重金属是典型的土壤污染物，具有隐蔽性、难降解、移动性差和易被富集等特点^[1-2]，由于工农业污水和生活垃圾的排放，我国农业土壤Cd 的污染日益严重，污染源呈多元化发展。2011年底，我国受Cd、Cr、As、Pb 等重金属污染的耕地面积近2000万h皂圆，＜占耕地面积的1/5，其中Cd 污染最为严重，导致每年被重金属污染的粮食超过1200万t^[3-4]。农田重金属不仅干扰土壤正常功能，妨碍作物生长，还通过土壤-作物迁移，经食物链威胁人体健康，尤其是重金属Cd，其生物有效性比其他重金属更容易在农产品中积累，生物毒性强，更容易危害人体健康^[5-8]。因此，重金属在土壤和作物之间的迁移规律对污染农田的评估以及农田环境质量标准的制定具有重要的意义。作物吸收土壤中的重金属量不仅和土壤中重金属含量有关，施用不同的肥料或物料也有可能改变土壤的理化性质和土壤中重金属的形态从而影响植物对土壤中重金属的吸收^[9-14]，不同的作物，甚至是不同基因型的同种作物对土壤重金属的富集特征都明显不同^[15-18]。降低植物中的重金属含量可以从以下两个方面进行：一是改变土壤重金属的浓度和活性，如换土、客土、清洗、电化法和施用有机物、粉煤灰、石灰、粘土矿物等，包括各种调理剂（如土壤纯化剂）的使用等；二是选用食用部位重金属积累少的作物品种。

我国南方地区土壤以红壤为主，pH 值普遍偏低，重金属活性较高，导致Cd 等重金属的潜在生态危险较高^[19]。有学者在湘江中下游取样，分析结果显示：研究区域蔬菜Cd 的超标率为68.8%，土壤Cd的超标率为68.5%^[20]，其中在长沙市农产品Cd 的超标率为56%，叶菜类超标率更是高达96.3%^[21]；另外还有文献报道广州市内销售叶菜类的Cd 超标率达26.1%，属于中度污染，各类蔬菜的污染程度如下：叶菜类＞根菜类＞果菜类^[22-23]。

Cd 是人体非必需元素，高浓度的Cd 会对人体健康产生危害^[24]。因此，通过选用低累积品种蔬菜以及施用适宜的肥料来钝化和减少蔬菜对Cd 的吸收，具有重要的现实意义。有报道施硅、功能微生物菌肥可钝化土壤镉的生物有效性^[25-26]，因此本文盆栽研究了硅镁肥、复合微生物肥和生产上常用的鸡粪有机肥及普通复合肥对特青60 天菜心和油绿80 天菜心等两种菜心的生长及污染土壤Cd 的吸收与迁移的影响，以明确Cd 高低富集能力不同的菜心品种对基肥的响应，获得能促进作物生长并钝化Cd 的适宜肥料种类。

参试的菜心品种为特青60 天菜心（高积累Cd品种）和油绿80 天菜心（相对低积累Cd 品种）^[27-28]，购于广州市农科院。试验土样取自广州天河区华南农业大学农场中前茬进行大豆镉污染试验的污染红壤，供试土壤经风干、压碎和过5 mm 孔径筛后混匀，用于盆栽试验，其基本理化性质如下：全氮1.41 g·kg^-1、全磷2.19 g·kg^-1、全钾27.09 g·kg^-1、有机质23.78 g·kg^-1、碱解氮76.38 mg·kg^-1、速效磷106.27 mg·kg^-1、速效钾211.51 mg·kg^-1、全Cd 2.61 mg·kg^-1，pH 值为5.27。鸡粪有机肥、硅镁肥、复合微生物肥以及普通复合肥等4种肥料Cd 的本底值分别为280.68、39.54、117.36、123.45 μg·kg^-1。

