镉（Cd）是一种毒性较强的重金属，土壤中有效态Cd可被作物吸收进而通过食物链进入人体，危害人类健康^[1-3]。近年来，由于污灌、粪肥、农用化学物质的不合理施用以及工业“三废”的排放，中国耕地土壤Cd污染形势日益严峻^[4]，全国土壤污染状况调查公报显示，土壤Cd点位超标率达到7.0%^[5]。尤其菜地重金属污染问题日益凸显，曾希柏等^[6]研究结果表明，按照《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）中的Ⅱ级标准来衡量，全国约24.1%的菜地样本Cd含量超标。大量的研究表明，肥料的施用是土壤中Cd的主要来源之一，而且不同肥料及不同的施肥措施对土壤和作物中Cd含量的影响也不相同^[7-8]。目前对于Cd污染土壤的调控、修复方面的研究多集中于利用改土、电化、淋溶^[9-11]、钝化络合^[12-13]等工程修复以及通过植物、微生物、动物等生物修复^[14-15]，而关于利用农艺措施阻控Cd污染土壤方面的研究相对较少，仅有的报道也主要是研究施肥量对于Cd输入输出平衡的影响，针对肥料品种及其如何搭配的研究较少，研究对象也多集中于水稻、玉米^[16]等粮食作物。油麦菜是市场常见的叶类蔬菜，在我国广泛种植。但以油麦菜为代表的设施叶类蔬菜由于生长周期短，一年可重复种植多茬，而且施肥量普遍较高，相比其他蔬菜，叶菜对Cd的吸收和富集能力更强，不合理的施肥可以造成其品质下降^[17]和Cd污染风险^[18-19]。有研究表明籽粒苋具有生物量大、生长速度快、对Cd吸收能力强的特点，可用于防控土壤Cd累积^[20]。本文通过在高含量Cd的设施土壤上连续进行2年4茬的油麦菜栽培试验，研究不同施肥并结合填闲种植籽粒苋对油麦菜产量、Cd吸收及土壤中Cd含量的影响，分析评价上述农艺措施对阻控Cd污染的作用，为轻度污染土壤上叶类蔬菜科学施肥及安全生产提供依据。

1 材料与方法 1.1 研究区情况

试验于2017年3月至2018年10月在河北省青县李营村北大棚（116°45′38.10″E，38°31′53.11″N）进行，试验对象为油麦菜，土壤为潮土，试验开始前对试验地土壤情况进行取样分析，理化性质见表 1。

1.2 试验设计

试验共设6个处理：羊粪处理、鸡粪处理、化肥处理、羊粪+化肥处理、鸡粪+化肥处理、不施肥处理。各处理施氮量均为144kg·hm^-2。羊粪处理、化肥处理、鸡粪+化肥处理、羊粪+化肥处理P₂O₅和K₂O的用量分别为90kg·hm^-2和90kg·hm^-2。试验所用羊粪含氮（N）0.8%、磷（P₂O₅）0.5%、钾（K₂O）0.5%，pH9.22；鸡粪含氮（N）1.6%、磷（P₂O₅）1.5%、钾（K₂O）0.85%，pH7.86。磷酸二铵Cd含量为0.59mg·kg^-1，羊粪Cd含量为0.18mg·kg^-1，鸡粪Cd含量为0.25mg·kg^-1。化肥为尿素、磷酸氢二铵、硫酸钾。试验采用单因素随机区组设计，每个处理3次重复，小区面积为7.0m×2.1m。油麦菜每年种植两茬，2017年4月1日定植油麦菜小苗，5月8日采收，9月7日定植小苗，10月25日采收。2018年4月5日定植油麦菜小苗，5月18日采收，9月5日定植小苗，10月25日采收。2017年5月25日至8月25日，2018年5月25日至8月30日种植籽粒苋，种植方式为种子条播，采收时将地上植株移出试验地。籽粒苋种植期间不施肥，每茬油麦菜定植前肥料采用表面撒施然后旋耕15cm。表 2为各处理代号及每茬施肥量。

1.3 测定项目与方法

产量测定：收获时，按小区收割测产量。

植株样品测定：Cd含量采用HNO₃-HClO₄消解，石墨炉原子吸收光谱法（GB5009.15—2014）测定。

土样测定：pH采用电位法（水:土＝2.5:1）；有机质含量采用重铬酸钾法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；土壤速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾采用乙酸铵提取-火焰分光光度法^[21]测定。土壤有效态Cd采用DTPA浸提石墨炉原子吸收分光光度法（GB/T23739—2009）测定；土壤全Cd采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸全消解石墨炉原子吸收分光光度法（GB/T17141—1997）测定。

