不同形態(tài)氮肥對辣椒吸收鎘的影響

摘 要：為揭示不同氮肥形態(tài)對辣椒吸收鎘的影響，采用盆栽試驗，研究在鎘脅迫條件下，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮對辣椒鎘吸收的影響，以期為鎘污染地區(qū)辣椒生產(chǎn)以及氮肥管理提供科學(xué)依據(jù)。試驗結(jié)果表明：在鎘脅迫下，施加硝態(tài)氮和銨態(tài)氮都會促進辣椒生長，其中硝態(tài)氮對辣椒的增產(chǎn)效果強于銨態(tài)氮；施加硝態(tài)氮和銨態(tài)氮都會促進辣椒不同部位吸收鎘，其中施加銨態(tài)氮后，辣椒根、莖、葉、果吸收鎘的量分別高出對照123%、133%、233%和144%；在鎘脅迫下，辣椒葉、果實中鎘富集系數(shù)為銨態(tài)氮大于硝態(tài)氮處理，銨態(tài)氮處理分別高出對照233%、144%，而硝態(tài)氮處理分別高出對照33%、6%，說明銨態(tài)氮對辣椒果實吸收鎘促進效果最強。綜上，在鎘污染嚴(yán)重的地區(qū)，建議施用硝態(tài)氮以緩解辣椒果實中鎘的積累。

關(guān)鍵詞：辣椒；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮；鎘；富集系數(shù)

0 引言

隨著城市化、工業(yè)化飛速發(fā)展，鎘污染情況日益嚴(yán)峻，造成土壤環(huán)境質(zhì)量大幅下降。土壤中的鎘雖然對動物和人類沒有直接的接觸性傷害，但是能夠被作物吸收，通過食物鏈傳遞侵入動物與人體內(nèi)［1］。高翔云等［2］調(diào)查顯示，我國的耕地土壤點位重金屬超標(biāo)率為19.4%，重金屬鎘的點位超標(biāo)率為7%，我國處于污灌區(qū)內(nèi)的農(nóng)田約140萬hm2，其中重金屬污染農(nóng)田約64.8%，鎘污染土壤涉及11個省市的25個地區(qū)，長江中游地區(qū)的污染情況尤為嚴(yán)重且仍有持續(xù)上升的趨勢［3］。但是，目前并沒有有效的手段能夠?qū)㈡k從土壤中徹底清除，因此阻控土壤中的鎘向食物鏈遷移成為降低鎘污染危害的重要手段。

有研究表明，銨態(tài)氮的添加增加了一系列植物對鎘的吸收，例如：油菜［3］、向日葵［4］和龍葵［5］，硝態(tài)氮也可能會導(dǎo)致更多的鎘在植物組織中積累，包括玉米［6］、水稻［7］、波蘭小麥［8］等植物。有研究發(fā)現(xiàn)［9］，不同供氮形態(tài)對小麥吸收鎘含量存在顯著差異，小麥吸收鎘含量表現(xiàn)為施肥處理均高于無肥處理，且銨態(tài)氮促進效應(yīng)強于硝態(tài)氮。畢景文等［10］對楊樹的研究發(fā)現(xiàn)，無論是在葉中還是根中，全銨態(tài)氮處理下鎘的積累量均顯著高于其他氮素比例和形態(tài)處理組。然而，曾強［11］采用早稻和晚稻探究供氮形態(tài)對吸收鎘的影響發(fā)現(xiàn)，銨態(tài)氮能降低早稻在不同生長發(fā)育期不同組織吸收鎘；對水稻的相關(guān)研究表示，根與地上部分的鎘含量分布表現(xiàn)為硝態(tài)氮gt;銨態(tài)氮。

