收積累，而大白菜本身是一種易積累硝酸鹽的作物，隨著沸石施用量的增加，大白菜對(duì)氮的吸收積累量越大，植物體內(nèi)的硝酸鹽來不及還原和轉(zhuǎn)化，從而增加了硝酸鹽含量。本試驗(yàn)中沸石導(dǎo)致大白菜硝酸鹽含量增加的具體原因還有待進(jìn)一步研究。

研究表明[18-20]，當(dāng)植物體內(nèi)鎘積累到一定程度時(shí)，植物就會(huì)表現(xiàn)出生長遲緩、植株矮小、葉片黃化等鎘毒害癥狀，最終降低作物產(chǎn)量和品質(zhì)。向土壤中添加修復(fù)劑可通過有效固定重金屬鎘來降低鎘向植物的遷移及對(duì)植物的毒害，從而促進(jìn)植物的生長發(fā)育[21-23]。本試驗(yàn)中，納米沸石和普通沸石對(duì)大白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的提高，與納米沸石和普通沸石對(duì)大田土壤Cd污染的修復(fù)作用有重要關(guān)系。施用納米沸石和普通沸石均顯著降低了土壤有效Cd含量（表5），從而有效阻止了Cd向大白菜的遷移，降低了大白菜地上部和根部Cd含量（表4），減少了Cd對(duì)大白菜的毒害，且納米沸石和普通沸石施用量均分別與土壤有效Cd含量、大白菜地上部、根部Cd含量之間均存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤有效Cd含量和大白菜Cd含量之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系（表6）。另一方面，納米沸石和普通沸石對(duì)大白菜生長的促進(jìn)作用也可能與沸石對(duì)土壤理化性質(zhì)的改善有關(guān)[24-25]。沸石本身是一種良好的土壤改良劑，施入土壤中能促使團(tuán)聚體形成[26]、調(diào)節(jié)土壤pH值和陽離子交換量[26-27]，以及增加土壤對(duì)銨離子、鉀離子等陽離子的吸附能力，從而提高養(yǎng)分有效性，促進(jìn)植物生長[25]。熊仕娟等[28]利用普通沸石和納米沸石進(jìn)行大白菜土培試驗(yàn)的研究結(jié)果也表明，納米沸石和普通沸石對(duì)土壤鎘的修復(fù)和對(duì)土壤理化性質(zhì)的改善是沸石處理提高大白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的兩個(gè)重要原因，該研究中，與不施沸石的對(duì)照相比，不同施用量的納米沸石和普通沸石處理均明顯提高了土壤pH值和陽離子交換量，有效降低了土壤可交換態(tài)鎘含量，抑制鎘向大白菜體內(nèi)的遷移，緩解了鎘對(duì)大白菜的毒害，提高了大白菜生物量和品質(zhì)，且與普通沸石相比，納米沸石由于對(duì)土壤鎘的修復(fù)效果及對(duì)土壤理化性質(zhì)的改善效果更明顯，其對(duì)大白菜生物量和品質(zhì)的提高效果也更突出。本試驗(yàn)中，施用納米沸石和普通沸石也顯著提高了土壤pH值和土壤陽離子交換量，改善了土壤理化性質(zhì)。但本試驗(yàn)中，納米沸石和普通沸石施用量對(duì)土壤pH值和陽離子交換量的影響趨勢(shì)與熊仕娟等[2，28]的試驗(yàn)結(jié)果不同，其原因與土壤理化性質(zhì)以及試驗(yàn)環(huán)境條件有關(guān)。此外，值得注意的是，本試驗(yàn)中，納米沸石和普通沸石均在高施用量（45 000 kg·hm-2）條件下對(duì)土壤有效Cd含量的降低效果最好，而此時(shí)納米沸石處理大白菜產(chǎn)量反而下降。這是因?yàn)榧{米沸石比普通沸石具有更大的重金屬吸附能力和陽離子交換能力，高施用量的納米沸石在更有效地吸收固定重金屬的同時(shí)，也過多吸附了土壤中的養(yǎng)分，不利于植物養(yǎng)分吸收，從而對(duì)植物生長產(chǎn)生負(fù)面影響[29]。普通沸石由于對(duì)土壤養(yǎng)分的吸附固定較少，在高施用量（45 000 kg·hm-2）條件下對(duì)大白菜仍有良好的增產(chǎn)效果?？上驳氖牵┯眉{米沸石在更有效地降低土壤有效Cd含量和大白菜Cd含量的同時(shí)，也更顯著地提高了大白菜產(chǎn)量和品質(zhì)。