1.4 数据处理

试验数据应用MicrosoftExcel2016计算和作图，应用SPSS17.0进行数据分析。

2 结果与讨论 2.1 不同施肥对油麦菜产量的影响

连续2年4茬的试验数据表明，各施肥处理的油麦菜产量均显著高于CK处理（图 1），说明试验地施肥可以提高油麦菜的产量，而且各处理产量差异表现出一致的规律性。CK、JF、YF、JF+HF、YF+HF和HF处理4茬油麦菜的平均产量分别为：4690.97、7461.94、7398.65、8413.14、8133.40kg·hm^-2和7321.27kg·hm^-2。JF+HF处理和YF+HF处理每茬的产量均显著高于其他施肥处理，表明采用有机肥料和无机肥料配合施用的方式有利于油麦菜植株的生长，能显著提高产量。JF、YF和HF处理间产量无显著性差异。

2.2 不同施肥对油麦菜植株Cd含量的影响

各处理的油麦菜植株中Cd的含量范围在0.018~0.035mg·kg^-1（表 3），均未超过《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB2762—2017）对叶菜限定的标准值0.2mg·kg^-1，表明试验所采用施肥量及施肥模式可以满足油麦菜的安全质量。但连续4茬各处理间植株中的Cd含量存在差异，其中2017年第2茬至2018年第2茬，连续3茬CK处理和HF处理的植株Cd含量显著高于其他处理，这与CK处理生物量显著低于其他处理，植株吸收重金属元素的生物稀释作用不足导致单位质量Cd浓度相对增加有关，进而表明合理施肥可以增加生物量，降低植株Cd的含量。这与前人研究结果^[22-25]类似。本试验中所施用的肥料中鸡粪、羊粪和磷酸二铵含有Cd，JF、YF、HF、JF+HF、YF+HF处理每茬Cd输入量分别是2250.00、3240.00、126.56、1155.98mg·hm^-2和1682.84mg·hm^-2。从Cd输入量来看，HF处理最少，但第2茬至第4茬HF处理植株中Cd含量均显著高于其他处理，表明化肥的施用可促进植株对Cd吸收，这与化肥的施入对Cd形态转化特征产生了影响有关^[26-28]，而且有研究表明有机肥的施入可以降低植株Cd含量^[29]。值得注意的是各处理植株Cd含量均呈现小幅度下降的趋势。

2.3 各处理籽粒苋Cd吸收情况

由表 4数据可以看出，同一茬籽粒苋各施肥处理生物产量无显著差异，但均显著高于CK处理。由于2017年各处理籽粒苋生物产量均高于其2018年的生物产量，且两茬籽粒苋植株Cd含量变化不大，导致2017年籽粒苋植株吸收Cd的量均高于2018年。两茬籽粒苋植株吸收Cd最多的均为YF处理。由于是大棚内种植，栽培前未施用肥料，只进行灌溉，因此本试验中籽粒苋的生物产量不高，植株Cd含量在0.10~ 0.12mg·kg^-1，处于较低水平，均符合《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB2762—2017）要求，可作为饲料加以利用。各处理累计吸收Cd量为11668.81~ 15800.39mg·hm^-2。

2.4 不同施肥对土壤全Cd和有效态Cd含量的影响

表 5为2018年第2茬油麦菜采收后0~30cm土壤Cd的含量。数据表明，各处理土壤中的总Cd含量为0.50~0.53mg·kg^-1，且各处理间未达到显著性差异。但HF处理土壤的有效态Cd含量显著高于其他处理。虽然有研究表明pH与土壤有效态Cd呈负相关性^{[6, 30-31]}，但本试验中，HF处理的pH显著低于其他处理，与试验开始前土壤pH7.90相比，并不是因为化肥的施用导致土壤pH的降低，而是因为有机肥的施用导致了土壤pH的升高，从而降低了土壤有效态Cd含量，进而减少了植株的吸收量，这与表 3数据也相吻合。从第2茬开始，HF处理油麦菜植株Cd含量显著高于其他施肥处理，再次表明植株Cd含量与土壤有效态Cd含量的相关性。本研究数据表明，施肥会对土壤中有效态Cd的含量产生影响。