辣椒是貴州省特色經(jīng)濟作物之一，全省種植面積達33.33萬hm2以上。近幾年貴州省辣椒鎘超標(biāo)事件時有發(fā)生，而施加氮素能顯著促進辣椒吸收土壤中的鎘，但銨態(tài)氮與硝態(tài)氮對貴州辣椒鎘吸收過程中分別起到怎樣的作用還少有報道，因此本研究將以盆栽試驗的方式探究氮素形態(tài)對貴州辣椒鎘吸收與分配的影響，以期為貴州辣椒產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為辣椒“正鴻189”，購自東方正大公司；所有氮肥為硝酸鈣和碳酸氫銨，鎘為硫酸鎘。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2022年3月至2022年7月，在貴州大學(xué)西校區(qū)實驗樓外大棚內(nèi)進行，試驗采用土培盆栽（23.5 cm×10.0 cm×14.0 cm），3月12日進行播種育苗，待種子發(fā)芽并長至7～9片完全展開葉時，選擇長勢基本一致且無病蟲害的幼苗移栽至盆內(nèi)，每盆1株，盆內(nèi)基質(zhì)為混合土（營養(yǎng)土∶珍珠巖=3∶2），混合土的本底理化性質(zhì)經(jīng)檢測為：全氮含量3.92 g/kg，全磷含量1.25 g/kg。在移栽的前一天，每個花盆裝土至盆口2～3 cm處，花盆底部放有配套托盤，移栽后整個生長期按常規(guī)管理，7月17日采收。

本試驗設(shè)置2個鎘濃度（0 mg/g、0.2 mg/g）、2個供氮形態(tài)（硝態(tài)氮、銨態(tài)氮）及對照，共6個處理（①不施氮，②不施氮+施鎘，③硝酸鈣，④硝酸鈣+施鎘，⑤碳酸氫銨，⑥碳酸氫銨+施鎘）每個處理10個重復(fù)。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 生物量測定

將辣椒按根、莖、葉三部分收獲，置于烘箱內(nèi)，60 ℃烘干至恒重，采用天平稱量辣椒根、莖、葉生物量。

1.3.2 鎘含量測定

采用HNO3-HClO4原子吸收分光光度法測定辣椒不同部位鎘的含量。并計算辣椒轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)，公式為

莖、葉、根、果富集系數(shù)=莖、葉、根、果鎘含量/土壤鎘含量（1）

1.3.3 SOD活性測定

采用氮藍(lán)四唑（NBT）法測定辣椒各器官SOD（U/g）酶活性，計算公式為

SOD=［（Ack-Ae）×V］/（0.5×Ack×W×Vt）（2）

SOD總活力以鮮重酶單位每克表示，U/mg；Ack為對照管的吸光值；Ae為樣品管的吸光度；V為樣品液總體積，mL；Vt為測定時樣品用量，mL；W為樣品鮮重，g。

1.3.4 MDA含量的測定

參考于沖沖［12］測定小麥MDA（μmol/g）含量的方法，通過硫代巴比妥酸（TBA）的顯色法測定辣椒各器官中MDA含量。估算公式為

MDA=6.45×（OD532-OD600）（3）

OD532表示波長在532 nm波長處的吸光度值；OD600表示波長在600 nm波長處的吸光度值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel、SPSS和Prism軟件對測定數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，通過最小顯著差數(shù)法（LSD）對處理間平均數(shù)進行比較，試驗中的數(shù)據(jù)格式皆是平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（M±SD）表示，差異顯著水平為Plt;0.05。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)試驗情況，針對不同供氮形態(tài)處理對辣椒吸收鎘的影響分析如下。

2.1 不同供氮形態(tài)處理對鎘脅迫下辣椒生物量的影響

在鎘脅迫下，不同供氮形態(tài)處理辣椒生物量積累各不相同。不施氮處理的辣椒總生物量僅為11.82 g/株，施加硝態(tài)氮和銨態(tài)氮后總生物量分別為27.19 g/株和24.29 g/株，平均為25.74 g/株，總生物量增幅分別為15.37 g/株和12.47 g/株。平均總生物量增幅率為118%。在鎘脅迫下，硝態(tài)氮處理總生物量高出對照處理130%，銨態(tài)氮處理總生物量高出對照105%，施氮處理辣椒總生物量均高于無氮處理，并達到顯著性差異，且表現(xiàn)為硝態(tài)氮高于銨態(tài)氮，具體情況如表1所示。

相關(guān)性分析表示，在鎘脅迫處理下，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮處理后辣椒葉、莖、根生物量均有顯著性增加。對比無氮處理，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮處理分別提高了辣椒葉片生物量199%、158%，提高莖部生物量124%、106%，提高根部生物量55%、38%，表現(xiàn)為葉gt;莖gt;根。且硝態(tài)氮處理對辣椒不同部位生物量的影響均顯著高于銨態(tài)氮處理。