按2 个品种菜心、2 个污染浓度和4 种肥料的正交试验设计，共16 个处理。污染土壤设2 个浓度水平，每盆装3 kg 土，1 kg 土中加入含1 mg Cd 的CdCl₂溶液（混匀后实际测定值为3.99 mg·kg^-1）或加入同体积的水混匀，并老化一个星期，再按照不同肥料普通施用量分别做四个处理：鸡粪有机肥33.3 g·kg^-1、普通复合肥（NPK 的含量及比例：15%-15%-15%）5 g·kg^-1、复合微生物肥1.67 g·kg^-1、硅镁肥5 g·kg^-1，同时分别向鸡粪有机肥、硅镁肥、复合微生物肥添加尿素0.33、1.61、1.43 g·kg^-1，补充到同一氮素营养水平，再将上述土壤和肥料重新混匀。菜心直接播种，每个处理三个重复，菜心种子萌芽后每个重复保留三株菜心。盆栽摆置于遮雨大棚并按随机区组摆放，每天早晚按缺水情况浇水一次，为防止污染物淋溶渗漏损失，盆栽用100目筛网垫底，并在盆下放置塑料托盘，必要时将渗漏液倒回盆中。

种植60 d后，使用便携式叶绿素仪SPAD 直接测定菜心叶绿素含量，并收获植株。用自来水洗掉泥沙并用湿布擦拭干净，将茎叶、根部根系分别放入纸质信封并置于烘箱中75℃恒温烘干，称量各部位干重，并磨成粉状用密封袋装好备用。

菜心的茎叶和根部样采用硝酸-高氯酸消解；土壤样采用硝酸-氢氟酸-高氯酸消解，Cd 的测定采用ZEEnit700P-LS 原子吸收测定仪。

试验数据用平均值依标准误（Mean依SE）来表示，采用Microsoft Excel 和SPSS 20.0 进行统计分析，并用GraphPad Prism 5 制图。

植物对重金属的转移系数= 植物地上部重金属含量/根部该元素含量

植物对重金属的富集系数（PUF）=植物地上部重金属含量/土壤中该重金属元素含量

由表 1 可知，在对照组土壤（Cd 本底值为2.61mg·kg^-1）条件下，同种肥料的油绿80 天菜心生物量显著大于特青60天菜心生物量。在鸡粪有机肥条件下，两种菜心的生物量最大，其中油绿80 天菜心的生物量为特青60 天菜心生物量的1.34 倍；在普通复合肥料条件下，两种菜心的生物量最小，特青60 天菜心的生物量仅为油绿80天菜心生物量的22.95%。由表 2可知，在土壤Cd 的含量为3.99 mg·kg^-1时，在相同肥料条件下，除了鸡粪有机肥料条件下油绿80 天菜心和特青60 天菜心的生物量有所上升，其他肥料条件下的生物量整体都下降。在鸡粪有机肥条件下油绿80 天菜心的生物量显著高于其他肥料条件下的生物量，鸡粪有机肥的油绿80 天菜心生物量分别为硅镁肥、复合微生物肥、普通复合肥的2.93、3.63、4.37 倍，同时也显著大于鸡粪有机肥条件下的特青60 天菜心的生物量（1.61倍），其他肥料条件下两种菜心之间的生物量差异不显著。从表 1 和表 2 中还可以看出，特青60 天菜心和油绿80 天菜心两个不同品种菜心的地上部与根部生物量均呈正相关。

表 1 施用不同肥料对高低累积Cd 菜心生物量的影响（CK 土壤Cd 浓度为2.61 mg·kg^-1） Table 1 Effect of applied different fertilizers on the biomass of two vegetables choy sum under 2.61 mg·kg^-1 cadmium in soil

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表 2 施用不同肥料对高低累积Cd 菜心生物量的影响（土壤Cd 浓度为3.99 mg·kg^-1） Table 2 Effect of applied different fertilizers on the biomass of two vegetables choy sum under 3.99 mg·kg^-1 cadmium in soil

