石灰泥炭对镉铅锌污染土壤上小白菜生长和元素吸收的影响

土壤与环境 2001, 11(1): 17~21 Soil and Environmental Sciences E-mail: ses@
基金项目：福建省教育厅资助项目（K98025）
作者简介：陈晓婷（1968-）女，讲师，硕士，主要从事化学教学和土壤环境化学的研究。

E-mail: chen-xting@ 收稿日期：2001-06-18
石灰泥炭对镉铅锌污染土壤上小白菜生长和元素吸收的影响
陈晓婷1，王果2，张潮海3，方玲2
（1：福建农林大学生命科学学院，福建 福州350002；2：福建农林大学资源与环境学院, 福建 福州350002；
3：福建省龙岩市新罗区土肥站，福建 龙岩364000）
摘要：采用盆栽方法研究了在镉、铅、锌污染土壤上，石灰和泥炭对小白菜生长状况及对污染元素(Cd ，Pb ，Zn)和养分元素(N ，P ，K ，Cu ，Mn ，Fe)吸收的影响。

结果表明，石灰消除了重金属的毒害症状，显著促进小白菜的生长，显著抑制小白菜对镉、铅、锌的吸收。

石灰对氮、钾、铜、锰的吸收也有显著抑制作用。

泥炭对小白菜生长的改善效果及对镉、铅、锌吸收的抑制效果较石灰差。

提高酸性土壤pH 值是减少作物对重金属吸收的有效方法。

关键词：镉铅锌污染土壤；石灰；泥炭；小白菜；元素富集
中图分类号：X131.3 文献标识码：A 文章编号：1008-181X （2002）01-0017-05
改良剂措施是重金属污染土壤修复的重要途径之一。

改良材料大致可以分为有机材料和无机材料两大类。

在无机材料中，石灰是最常用的重金属污染的酸性土壤的改良材料[1-8]。

有机物料常被认为是重金属污染土壤改良的材料之一，但有一些研究表明有机物料的作用效果十分复杂
[9, 10]。

施用改良
材料在控制土壤重金属向植物迁移的同时，也必然
影响作物对土壤其它元素的吸收，但有关这方面的研究甚少。

为提高改良材料在南方酸性重金属污染土壤修复中的可靠性和安全性，我们研究了石灰、泥炭对酸性重金属污染土壤上的蔬菜生长和元素吸收的影响。

1 材料与方法
1.1 供试材料
供试土壤取自龙岩市某钢铁冶炼厂附近的污
染土壤, 过5 mm 筛。

其主要理化性状见表1和表2。

供试改良材料为消石灰和泥炭，均取自当地，过2 mm 筛，其主要元素含量见表2。

供试作物是秋小白菜（上海青）。

从表2可知, 供试土壤Cd 、Pb 、Zn 严重超出我国土壤环境质量二级标准(土壤全Cd 为0.3 mg/kg, 全Pb 为250 mg/kg ， 全Zn 为200 mg/kg)。

该土壤为镉铅锌严重污染的土壤。

1.2 试验研究方法
1.2.1 试验设计
设如下几种处理(每公顷表层土壤重以225万kg 计)：
（1） 对照处理(CK)：不添加任何改良剂； （2）低量石灰(L 1)：0.3 g/kg(土)，相当于675 kg/hm 2
；中量石灰(L 2)：0.6 g/kg(土)，相当于1350 kg/ hm 2；高量石灰(L 3)：0.9 g/kg(土)，相当于2025
表1 供试土壤基本性质
项目
pH 有机质 机械组成/(g ⋅kg －1
) 速效N
速效P 速效K
H 2O 浸提
/(g ⋅kg －1) <0.001 mm <0.002 mm <0.01 mm <0.05 mm
/(mg ⋅kg －1) 土壤 5.99
36.97
56.80
92.90
243.1
433.2
19.3 26.0
98.0
表2 供试土壤和改良材料主要元素含量
项目
全量/(mg ⋅kg －1) 全P 有效态/(mg ⋅kg －1) Cu
Zn Cd Pb /(g ⋅kg －1) Cu Zn Cd Pb Fe Mn 石灰 4.87 221.2 23.09 151.0 0.87 0.014 0.096 0.0 98 1.24 14.82 0.066 泥炭 29.92 273.2 2.06 111.9 0.47 1.99 2.11 0.37 3.63 167.2 103.4 土壤
32.75
442.6
5.90
721.1
1.05
9.95
44.86
4.51
415.0
203.0
131.8
18 土壤与环境第11卷第1期（2002年2月）
kg/hm2。