2.2 不同供氮形態(tài)對鎘脅迫下辣椒不同部位吸收鎘的影響

不同供氮形態(tài)處理下，辣椒根、葉SOD活性如圖1所示。由圖1可知，施氮后，3種氮形態(tài)處理辣椒各部位的鎘積累量均顯著增加，表明施加氮肥促進了辣椒對鎘的吸收。其中，硝態(tài)氮處理下，辣椒根、莖、葉、果鎘吸收含量分別為400、17、40、48 mg/kg，鎘吸收含量大小表現(xiàn)為根gt;果gt;葉gt;莖。銨態(tài)氮處理下，辣椒根、莖、葉、果鎘吸收含量分別為220、25、100、110 mg/kg，鎘吸收含量大小為根gt;果gt;葉gt;莖。

根據(jù)相關(guān)性分析，與無氮處理相比，在鎘處理下施加硝態(tài)氮和銨態(tài)氮都會促進辣椒不同部位鎘吸收。與對照相比，施加硝態(tài)氮辣椒根、葉、果鎘含量均增加，且硝態(tài)氮處理下辣椒根系鎘含量變化顯著高于其他氮形態(tài)，表現(xiàn)為硝態(tài)氮gt;銨態(tài)氮gt;無氮，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮施加后辣椒根系鎘含量分別高出無氮122%、22%。辣椒莖部鎘含量在硝態(tài)氮處理下顯著下降。辣椒葉和果中鎘含量變化明顯，表現(xiàn)為銨態(tài)氮gt;硝態(tài)氮gt;無氮。銨態(tài)氮處理下辣椒葉、果中鎘含量比硝態(tài)氮顯著高出60 mg/kg、62 mg/kg，比無氮處理高出70 mg/kg、65 mg/kg；施加銨態(tài)氮辣椒根、莖、葉、果均表現(xiàn)為顯著增加，分別高出對照123%、133%、233%和144%，銨態(tài)氮對辣椒果實吸收鎘促進效果最強。綜上可知，相同鎘濃度下，硝態(tài)氮對辣椒根系吸收鎘促進作用較大，銨態(tài)氮對辣椒地上部位吸收鎘促進效果較大。

2.3 不同供氮形態(tài)對辣椒不同部位鎘富集系數(shù)的影響

不同供氮形態(tài)對辣椒不同部位鎘吸收的富集系數(shù)如表2所示。

從表2可知，與對照相比，2種供氮形態(tài)均促進了辣椒根、莖、葉、果鎘的富集系數(shù)，表現(xiàn)為根＞果＞葉＞莖。辣椒根系鎘富集系數(shù)在硝態(tài)氮和銨態(tài)氮處理下均高于對照處理，分別高出122%、22%，表明硝態(tài)氮處理辣椒根系鎘富集能力強于銨態(tài)氮處理。硝態(tài)氮和銨態(tài)氮處理下，辣椒葉部鎘富集系數(shù)分別高出對照33%、233%；辣椒果實鎘富集系數(shù)分別高出對照6%、144%，表明銨態(tài)氮處理辣椒葉部和果實鎘富集能力強于硝態(tài)氮處理；然而，在辣椒莖部，2種氮形態(tài)處理下辣椒對鎘的富集作用不同，硝態(tài)氮處理顯著抑制了鎘的富集，富集系數(shù)比對照降低23%，而銨態(tài)氮有輕微的促進作用，富集系數(shù)比對照高了14%。綜上所述，與辣椒不同部位各吸收量變化相同，硝態(tài)氮處理對辣椒根系鎘的富集系數(shù)影響較大，銨態(tài)氮對辣椒地上部位鎘的富集系數(shù)影響較大。