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由图 1 可知，当土壤本底值Cd 浓度为2.61mg·kg^-1 以及添加Cd 混匀后Cd 的浓度为3.99 mg·kg^-1时，同种肥料条件下的同种菜心叶绿素的SPAD 值差异不显著，但特青60 天菜心的SPAD值显著高于油绿80 天菜心SPAD。当土壤镉浓度为2.61 mg·kg^-1时，在鸡粪有机肥条件下，特青60 天菜心的SPAD 值显著高于硅镁肥和复合微生物肥料条件下的SPAD值；当土壤镉浓度为3.99 mg·kg^-1 时，在鸡粪有机肥条件下，特青60 天菜心的SPAD 值显著高于复合微生物肥料条件下的SPAD 值，而油绿80 天菜心在相同镉污染土壤、不同肥料处理条件下的SPAD 值差异不显著。

图 1 不同浓度Cd 污染土壤对菜心叶绿素SPAD 值的影响 Figure 1 Effect of choy sum of chlorophyll when soil contaminated different concentrations of Cd

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由表 3 可知，当土壤Cd 含量为2.61 mg·kg^-1时，两种菜心茎叶和根部Cd 的含量如下：鸡粪有机肥＜硅镁肥＜复合微生物肥＜普通复合肥，其中鸡粪有机肥条件下两种菜心根茎叶Cd 的含量显著低于其他三种肥料条件下的含量。在普通复合肥条件下，两种菜心根部Cd含量显著高于其他肥料。在相同肥料条件下，油绿80 天菜心茎叶Cd 的含量显著低于特青60天菜心，其中在鸡粪有机肥条件下，油绿80 天菜心茎叶Cd的含量是特青60 天菜心的53.79%。不同肥料条件下的特青60 天菜心和油绿80 天菜心茎叶Cd的含量均高于根部的含量，其根际土Cd 含量差异性不显著。

表 3 施用不同肥料对高低累积Cd 菜心茎叶、根和根际土Cd含量的影响（CK 土壤Cd浓度2.61 mg·kg^-1） Table 3 Effect of applied different fertilizers on the content of Cd of stem leaf，root and rhizosphere soil of two vegetables choy sum under 2.61 mg·kg^-1 cadmium in soil（CK）

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由表 4 可知，当土壤Cd 含量3.99 mg·kg^-1 时，不同肥料处理下的两种菜心茎叶、根部和根际土Cd 的含量都增加，且不同肥料间菜心茎叶和根部Cd 含量差异均显著，其中油绿80 天菜心茎叶Cd 的含量均显著低于特青60天菜心。在鸡粪有机肥料处理条件下油绿80 天菜心的茎叶和根部Cd 的含量最小，分别为特青60 天菜心茎叶和根部Cd 含量的34.08%和70.73%。另外，当土壤Cd 含量为3.99 mg·kg^-1时，油绿80 天菜心的根部Cd 含量明显比茎叶的含量高。

表 4 施用不同肥料对高低累积Cd菜心茎叶、根和根际土Cd 含量的影响（土壤Cd 浓度3.99 mg·kg^-1） Table 4 Effect of applied different fertilizers on the content of Cd of stem leaf，root and rhizosphere soil of two vegetables choy sum under 3.99 mg·kg^-1 cadmium in soil1

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由图 2可知，相同肥料条件下，特青60 天菜心对Cd 的富集系数显著大于油绿80 天菜心，因此特青60 天菜心比油绿80 天菜心更容易富集重金属Cd。在鸡粪有机肥条件下，油绿80 天菜心和特青60 天菜心对Cd 的富集系数达到最小值，显著低于其他肥料条件下的富集系数。在土壤Cd 浓度为2.61 mg·kg^-1时，油绿80 天菜心对Cd 的富集系数为1.24，特青60天菜心对Cd 的富集系数为2.00，土壤Cd 浓度为3.99 mg·kg^-1时，油绿80 天菜心对Cd 的富集系数为0.96，特青60 天菜心对Cd 的富集系数为2.28，而在其他肥料条件下的特青60 天菜心和油绿80 天菜心的富集系数都远大于2。因此，鸡粪有机肥料有利于减少两种菜心对土壤中Cd 的富集。而普通复合肥条件下的两种菜心的富集系数达到最大值，且随着土壤中的Cd 浓度的增加，富集系数变大，显著高于其他肥料的富集系数。总体上，特青60 天菜心和油绿80天菜心在不同肥料条件下对Cd 的富集系数如下：鸡粪有机肥＜硅镁肥＜复合微生物肥＜普通复合肥，其中鸡粪有机肥条件下的两种菜心的转移系数均显著低于其他肥料（P＜0.05）。

