土壤-蔬菜系统对氮镉互作的研究及调控模式

菜地土壤污染是我国菜地土壤生态环境最主要的问题之一，其中尤以土壤重金属污染更为突出。环境保护部、国土资源部于2014 年4月17日公布的“全国土壤污染状况调查公报”显示，全国土壤重金属的超标率19.4%，土壤镉超标率7.0%，其中镉的重点污染点位比例为0.5%，由此可见，镉在全国土壤中的污染程度。

（一）土壤镉的来源

镉是毒性很大的重金属元素之一，属于积蓄毒性元素，引起慢性中毒的潜伏期可达10～30 年之久（赵美萍和邵敏，2005；廖自基，1992）。土壤中镉的来源可分为自然和人为活动两种，前者来源于岩石和土壤，同时也有以气溶胶形态存在于大气中的镉，经扩散、沉降降落在土壤表面以及矿藏开采和冶炼过程中，镉主要通过冲刷溶解作用和挥发作用释放到水体和大气中，进而污染土壤。后者来源于工业“三废”和含镉肥料的施用。

随着工业迅猛发展，大量重金属污染了农田，尤其在污染源周围的农田菜地的重金属的污染程度最大，一般在冶炼厂附近，土壤镉浓度水平较高。如日本某冶炼厂周围镉浓度高达40mg/kg。

（二）土壤—蔬菜系统镉污染现状(www.xing528.com)

2007年春季我们曾对浙江某地4 个代表性工厂（眼镜制造工厂）的附近菜园地采集土壤，分析其中重金属含量，结果发现镉的含量为5.85～17.89mg/kg，严重超出土壤环境质量标准（GB 15618—1995）的二级标准。在武汉城郊的某垃圾卫生填埋场附近的菜地，重金属镉的含量为0.356～0.546mg/kg，某电厂附近的菜地重金属东、南、西方向镉的含量为0.911～3.428mg/kg、0.495～1.358mg/kg、0.372～1.305mg/kg，当地土壤镉的背景值为0.172mg/kg，依据当地的酸碱度，当地环境质量二级标准为0.3mg/kg，均超出了国家标准；我国上海市郊的松江炼锌厂地区镉污染水平已超过当地土壤背景值的100倍左右。沈阳某区土壤镉污染水平平均达到7mg/kg，工厂附近镉污染在地表6～20cm 根层左右，浓度可达40～50mg/kg。据报道（陈怀满，1996；安志装等，1996），我国受镉污染的耕地面积约1.4万hm2，已有11处污灌区达到生产镉米的程度。福建省耕地重金属污染综合指数为0.67，属警戒污染水平，单项污染指数以镉最高（达0.89）（苏年华和张金彪，1994），这说明我国受镉污染的高污染区的现状已经突现。

由于大量施用含镉的肥料以及使用被工业“三废”污染的水灌溉，我国土壤普遍存在镉污染问题，污染面积约为1330km2，土壤中的镉含量在1～5mg/kg，有的甚至超过10mg/kg（崔力拓等，2006）。李素霞等（2007）对武汉市6个大的蔬菜基地进行调查、采样、分析发现：蔬菜及土壤中重金属含量超标，普遍存在污染的是镉，总超标率为50%，最高超标倍数为2.86倍。彭玉魁等（2002）对陕西省大中城市郊区菜园14类152份蔬菜样品进行分析，结果表明，镉是该地区的主要污染元素之一，其超标含量达29.4%。沈彤等（2005）对长沙市各蔬菜基地生长的13 种蔬菜进行调查分析，发现蔬菜镉超标率达96.3%，最高值为0.27mg/kg，是限量指标的5.4倍。张超兰等（2001）对南宁市郊12个主要菜区土壤和蔬菜中Cu、Zn、Cd、Pb 含量调查分析，土壤中Cd、Pb 超出国家规定的卫生标准；在12 个采样点中有11 个采样点蔬菜中镉含量超标，最高达91%，超出标准6.2 倍。秦波、白厚义等（2006）研究发现，蔬菜土壤镉超标达38.6%，成为重金属中污染最突出的重金属元素，这说明在北部湾经济区土壤—蔬菜系统中镉污染已经具有普遍性。李国倜等（1986）较早报道武汉市易家囤蔬菜存在镉污染；夏增禄（1994）报道：在珠江三角洲土壤重金属污染中，以汞、镉污染面积最大。同时，大量资料表明：长沙市、陕西省大中城市、重庆市、周口市、南京市、西安市、广州市、哈尔滨市、南宁市等城市郊区的菜地土壤—蔬菜系统均不同程度受镉污染的影响（沈彤，盛穗等，2005；彭玉魁，赵福劳等，2002；李其林，刘定德等2004；张国胜和李宏，2011；周文鳞，李仁英等，2009；汤波，2011；魏秀国，何江华等，2002；罗娇赢，张思冲等，2009；张超兰，白厚义，2001；秦波、白厚义等，2006）。这说明国内各城市郊区菜地土壤—作物系统镉污染具有普遍性，而且比较突出，需要采取必要措施进行控制。

（三）重金属镉的生物效应

重金属镉通过与巯基蛋白结合或取代其中的Fe2+、Zn2+等使许多酶活性受到抑制或失活而在生物体内长期蓄积。镉影响光合呼吸作用，干扰碳氮代谢，损伤细胞膜系统，影响植株水分状况和养分吸收。镉还可干扰Cu、Co等必需微量元素在体内的正常生理功能和代谢过程而产生相应的毒害效应。为此，镉对作物根系的生长、对种子萌发、对微生物数量、对土壤酶活性、对作物的毒害、对作物的产量和品质等均有显著的负影响，最终通过食物链威胁人的身体健康。