2.4 不同供氮形態(tài)對辣椒葉、根SOD活性的影響

不同供氮形態(tài)辣椒根、葉SOD活性如圖2所示。由圖2可知，鎘脅迫處理后，辣椒根、葉中SOD含量顯著增加。鎘脅迫下辣椒根部施加無氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮處理，SOD含量分別為0.47、0.43、0.27 U/g；銨態(tài)氮處理SOD顯著性下降，說明在辣椒根部硝態(tài)氮處理對鎘脅迫的抵御能力強于銨態(tài)氮。鎘脅迫下，葉部SOD含量有顯著性上升趨勢，相比根部，增幅較小，銨態(tài)氮SOD含量顯著高于對照與硝態(tài)氮，說明辣椒葉部銨態(tài)氮處理對鎘脅迫的抵御能力強于硝態(tài)氮，在無氮肥處理時，葉部SOD含量分別為0.14和0.15 U/g，鎘脅迫影響較小，在鎘脅迫下施加氮肥處理，葉部SOD含量分別由0.09、0.11 U/g增加到0.16、0.22" U/g，增幅分別達到78%和100%。綜上，硝態(tài)氮處理根部受迫害程度較小，抵御能力更強；銨態(tài)氮處理葉部受迫害程度較小，抵御能力更強。

2.5 不同供氮形態(tài)對辣椒葉、根MDA含量影響

不同供氮形態(tài)辣椒根、葉MDA含量如圖3所示。由圖3可知，鎘處理下，3種氮形態(tài)處理下辣椒MDA含量均顯著增加，說明辣椒受到鎘脅迫影響。辣椒不同部位MDA含量不同，具體為：葉gt;根。與無氮處理相比，施加硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，鎘脅迫下辣椒根系MDA含量均顯著降低，分別降低了31%和28%。硝態(tài)氮處理下辣椒根部MDA含量最低，表明硝態(tài)氮處理根部受迫害程度較小；銨態(tài)氮處理下辣椒葉部MDA含量最低，表明銨態(tài)氮處理葉部受迫害程度較小。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 不同供氮形態(tài)處理對鎘脅迫下辣椒生物量的影響

氮是植物生長發(fā)育的必須大量元素，是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素、酶、維生素、生物堿和激素等重要生物組成的組成成分。氮肥形態(tài)影響植物生理代謝過程，植物可直接吸收的主要氮素形態(tài)為銨態(tài)氮和硝態(tài)氮［13］。本研究表明，在鎘脅迫處理后，2種供氮形態(tài)均有利于提高辣椒的生物量，在相同施氮量下，辣椒生物量因供氮形態(tài)而異，硝態(tài)氮最有利于辣椒生物量的增加，其次為銨態(tài)氮。

3.2 不同供氮形態(tài)對鎘脅迫下辣椒不同部位吸收鎘的影響

本實驗中，施加氮肥促進了辣椒對鎘的吸收，并且銨態(tài)氮處理對辣椒莖、葉、果等地上部位的鎘積累量增加幅度均顯著高于硝態(tài)氮，鎘脅迫辣椒不同器官鎘的富集系數(shù)增大，導(dǎo)致鎘含量增大，硝態(tài)氮對辣椒根系鎘的富集系數(shù)影響較大，銨態(tài)氮對辣椒地上部位鎘的富集系數(shù)影響較大。分析銨態(tài)氮增幅高于硝態(tài)氮的原因，可能是因為銨態(tài)氮為酸性肥料，被施入土壤水解后，產(chǎn)生的NH4+經(jīng)過硝化作用能夠在短時間內(nèi)使土壤pH降低；同時，作用過程中硝化反應(yīng)產(chǎn)生的NO3-通過淋溶作用將土壤中的鹽基離子遷移出，進而使土壤pH值降低而酸化［14］，土壤pH值的降低可能提高了土壤中水溶性鎘含量，進而增加了鎘的有效性［15］，從而提高了辣椒各部位對鎘離子的富集。

3.3 不同器官中SOD含量和MDA含量差異

植物細(xì)胞在代謝時高濃度的氧被轉(zhuǎn)化成活性氧會引起機體中毒。因此，活性氧也被作為生物開啟防御機制的重要信號［16］。當(dāng)植物因脅迫導(dǎo)致生成過量的活性氧時，植物體內(nèi)的超氧化物歧化酶（SOD）能夠有效地清除氧自由基，保護細(xì)胞。本研究中，鎘脅迫處理后，辣椒根、葉中SOD含量顯著增加。因為鎘脅迫會促進細(xì)胞中活性氧的產(chǎn)生，造成細(xì)胞因氧化而損傷，改變細(xì)胞內(nèi)SOD等抗氧化酶的含量。在鎘脅迫下，硝態(tài)氮處理根部抵御能力更強，銨態(tài)氮處理葉部抵御能力更強。植物體內(nèi)丙二醛含量可以體現(xiàn)植物遭受逆境傷害的程度，能夠反應(yīng)植物對逆境反應(yīng)強度的大?。?7］。在鎘脅迫條件下，硝態(tài)氮處理根部受迫害程度較小，銨態(tài)氮處理葉部受迫害程度較小。綜上，施加硝態(tài)氮和銨態(tài)氮均有利于緩解辣椒鎘污染，但硝態(tài)氮的效果優(yōu)于銨態(tài)氮。