图 2 不同肥料对菜心Cd 富集的影响 Figure 2 Effects of different fertilizers on the choy sum in Cd enrichment

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由图 3 可知，随着土壤Cd 含量增加，特青60 天菜心和油绿80 天菜心对Cd 的转移系数总体上是下降的。在鸡粪有机肥和复合微生物肥条件下，油绿80天菜心的转移系数显著小于特青60 天菜心的转移系数，其中在鸡粪有机肥条件下油绿80 天菜心的转移系数分别为1.24 和0.96，特青60 天菜心的转移系数分别为2.89和1.99。另外当土壤Cd 含量为3.99 mg·kg^-1时，不同肥料条件下的油绿80 天菜心对Cd 的转移系数均小于1。

图 3 不同肥料对菜心Cd 转移的影响 Figure 3 Effects of different fertilizers on the choy sum in Cd transfer

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Cd 不是植物的必要营养元素，却是生物毒性最强的重金属之一，当植物组织内Cd 的含量达到一定值时就会对某些植物产生不同程度的毒害，通常的毒害症状有生长迟缓、植株矮小，叶片退绿、产量下降甚至死亡，因而植物的生物量可以作为对Cd 的耐性的一个指标。Cd 具有生物毒性，在植物体内富集，通过食物链危害人体健康，那么蔬菜的可食部分Cd 的含量多少，对人体的健康有着间接的联系，因此研究不同肥料处理条件下，不同菜心对Cd 的富集和转移以及对其生长情况的影响尤其重要。

肥料进入土壤中，能改变土壤的肥力，从而改变植物的生物量；能通过提高或者降低土壤pH 值以及携带的竞争离子，改变土壤溶液重金属的有效性；通过影响作物根系和茎叶的代谢过程，络合或沉淀土壤的重金属，影响植物对重金属的吸收。本研究采用的盆栽实验，在相同Cd 污染浓度下，特青60 天和油绿80 天两种菜心的生物量呈以下规律：鸡粪有机肥＞硅镁肥＞复合微生物肥＞普通复合肥，其中鸡粪有机肥处理组的生物量显著高于其他三种肥料处理组的生物量，因此鸡粪有机肥最适合用于菜心的种植，硅镁肥次之。该结果和唐明灯等^[29]研究结果是一致的，这可能是因为鸡粪有机肥中除了含有有机物质以外，还含有磷和钾等元素，所以合理施用鸡粪有机肥，能有效促进作物生长发育，提高产量^[30-31]；硅肥尽管不是植物生长的必需元素，在适量的施用水平，仍能促进禾本科、甜菜以及许多双子叶植物的生长发育^[32-34]。

何翠屏等^[35]研究表明，Cd 胁迫能使植物产生自由基，攻击叶绿素，造成叶绿素破坏，导致叶片失绿。本实验结果显示，在相同浓度Cd 污染的土壤条件下，特青60 天菜心叶绿素的SPAD 值显著大于油绿80 天菜心的SPAD 值，可能是因为特青60 天菜心和油绿80 天菜心品种不同而造成的SPAD 值不同，但在鸡粪有机肥条件下特青60 天菜心的SPAD 值显著高于复合微生物肥料，则可能是因为在鸡粪有机肥条件下特青60 天菜心茎叶镉的含量少于复合微生物肥料处理条件下的含量，从而减少Cd 对叶绿素的破坏。另外，当油绿80天菜心茎叶Cd 的含量超过5.80mg·kg^-1 时，显著抑制了油绿80 天菜心生物量，当特青60 天菜心茎叶Cd 的含量超过9.50 mg·kg^-1 时也会显著抑制特青60 天菜心的产量，与阳继辉等^[36]的研究结果是相似的。