表6 沸石施用量、土壤有效鎘含量、大白菜鎘含量間的相關(guān)系數(shù)（r）Table 6 Correlation coefficient（r）among the treatment of zeolite dose，available Cd contents in soil and Cd concentration in Chinese cabbage

植株生物量及其鎘含量與植株鎘積累量存在直接的因果關(guān)系。在植物鎘含量降低的情況下，由于植株生物量的明顯增加，也可能隨之導(dǎo)致鎘在植物體內(nèi)積累量的增加[2，30]。本試驗(yàn)中，與不施沸石的對(duì)照相比，施用納米沸石和普通沸石均顯著降低了大白菜地上部和根部鎘含量，但由于施用沸石同時(shí)也明顯增加了大白菜植株地上部和根部生物量，納米沸石和普通沸石處理在絕大多數(shù)情況下，也較對(duì)照提高了大白菜地上部、根部和總植株鎘積累量。對(duì)比大白菜地上部和根部鎘積累量，由于地上部生物量遠(yuǎn)高于根部，其積累量也明顯更高。對(duì)土壤全鎘含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，2種沸石中、低施用量（≤22 500 kg·hm-2）處理不同程度地降低了土壤全鎘含量，但高施用量處理土壤全鎘含量有所增加。沸石對(duì)土壤全鎘含量的影響可能與沸石本身的性質(zhì)、田間管理方法（農(nóng)戶施肥和噴農(nóng)藥等）、田間氣候及土壤環(huán)境等多種因素有關(guān)，具體原因還有待深入研究。

4 結(jié)論

（1）施用納米沸石和普通沸石均提高了大田大白菜產(chǎn)量，以中量（22 500 kg·hm-2）納米沸石處理最高，高量（45 000 kg·hm-2）普通沸石處理次之。但普通沸石和納米沸石處理間大白菜產(chǎn)量差異不顯著。

（2）納米沸石和普通沸石中、低施用量（≤22 500 kg·hm-2）提高了大白菜氨基酸、還原糖和Vc含量。納米沸石處理大白菜氨基酸、還原糖、Vc和硝酸鹽含量整體高于普通沸石處理。

（3）施用納米沸石和普通沸石顯著降低了土壤有效鎘含量，從而明顯降低了大白菜各部位鎘含量，且降低效果隨沸石施用量的增加而增加。在相同施用量下，以納米沸石對(duì)土壤鎘污染的修復(fù)效果優(yōu)于普通沸石。

[1]王立群,羅磊,馬義兵,等.重金屬污染土壤原位鈍化修復(fù)研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2009,20（5）：1214-1222.

WANG Li-qun,LUO Lei,MA Yi-bing,et al.In situ immobilization remediation of heavy metals-contaminated soils：A review[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2009,20（5）：1214-1222.

[2]熊仕娟,徐衛(wèi)紅,謝文文,等.納米沸石對(duì)土壤Cd形態(tài)及大白菜Cd吸收的影響[J].環(huán)境科學(xué),2015,36（12）：4630-4641.

XIONG Shi-juan,XU Wei-hong,XIE Wen-wen,et al.Effect of nano zeolite on chemical fractions of Cd and its uptake by cabbage in soil[J]. Environmental Science,2015,36（12）：4630-4641.

[3]Damian F,Damian D.Detoxification of heavy metal contaminated soils [J].American Journal of Environmental Sciences,2007,3（4）：193-198.

[4]謝飛,梁成華,孟慶歡,等.添加天然沸石和石灰對(duì)土壤鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2014,8（8）：3504-3510.

XIE Fei,LIANG Cheng-hua,MENG Qing-huan,et al,Effects of natural zeolite and lime on form transformation of cadmium in soil[J].Chinese Journal of Environmental Engineering,2014,8（8）：3504-3510.

[5]解占軍,王秀娟,牛世偉,等.沸石與改性沸石在土壤質(zhì)量改良中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].雜糧作物,2006,26（2）：142-144.

XIE Zhan-jun,WANG Xiu-juan,NIU Shi-wei,et al.Zeolite and modified application as soil amendment[J].Rain Fed Crops,2006,26（2）：142-144.

[6]王秀麗,梁成華,馬子惠,等.施用磷酸鹽和沸石對(duì)土壤鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響[J].環(huán)境科學(xué),2015,36（4）：1437-1444.

WANG Xiu-li,LIANG Cheng-hua,MA Zi-hui,et al.Effects of phosphate and zeolite on the transformation of Cd speciation in soil[J].Environmental Science,2015,36（4）：1437-1444.

[7]李明遙,張妍,杜立宇,等.生物炭與沸石混施對(duì)土壤Cd形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2014,28（3）：248-252.