（3）低量泥炭(P1)：5 g/kg(土)，相当于11250 kg/hm2；中量泥炭(P2)：10 g/kg(土)，相当于22500 kg/hm2；高量泥炭(P3)：15 g/kg(土)，相当于33750 kg/hm2。

各处理重复3次。

试验用盆采用塑料桶(桶高25cm ，直径20 cm)，每桶加土5 kg。

底肥添加量：N=15 mg/kg（尿素），P=3 mg/kg（磷酸二氢钠），K=7.5 mg/kg（硫酸钾）。

将土壤及各种改良材料称好，混合均匀，装入桶中, 底肥以溶液形式加入, 加水至田间持水量的60%。

培养一周后移植小白菜。

定期用离子交换水浇水。

1.2.2 收获及分析
1999年10月26日移植25 d龄的上海青,间苗后每桶留4 株。

11月24日收获小白菜地上部，量株高，称重，洗净擦干，90 ℃杀青后65 ℃烘至恒重。

将根层土壤混合均匀，取出约50 g，风干，粉碎，供土壤分析用。

植株镉、铜、铅、锌等的测定采用HNO3-HClO4消煮，原子吸收分光光度法。

植株氮、磷、钾的测定采用H2SO4 -HClO4消煮，全氮测定用靛酚蓝比色，全磷测定采用钼锑抗比色，全钾测定采用火焰光度法。

土壤有效镉、铅、锌、铜等采用0.1 mol/L 盐酸提取，石灰、泥炭有效镉、铅、锌、铜等采用0.005 mol/LDTPA(二乙三胺五醋酸)-0.01 mol/LCaCl2-0.1 mol/LTEA(三乙醇胺)提取，原子吸收分光光度法测定。

土壤及改良剂的全镉、铅、锌、铜采用HCl-HNO3-HF-HClO4消煮, 原子吸收分光光度法测定。

土壤速效N的测定采用碱解扩散法，速效P测定采用钼锑抗比色，速效K的测定采用火焰光度法。

文中图件绘制在WORD软件上进行，数理统计在SAS软件上进行。

2 结果与讨论
2.1 石灰对小白菜生长、元素吸收及土壤性状影响
从表3可知，施用中高量石灰显著提高了小白菜的株高和鲜重，株高和鲜重均随石灰施用量的提高而增加。

对照处理的小白菜在移栽成活以后，新叶叶脉之间就出现黄化现象，而石灰处理的小白菜在整个生长过程中均未出现毒害症状。

对照处理叶片镉和锌含量分别是食品卫生标准（蔬菜：0.05 mg/kg和20 mg/kg）的41.6倍和3.2倍之多，铅含量虽未超标，但已接近限量(1.0 mg/kg)。

施用石灰降低了小白菜中镉、锌、铅的含量。

随石灰用量的增加，叶片镉、锌、铅含量持续降低，高量石灰时小白菜镉、锌、铅含量不到对照的四分之一。

其中，施用中高量石灰，即可使小白菜的锌含量符合蔬菜卫生标准。

但施用上述用量的石灰, 叶片中的镉含量仍然超出蔬菜卫生标准。

随石灰施用量的增加，小白菜中铜、钾含量也呈降低趋势，锰含量显著降低。

添加石灰显著降低小白菜叶片氮含量，但三种不同石灰用量的小白菜叶片氮含量却十分相似。

叶片中磷含量虽有变化，但无明显的规律。

石灰的施用促进了小白菜对铁的吸收,但未达到显著水平。

从表4可知，添加石灰提高了土壤的pH值，降低土壤有效态重金属的含量。

添加高量石灰时，土壤有效态金属含量除铅外均比对照显著降低。

添加石灰对土壤速效氮的影响不显著，对速效磷的影响较复杂。

中低量的石灰提高土壤速效磷，高量的石灰却降低土壤速效磷，这可能是过多地施用石灰，显著降低水溶性磷肥的有效性，而中低量的石灰降低铁、铝、锰的活性，减少磷的化学固定。