王凤花等^[37]和王艳红等^[38]研究表明，施用普通化肥能明显提高小白菜茎叶和根部的Cd 的含量，而施用鸭粪有机肥能有效地减少茎叶Cd 的含量，根部Cd含量也比施用普通化肥的低；适量施用硅素调节剂能显著降低叶菜茎叶和根部Cd 的含量，与本实验的研究结果一致：油绿80天菜心和特青60 天菜心茎叶和根部Cd 含量的规律是鸡粪有机肥＜硅镁肥＜复合微生物肥＜普通复合肥，其中鸡粪有机肥处理条件下的植物体内Cd含量显著低于其他肥料处理。普通复合肥处理的菜心体内Cd 的含量却显著高于其他肥料处理，原因可能是：第一，施用鸡粪有机肥，增加土壤的有机质、腐殖质，通过络合和螯合固定Cd，进而降低Cd 对菜心的有效性；第二，施用鸡粪有机肥能提高土壤pH值，普通化肥则降低土壤pH 值，而土壤中有效Cd 与土壤pH值呈负相关关系^[39-40]。除土壤重金属的生物有效性外，植物对重金属的积累能力还取决于根系对重金属的吸收能力和转运能力^[41]。本实验在不同肥料处理下，不同菜心根际土Cd 的含量差异不显著，但随着土壤Cd 含量的增加，根际土、菜心根部和茎叶Cd 的含量也增加，因此在一定范围内高浓度的Cd 促进两种菜心对Cd 的吸收，而吸收Cd 的含量越多，Cd 对菜心的毒害越大，生物量越少。虽然在鸡粪有机肥条件下两种菜心对Cd 的转移系数最大，但它们对Cd 的富集系数是最少的，因此两种菜心在鸡粪有机肥条件下的茎叶和根部相对其他肥料来说Cd的分布是最少的。

总的来说，在四种肥料中，鸡粪有机肥能减少特青60 天菜心和油绿80 天菜心对Cd 的富集，同时促进植物的生长，是四种肥料中最佳的选择，而普通复合肥却是恰恰相反。对于特青60 天和油绿80 天两种菜心来说，在Cd 污染土壤环境下，油绿80 天菜心对Cd 的富集系数和转移系数都低于特青60 天菜心，并且油绿80 天菜心的生物量也大于特青60 天菜心的生物量。该结果和邱丘等^[28]以及黄志亮等^[42]研究结果是一致的。不同品种的蔬菜对镉的吸收及其生长影响不同。大量研究表明植物体内Cd的亚细胞分布与不同物种（或基因型）的Cd 积累、转运以及解毒等过程有关^[43-44]。植物细胞壁含有大量的纤维素、半纤维素和木质素等多糖以及黏胶和蛋白质，这些物质能够提供大量的包括羟基、胺类和醛基在内的功能基团，这些基团能够吸附Cd 离子从而限制其跨膜扩散。邱丘等^[28]研究发现，菜心能通过细胞壁和Cd 结合，有效降低胞质中Cd 离子的浓度从而减轻Cd 对细胞器的毒害，其中低积累品种菜心LB70 体内与细胞壁结合的Cd的能力高于CX4 基因型的菜心。这也可能是油绿80 天菜心较特青60 天菜心低积累Cd的原因。

（1）几种肥料对促进菜心生长和抑制Cd 吸收的效应差异显著，其作用大小规律如下：鸡粪有机肥＞硅镁肥＞复合微生物肥＞普通复合肥。中高浓度Cd对特青60 天菜心和油绿80 天菜心的叶绿素和生长有抑制作用，且随着Cd 浓度的增加，抑制作用加强。

（2）在Cd 污染土壤条件下，油绿80 天菜心的产量显著高于特青60天菜心，且对Cd 的富集显著低于特青60 天菜心，在鸡粪有机肥和硅镁肥条件下，Cd转移率也显著低于特青60 天菜心，因此油绿80 天菜心与特青60天菜心相比适合在Cd污染土壤种植。