土壤Cd的输入和累积主要是由化肥（磷肥）和有机肥（粪肥）引起，但进入土壤的Cd能否进入食物链主要取决于有效态Cd的量。有机肥可通过提升土壤有机质或有效磷从而降低金属活性^[32]。但也有研究认为有机肥中的酸性物质会通过改变土壤表面电荷性质从而活化Cd离子，甚至会活化过氧化物（Fe、Al），使其固定的Cd释放出来，从而提高Cd在土壤中有效态的比例。化肥也可通过产生结合位点或改变金属形态的方式降低Cd的有效性^[33]，但其过量使用也会导致土壤酸化，增加Cd活性^[30]。本研究中，有机肥的施入导致了土壤的pH升高，与HF处理相比，其土壤中有效态Cd含量显著降低，但HF处理土壤中的有效态Cd含量与基础土样中数据相比并无增加。因此，不能片面地强调有机肥或化肥对土壤有效态Cd的单一影响，应寻求将两者有机结合的施肥模式，确定最佳的配比，发挥不同肥料的优点，最低限度地降低土壤有效态Cd含量和植物对其的吸收，这方面的研究还需深入进行。

2.5 不同施肥及填闲种植籽粒苋对土壤Cd输入输出的影响

由于肥料Cd含量及施用量的不同，各处理因肥料的施用所带入土壤中的Cd含量相差较大，其中YF处理最高，4次施肥累计达到12960mg·hm^-2，而HF处理施用的磷肥（磷酸二铵）Cd含量为0.59mg·kg^-1，高于鸡粪和羊粪的0.25mg·kg^-1和0.18mg·kg^-1，但其施用量低，因此随肥料带入土壤中的Cd量显著低于施用了鸡粪或羊粪的处理，仅为506.22mg·hm^-2。由于化肥的施入，土壤pH低于其他处理，土壤中有效态Cd含量相对较高（表 5），油麦菜植株中Cd含量较高（表 3），因此HF处理随油麦菜植株带出的Cd含量最高，为924.86mg·hm^-2。本试验过程中如果不进行填闲种植籽粒苋，各施肥处理中只有HF处理Cd的输入输出呈负增长，其他施肥处理都会随着肥料的逐年施用而导致土壤中的Cd逐年累积增加。从土壤中Cd的净增长量数据看（表 6），由于进行了填闲籽粒苋种植，被籽粒苋植株带出的Cd量较高，导致各施肥处理均呈现出Cd净减少，表明填闲种植籽粒苋可以有效防控因肥料施用而导致土壤Cd累积的风险。由于试验地为大棚，灌溉用水为地下水，因此土壤中Cd的来源主要是肥料的带入，本试验所得数据表明，化肥的施用不会导致土壤中Cd的增加，而有机肥料的不合理施用会导致土壤Cd增加，这与李本银等^[34]和李传哲等^[35]的研究结论一致。虽然试验过程中连续两年种植籽粒苋各施肥处理土壤Cd均呈负增长（减少量为3400.11~16219.03mg·hm^-2），但与土壤耕层中Cd的总量（0~20cm耕层Cd总量约为2311155mg· hm^-2）相比数量较小。如果按照试验中的速率，需要86.36~411.96年才能使土壤中Cd的含量降到0.3mg· kg-1以下，因此利用填闲种植籽粒苋并不适用于Cd污染土壤的修复治理，其更大的作用是确保随着连年的耕种，土壤中的Cd不会逐年增加累积，甚至降低。本试验所在地块的土壤Cd含量为0.55mg·kg^-1，在pH> 7.5的情况下虽然没有超过《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618—2018）中0.6mg·kg^-1的限定标准，但已经超过了《温室蔬菜产地环境质量评价标准》（HJ333—2006）中0.4mg·kg^-1的限定标准，因此该土壤属于高危土壤。在我国，这种处于超标边缘的菜地数量可观，如果长期采取不合理的施肥和种植措施，随着连年的Cd输入正增长，土壤Cd存在超标的风险。本试验通过填闲种植籽粒苋来吸收土壤中的Cd，实现了各处理土壤Cd的负增长。因此，对于处于超标边缘的土壤，虽然不能用填闲种植籽粒苋的方式短时间降低土壤中的Cd含量，但可以通过合理施肥、填闲种植等简单的农艺措施，既保证经济效益的同时又不因肥料的投入而导致土壤中的Cd含量增加。连续两年4茬的试验虽然已经显现方法可行，但仍需要长期的定位试验研究加以验证，尤其是对土壤中总Cd含量及有效态Cd变化的跟踪监测。

3 结论

（1）本试验条件下，有机和无机肥料按照质量比1:1配施，可以显著提高油麦菜的产量。采用鸡粪与化肥按照1:1的比例配施是推荐的施肥方案。

（2）施用化肥不会导致土壤中总Cd的增加，而有机肥料的不合理施用是土壤Cd增加的主要因素。

（3）在油麦菜种植过程中，填闲种植籽粒苋可有效防控因肥料施用而导致的土壤Cd累积风险。油麦菜植株和籽粒苋植株的Cd含量均未超过《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB2762—2017）中对叶菜限定的标准值，是一种可行的种植模式。