4 結(jié)語

施加硝態(tài)氮和銨態(tài)氮都會促進鎘污染土壤中辣椒對鎘的吸收，相同鎘濃度處理下，硝態(tài)氮對辣椒根系吸收鎘促進作用較大，銨態(tài)氮對辣椒地上部位吸收鎘促進效果較強。在辣椒根系硝態(tài)氮處理辣椒受迫害程度較小，抵御能力更強。因此，在鎘污染嚴(yán)重的地區(qū)種植辣椒，建議施用硝態(tài)氮，降低辣椒地上部位鎘積累。

參考文獻：

［1］ 黎佳佳，付慶靈，呂意，等. 辣椒對灰潮土重金屬Cd、Pb污染的反應(yīng)與礦質(zhì)元素吸收［J］. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2005（2）：236-241.

［2］ 高翔云，湯志云，李建和，等. 國內(nèi)土壤環(huán)境污染現(xiàn)狀與防治措施［J］. 環(huán)境科技，2006（2）：52-55.

［3］ 李子涵，肖智華，沈榕，等.不同生理性質(zhì)氮肥對油菜吸收積累鎘的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（14）：82-86.

［4］ 曹柳，楊俊興，郭勁君，等. 施肥對向日葵吸收積累Cd的影響［J］. 環(huán)境科學(xué)，2018，39（11）：5189-5197.

［5］ 楊容孑，劉柿良，宋會興，等. 不同氮形態(tài)對龍葵鎘積累、抗氧化系統(tǒng)和氮同化的影響［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2016，25（4）：715-723.

［6］ 李夢然，許學(xué)慧，趙萌莉. 不同形態(tài)氮肥對苗期玉米鎘富集的影響［J］. 中國土壤與肥料，2021（4）：289-294.

［7］ 王輝，王帥，許超，等. 不同氮肥管理模式對水稻鎘吸收積累的影響［C］. 2019年中國土壤學(xué)會土壤環(huán)境專業(yè)委員會、 土壤化學(xué)專業(yè)委員會聯(lián)合學(xué)術(shù)研討會，2019.

［8］ 程怡然，王益，周永紅. 不同氮形態(tài)對波蘭小麥鎘吸收、轉(zhuǎn)運和解毒的調(diào)控機制［C］. 第十屆全國小麥基因組學(xué)及分子育種大會摘要集，2019.

［9］ 趙晶. 不同氮磷鉀肥對土壤鎘有效性和小麥吸收鎘的影響［D］. 成都：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

［10］畢景文，劉秒，劉秀成，等. 氮素與植物鎘脅迫響應(yīng)的研究進展［J］. 杭州師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，19（1）：1-9.

［11］曾強. 不同氮肥種類與用量對水稻產(chǎn)量及鎘積累的影響［D］.長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

［12］于沖沖. 氮肥形態(tài)對小麥鎘吸收轉(zhuǎn)運及積累的影響［D］.鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2021.

［13］易蔓，韋慧琴，胡夢坤，等. 氮素形態(tài)對煙草根際鎘的有效性及鎘吸收的影響［J］. 環(huán)境工程學(xué)報，2016，10（2）：941-947.

［14］魏賢，趙夢霖. 土壤酸化及酸性土壤改良措施［J］. 農(nóng)業(yè)科技與信息，2016（35）：88-89.

［15］李先喆，徐慶國，劉紅梅. 栽培條件對水稻鎘積累的影響研究進展［J］. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（3）：144-147.

［16］AGERVALD A，BAEBPRASERT W，ZHANG XH，et al. The CyAbrB transcription factor CalA regulates the iron superoxide dismutase in Nostoc sp. strain PCC 7120［J］. Environmental microbiology，2010，12（10）：2826-2837.

［17］陳志成. 8個樹種對干旱脅迫的生理響應(yīng)及抗旱性評價［D］. 泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.