2.2 泥碳对小白菜生长、元素吸收及土壤性状影响
从表5可知，低量泥碳显著提高了小白菜的鲜重，但随泥碳用量的升高，小白菜鲜重反而显著降低，这表明中、高量泥碳对小白菜生长有不良影响。

泥碳处理的小白菜叶片仍然出现黄化的现象，这说明泥碳对重金属毒害的抑制作用弱于石灰。

泥碳对小白菜叶片铜、镉、铅、锌、磷、钾等元素的含量均无显著影响，但高量泥碳显著提高叶片铁和锰含
表3 石灰对小白菜生长及元素吸收的影响
处理鲜质量株高Cu Cd Pb Zn Fe Mn N P K /g /cm/(mg⋅kg－1) /(g⋅kg-1)
CK 34.9c 14.0c 0.82a 2.08a0.95a 63.25a 6.11a 10.80a 5.12a 0.16ab 4.28a L140.7bc 14.9bc 0.64ab 1.20ab 0.63ab 30.25b 9.62a 4.73b 1.95b 0.14c 3.61ab L286.4ab 16.6ab 0.58ab 0.93b 0.54ab 17.56bc 6.47a 2.17c 1.92b 0.14bc 2.91ab L3119.3a 18.9a 0.48b 0.48b 0.20b 13.65c 7.15a 1.21c 1.84b 0.17a 2.68b 表中数据采用Duncan法统计，同一列中有相同字母者，在5%水平上差异不显著，下同。

陈晓婷等：石灰泥炭对镉铅锌污染土壤上小白菜生长和元素吸收的影响19
量。

低量泥碳显著降低了叶片中氮的含量，而后随
泥碳用量的提高，叶片中氮的含量复又升高。

从土壤性状来看（表6），泥碳对土壤pH、有
效铅、有效铁、速效钾均无显著影响，高量泥碳显
著降低土壤有效镉、有效铜、有效锌和有效锰含量，
中、高量泥碳显著提高了土壤速效磷含量。