LI Ming-yao,ZHANG Yan,DU Li-yu,et al.Influence of biochar and zeolite on the fraction transform of cadium in contaminated soil[J].Journal of Soil and Water Conservation,2014,28（3）：248-252.

[8]Paola,Pietro,Margherita,et al.Influence of pea and wheat growth on Pb, Cd,and Zn mobility and soil biological status in a polluted amended soil [J].Geoderma,2009,151（3）：241-248.

[9]Hamidpour M,Afyuni M,Kalbasi M,et al.Mobility and plant-availability of Cd（Ⅱ）and Pb（Ⅱ）adsorbed on zeolite and bentonite[J].Applied Clay Science,2010,48（3）：342-348.

[10]Oste L A,Lexmond T M,Van Riemsdijk W H.Metal immobilization in soils using synthetic zeolites[J].Journal of Environmental Quality, 2002,31（3）：813-821.

[11]Fard N E,Givi J,Houshmand S.The effect of zeolite,bentonite and sepiolite minerals on heavy metal uptake by sunflower[J].Journal of Science and Technology of Greenhouse Culture,2015,6（21）：55-64.

[12]Kashem M A,Kawai S,Kikuchi N,et al.Effect of lherzolite on chemical fractions of Cd and Zn and their uptake by plants in contaminated soil[J].Water,Air,and Soil Pollution,2010,207（1-4）：241-251.

[13]李翔.納米沸石在動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分中的應(yīng)用研究[D].上海：復(fù)旦大學(xué),2013.

LI Xiang.Study on the application of nano zeolite in dynamic kinetic resolution[D].Shanghai：Fudan University,2013.

[14]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.

LU Ru-kun.Methods of soil agricultural chemistry analysis method[M]. Beijing：Chinese Agricultural Science and Technology Press,2000.

[15]Liu X M,Li H,Li R,et al.Combined determination of surface properties of nano-colloidal particles through ion selective electrodes with potentiometer[J].Analyst,2013,138（4）：1122-1129.

[16]GBT 23739—2009土壤質(zhì)量-有效態(tài)鉛和鎘的測(cè)定-原子吸收法[S].

GBT 23739—2009 Soil quality-Determination of available lead and cadmium-atomic absorption spectrometry[S].

[17]李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社,1999.

LI He-sheng.The experiment principle and technique on plant physiology and biochemistry[M].Beijing：Higher Education Press,1999.

[18]高芳,林英杰,張佳蕾,等.鎘脅迫對(duì)花生生理特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].作物學(xué)報(bào),2011,37（12）：2269-2276. GAO Fang,LIN Ying-jie,ZHANG Jia-lei,et al.Effects of cadmium stresses on physiological characteristics,pod yield,and seed quality of peanut[J].Acta Agronomica Sinica,2011,37（12）：2269-2276.

[19]劉柿良,石新生,潘遠(yuǎn)智,等.鎘脅迫對(duì)長春花生長,生物量及養(yǎng)分積累與分配的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2013,22（3）：154-161.

LIU Shi-liang,SHI Xin-sheng,PAN Yuan-zhi,et al.Effects of cadmium stress on growth,accumulation and distribution of biomass and nutrient in Catharanthus roseus[J].Acta Prataculturae Sinica,2013,22（3）：154-161.

[20]Hasan S A,Fariduddin Q,Ali B,et al.Cadmium：Toxicity and tolerance in plants[J].Journal of Environmental Biology,2009,30（2）：165-174.

[21]Cui L,Pan G,Li L,et al.The reduction of wheat Cd uptake in contaminated soil via biochar amendment：A two-year field experiment[J]. Bioresources,2012,7（4）：5666-5676.

[22]Eshghi S,Mahmoodabadi M R,Abdi G R,et al.Zeolite ameliorates the adverse effect of cadmium contamination on growth and nodulation of soybean plant（Glycine max L.）[J].Journal of Biological and Environmental Sciences,2010,4（10）：43-50.

[23]Sun Y,Wu Q T,Lee C C C,et al.Cadmium sorption characteristics of soil amendments and its relationship with the cadmium uptake by hyperaccumulator and normal plants in amended soils[J].International Journal of Phytoremediation,2014,16（5）：496-508.

[24]李華興,李長洪,張新明,等.沸石對(duì)土壤養(yǎng)分生物有效性和土壤化學(xué)性質(zhì)的影響研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2001,12（5）：743-745.

LI Hua-xing,LI Chang-hong,ZHANG Xin-ming,et al.Effect of natural zeolite on soil nutrient bioavailability and soil chemical properties [J].Chinese Journal of Applied Ecology,2001,12（5）：743-745.