从上述
结果看，泥碳对有效镉、铜、锌和锰含量降低的机
制主要是泥碳对这些金属离子的吸附作用，而不是
通过土壤酸度来影响重金属的有效性。

泥炭对速效
磷的提高机制主要是有机分解产物对土壤磷的活
化作用。

上述结果表明，对供试的重金属污染的土壤—植物（小白菜）系统而言，泥碳本身并不是一种理想的改良剂。

2.3 改良剂对小白菜重金属元素富集的影响
我们以富集系数(蔬菜重金属含量与土壤重金属全量之比值)来衡量小白菜吸收重金属能力的大小。

从表7数据看，小白菜对重金属的富集顺序为：Cd>Zn>Cu>Pb。

该结论与宋菲的研究结果一致[11]。

说明Zn、Cd易被作物吸收。

镉是有毒元素，一旦进入食物链将危害人体健康。

锌虽是人体及作物必需的微量营养元素，但是锌过量也影响作物的正常生长和对其它营养元素的吸收。

Pb是最不易移动的元素, Cu其次。

这与土壤对Zn，Cd，Cu，Pb的吸附能力不同有关，土壤对Pb 和Cu的吸附较强, 对Zn,Cd的吸附都比较弱[12]。

石灰处理降低小白菜对Zn，Cd，Cu，Pb的富集，随石灰用量的提高，富集系数持续降低。

高量石灰显著降低小白菜对Zn，Cd，Cu，Pb的富集。

而使用泥炭处理,对Zn，Cd，Cu，Pb的富集虽有影响，但大都未达到显著水平。

这也从一个侧面表明
表6 泥碳对土壤性状的影响
处理pH 有效Cd 有效Pb 有效Cu 有效Zn 有效Fe 有效Mn 速效N 速效P 速效K H2O浸提/(mg⋅kg-1) /(g⋅kg-1) /(mg⋅kg-1)
CK P1 P2 P35.64a
5.61a
5.84a
5.27a
4.51a
4.37ab
4.12b
3.56c
391.6a
382.6a
375.1a
365.0a
10.30a
9.79ab
9.79ab
8.80b
47.82a
45.68a
45.70a
35.97b
0.206a
0.171a
0.174a
0.156a
0.103a
0.091ab
0.087ab
0.066b
17.27a
17.65a
15.97a
16.96a
4.5b
6.1b
15.3a
16.4a
99.0a
72.0a
82.5a
75.5a
表7 改良剂对小白菜镉、铅、锌、铜富集系数的影响
处理Cu/% Zn/% Cd/% Pb/%
CK 2.50a 14.3a 35.25a 0.132a
L1 1.95ab 6.83b 20.34ab 0.087ab
L2 1.77ab 3.97bc 15.76b 0.075ab
L3 1.46b 3.08c 8.14b 0.028b
P1 2.47a 12.5a 37.63a 0.166a
P2 2.50a 10.3b 31.86a 0.121a
P3 2.62a 15.0a 27.80a 0.139a
表4 石灰对土壤性状的影响
处理pH 有效Cd 有效Pb 有效Cu 有效Zn 有效Fe 有效Mn 速效N 速效P 速效K H2O浸提/(mg⋅kg－1) /(g⋅kg－1) /(mg⋅kg－1)
CK L1 L2 L35.64b
5.86b
6.19a
6.42a
4.51a
4.04ab
4.34a
4.06b
391.6a
370.2a
391.3a
385.3a
10.30a
9.52bc
9.93ab
9.42c
47.82a
39.55bc
43.10b
36.40c
0.206a
0.162b
0.170b
0.163b
0.103a
0.078b
0.086ab
0.071b
17.27a
17.65a
15.04a
16.54a
4.5b
8.2a
10.0a
3.8b
99.0a
88.0a
67.5ab
41.5c
表5 泥碳对小白菜生长及元素吸收的影响
处理鲜质量株高Cu Cd Pb Zn Fe Mn N P K /g /cm /(mg⋅kg-1) /(g⋅kg-1)
CK P1 P2 P334.9b
59.6a
44.9ab
36.0b
14.0a
15.1a
15.1a
14.2a
0.82a
0.81a
0.82a
0.86a
2.08a
2.22a
1.88a
1.64a
0.95a
1.20a
0.87a
1.00a
63.25a
55.36a
45.68b
66.39a
6.11b
9.34ab
9.52ab
12.71c
10.80b
12.60b
13.31b
24.87a
5.12a
1.26c
2.29b
4.72a
0.16ab
0.18a
0.15b
0.14b
4.28a
3.60a
4.01a
3.81a
20 土壤与环境 第11卷第1期（2002年2月）
在该重金属污染土壤的治理上，石灰比泥炭有效。

2.4 改良剂作用机理的探讨
2.4.1 土壤pH 值与元素吸收量的关系
大量研究表明，提高土壤pH 值，是抑制作物吸收镉、铅等重金属的重要途径[2~4, 13, 14]。

从图1~6可见，小白菜对铅、镉、锌、铜、锰、的吸收与土壤pH 均呈显著或极显著负相关。

从拟合的方程可推得，要使叶片锌含量降低至蔬菜卫生标准（≤20 mg/kg ），土壤pH 应升至6.24。

中高量石灰处理能使供试土壤达到这一标准。

叶片镉含量虽然也随土壤pH 值的升高而降低，但开始降低的pH 值较高（约在5.6左右），但随后即迅速降低。

根据拟合方程推算，如果要将小白菜叶片镉含量降低到食品卫生标准（≤0.05 mg/kg ），土壤pH 至少应升到6.50。

从试验结果看，只要再提高石灰用量，就能够达到有效抑制小白菜对镉吸收的效果。

一般认为，提高土壤pH 值，可以降低土壤重金属溶解度、减低重金属的交换态和水溶态，从而降低对植物的有效性，pH 值的提高可以促进多种重金属形成沉淀。

此外，添加一些可以提高土壤pH 值的物料（如石灰、钙镁磷肥等），其中所含的钙或镁还可能与重金属形成共沉淀而进一步促进沉淀的产生
[2-4]。

叶片
铁浓度与土壤pH 有一定程度相关(y =4.7037x 2
－
59.226x +193.54，R 2=0.5417)，但不如Pb ，Cd ，Cu ，Zn ，Mn ，K 相关性好。