[25]張莉,趙保衛(wèi),李瑞瑞.沸石改良土壤的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2012,37（1）：39-43.

ZHANG Li,ZHAO Bao-wei,LI Rui-rui.Research progress of soil amelioration with zeolite[J].Environmental Science and Management, 2012,37（1）：39-43.

[26]Li H,Shi W Y,Shao H B,et al.The remediation of the lead-polluted garden soil by natural zeolite[J].Journal of Hazardous Materials,2009, 169（1/2/3）：1106-1111.

[27]Merrikhpour H,Jalali M.Comparative and competitive adsorption of cadmium,copper,nickel,and lead ions by Iranian natural zeolite[J]. Clean Tech Environ Policy,2013,15（2）：303-316.

[28]熊仕娟.納米沸石對(duì)Cd污染土壤的修復(fù)效應(yīng)及機(jī)理研究[D].重慶：西南大學(xué),2016.

XIONG Shi-juan.Studies on mechanism and remediation of nano zeolite in Cd contaminated soils[D].Chongqing：Southwest University, 2016.

[29]祁娜,孫向陽,張婷婷,等.沸石在土壤改良及污染治理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39（11）：133-135.

QI Na,SUN Xiang-yang,ZHANG Ting-ting,et al.Advances in the application of zeolite in soil improvement and pollution control[J]. Guizhou Agricultural Science,2011,39（11）：133-135.

[30]周坤,劉俊,徐衛(wèi)紅,等.外源鋅對(duì)不同番茄品種抗氧化酶活性、鎘積累及化學(xué)形態(tài)的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2014,34（6）：1592-1599.

ZHOU Kun,LIU Jun,XU Wei-hong,et al.Effect of exogenous zinc on activity of antioxidant enzyme,accumulation and chemical forms of cadmium in different varieties of tomato[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2014,34（6）：1592-1599.

Effect of nano zeolite application amount on Cd up take by Chinese cabbage and soil available Cd content

ZHENG Ying-hui,XIONG Shi-juan,XU Wei-hong*,LI Xin-chen,LUO Yu,QIN Yu-li,ZHAO Wan-yi
（College of Resources and Environmental Sciences,Southwest University,Chongqing 400715,China）

Field experiments were carried out to investigate the effect of nanozeolite and ordinary zeolite at the amounts of 11 250,22 500 and 45 000 kg·hm-2on the yield and cadmium uptake by Chinese cabbage,and available cadmium contents in soil.The results showed that nanozeolite and ordinary zeolite could increase the yield of Chinese cabbage by 21.3%～35.2%and 16.1%～31.8%,respectively.The highest yield of Chinese cabbage was found at nanozeolite application amount of 22 500 kg·hm-2and ordinary zeolite application amount of 45 000 kg·hm-2,respectively.Nanozeolite and ordinary zeolite（≤22 500 kg·hm-2）increased the contents of amino acids,reducing sugar and Vc in Chinese cabbage.The contents of cadmium in shoots and roots revealed the reduction by 19.3%～37.4%and 9.9%～16.2%after nanozeolite and ordinary zeolite treatments,respectively.The application of nanozeolite and ordinary zeolite significantly reduced available cadmium content in soil in a dose-dependent manner.The application amount of zeolite showed significantly negative relationships with available cadmium content in soil（r=-0.591,P<0.01）,and were extremely negatively correlated with cadmium content in shoots and roots of Chinese cabbage（r=-0.697,-0.766;P<0.01）.More obvious effects on increasing the yield of Chinese cabbage,and reducing cadmium content in Chinese cabbage and available cadmium content in soil were observed during nanozeolite treatments than those during ordinary zeolite treatments.

soil cadmium contamination;nanozeolite;available cadmium content in soil;cadmium uptake;Chinese cabbage

X53

A

1672-2043（2016）12-2353-08

10.11654/jaes.2016-0717

鄭熒輝，熊仕娟，徐衛(wèi)紅，等.納米沸石對(duì)大白菜鎘吸收及土壤有效鎘含量的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2016,35（12）：2353-2360.

ZHENG Ying-hui,XIONG Shi-juan,XU Wei-hong,et al.Effect of nano zeolite application amount on Cd up take by Chinese cabbage and soil available Cd content[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35（12）:2353-2360.

2016－05－25

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（Nycytx-25）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20477032）；國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2007BAD87B10）

鄭熒輝（1995—），女，河北唐山人，本科生，主要從事土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究。E-mail：1004199434@qq.com

*通信作者：徐衛(wèi)紅E-mail：xuwei_hong@163.com