叶片氮浓度也随土壤pH 值的升高而降低。

钾和氮的浓度随pH 值的升高而降
低的现象，可能是由于随pH 值的升高，小白菜的生长状况得到改善，生物量增加，从而产生“稀释效应”所致。

2.4.2 土壤元素有效量与吸收量的关系
土壤有效重金属含量与诸多土壤因素（如pH 值、Eh 、CEC 、有机质含量等）有关。

不同提取剂所提取的有效量不同，各有效量与不同作物吸收量
图1 叶Pb 含量与土壤 pH
图3 叶Zn 含量与土壤 pH
图4 叶C u 含量与土壤pH
图5 叶M n 含量与土壤 pH
图6 叶K 含量与土壤pH
注：*：显著性水平α=0.05，**：显著性水平α=0.01。

00.511.522.53
5
5.5
6 6.5
7
pH
叶C d 含量/(m g k g
)
00.20.40.60.811.21.45
5.5
6 6.5
7
pH
叶铅含量/(m g k g
)
00.20.40.60.81
5
5.5
6 6.5
7
pH
叶C u 含量/(m g k g
)
0510152025305
6
7
pH
叶M n 含量/(m g k g
)
010203040506070805
67
pH
叶Z n 含量/(m g k g
)
010*********
67
pH
叶K 含量(g /k g )
陈晓婷等：石灰泥炭对镉铅锌污染土壤上小白菜生长和元素吸收的影响21
之间的相关性也不同。

回归分析表明，本试验中的土壤有效镉、有效锌、有效铜、有效铅与土壤pH 值之间均无显著相关。

叶片镉、铅、锌、铜的含量也与土壤有效镉、铅、锌、铜之间没有显著相关。

上述结果表明，本研究所采用的土壤有效重金属的提取剂（0.1 mol/L HCl）不适于本试验条件。

叶片重金属含量与土壤pH值呈显著相关，用0.1 mol/L HCl提取时整个土壤悬液的pH值大幅度降低，致使原先土壤中溶解度低的、难以被小白菜吸收的重金属也溶解出来，因此所得结果就与小白菜生长吸收时的真实状况不同。

3 结语
（1）在镉、铅、锌污染的土壤上，小白菜的生长受到严重抑制。

石灰显著缓解重金属的毒害，改善了小白菜的生长。

泥炭对其生长略有改善。

（2）在上述污染土壤上，小白菜大量富集镉、锌，致使其含量超过食品卫生标准。

小白菜对重金属的富集顺序为：Cd>Zn>Cu>Pb。

添加石灰显著抑制小白菜对镉、铅、锌的富集，对氮、钾、锰、铜的吸收也有显著抑制作用。

泥炭对镉、铅、锌的富集的抑制效果较差。

（3）小白菜对镉、铅、锌的吸收均与土壤pH 值呈显著负相关，提高酸性土壤pH值是改善小白菜生长，抑制作物吸收土壤重金属的有效途径。

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Effects of lime and peat on the growth and element uptake of Brassica chinensis
in Cd，Pb，and Zn contaminated soil
CHEN Xiao-ting1, WANG Guo2, ZHANG Chao-hai3, FANG Ling2
（1: College of Life Science, Fujian Agricultural and Forestry University, Fuzhou, 350002, China; 2: College of Resources and Environment Sciences, Fujian Agricultural and Forestry University, Fuzhou, 350002, China; 3: Station of Soil and Fertilizer, Xinluoqu Bureau of Agriculture, Longyan, 364000, China）Abstract: The effects of lime and peat on the growth and the uptake of Cd, Pb, Zn, Cu, Mn, Fe, N, P, K of Brassica chinensis in a Cd-Pb-Zn contaminateded soil were studied by pot experiment. The growth of Brassica chinensis was apparently improved by liming. The uptake of Cd, Pb and Zn in Brassica chinensis was significantly depressed and the poisonous symptom of heavy metals was eliminated. The absorption of Cu, N, P and Mn was also inhibited by liming. In comparison with lime , peat showed a much weaker effect on the growth of the vegetable and the uptake of the above elements. The results showed that pH was the main factor controlling the uptake of the heavy metals by Brassica chinensis. Lime can be used as an effective additive for improving the growth of Brassica chinensis and the absorption of Cd, Pb, Zn by the vegetable .
Key words: Cd-Pb-Zn contaminated soil; lime; peat ; Brassica chinensis; enrichment of elements。