镉(Cd)是一种重金属元素，位列联合国环境规划署提出的12种具有全球性意义的危险化学物质之首。土壤Cd通过植物吸收经食物链进入人体，是危害人类健康的主要途径。因此，查明土壤中Cd污染源，并从源头上加以控制，对改善土壤环境质量，确保农产品安全具有重要意义。

由于磷矿中伴生大量的Cd，其60%—80%的Cd会在磷肥的生产过程中转移到肥料中去^[1]，磷肥施用成了Cd在土壤中累积的主要原因，占人类活动对土壤Cd总贡献的54%—58%^[2]。人们对磷肥施用的关注已超出原来单纯的农学效应，其潜在Cd的环境风险更加备受关注。国外研究表明，长期施用含Cd磷肥显著增加土壤Cd全量^{[3, 4, 5]}及有效含量^[5]，两者间呈显著的剂量效应^[6]；施用高Cd磷肥或增施含Cd磷肥均可促进作物Cd累积量增加^{[7, 8]}。说明磷肥中的Cd可对土壤环境以及农产品的Cd安全产生显著影响。

近年来，我国学者在污染农田上开展了磷肥施用对作物Cd累积的影响研究，但主要侧重于磷肥的修复效应^{[9, 10, 11]}，而忽视磷肥中的Cd对作物Cd累积的影响。针对赤红壤上由于低Cd磷肥不同施用量诱发的玉米Cd累积及生物有效性更是未见报道。本实验采用田间试验，研究低Cd钙镁磷肥不同施用量下土壤Cd的有效性及玉米地上部秸秆和籽粒对土壤Cd的吸收、累积特征，以期为磷肥的合理施用以及玉米生产中控制和减少玉米对土壤Cd的吸收提供理论依据。

采用大田试验，于2011年在广西武鸣里建英才村进行。该区属南亚热带湿润季风气候区，年平均气温21.7℃，年均降水量1300 mm。供试春、秋玉米(Zea mays)品种均为迪卡008。供试土壤为砂页岩发育的铁质湿润雏形土，有机质27.8 g/kg，全氮1.10g/kg，碱解氮134 mg/kg，速效磷 14 mg/kg，速效钾112 mg/kg，全Cd 0.1504 mg/kg，pH(H₂O)5.40。供试磷肥为钙镁磷肥，其中P₂O₅含量为180 g/kg，Cd含量为0.0651 mg/kg。

磷肥施用量以P₂O₅计，以农民习惯磷肥施用量为基础，采用翻倍施用量效仿多年连续累积施用量。共设4个施P₂O₅水平，分别用P1、P2、P3和P4表示，其中P1处理为单造当地农民习惯磷肥施用量，P2、P3和P4处理分别为1a、2a和4a累计施用量，以不施磷肥作为对照(CK处理)。氮、磷、钾肥具体施用量和伴随钙镁磷肥施用进入农田的Cd含量见表 1。每处理3次重复，随机区组排列。小区面积2 5.2 m²，小区间以田间小沟隔开。氮、磷、钾肥分别按基肥：追肥为1 ∶ 1、1 ∶ 0、1 ∶ 1的比例施用。基肥采用沟施的方法，施肥后盖土。追肥采用穴施的方法施于两株玉米之间，施肥后盖土。基肥和追肥春玉米分别于2月28日和6月21日施入，秋玉米于7月30日和9月14日施用。春、秋玉米分别于2月23日和7月30日播种，采用单行种植，行距为60 cm，株距为30 cm，种植密度55545株/hm²，于7月20日和11月25日收获。

玉米收获时，全小区分秸秆及籽粒测产。同时，每小区取生长均匀的6兜平地收获地上部和采集耕层土壤样品。地上部分秸秆和籽粒两个部位，其中秸秆切短为2—3 cm混合均匀，于105℃杀青30 min，60℃烘干粉碎，过60目筛备用，籽粒60℃烘干粉碎，过60目筛。用HNO₃-HClO₄(2 ∶ 1)湿法消化^[12]，石墨炉原子吸收法^[13]测定Cd含量。土壤自然风干，粉碎，过18目，采用NH₄OAc提取^[14]，石墨炉原子吸收法^[13]测定土壤有效Cd含量，1 ∶ 2.5的土水比浸提，电位法^[12]测定土壤pH。

数据处理、作图、方差分析等采用Excel 2007和DPS 7.05等软件完成，采用LSD法进行多重比较。

由表 2可以看出，施磷显著增加玉米籽粒产量。与CK相比，春、秋玉米籽粒产量施磷处理分别提高8.2%—13.1%和13.6%—20.0%，差异达到显著水平(P<0.05)；然而，不同施磷量间玉米籽粒产量差异不显著。春玉米秸秆产量以P4处理最高，显著高于对照11.4%。春、秋玉米秸秆产量P1—P3处理均与对照相当。

由表 3可看出，茎叶和籽粒Cd含量均低于国家粮食卫生控制标准0.2 mg/kg¹的规定(GB2762—2005)。施磷降低玉米秸秆和籽粒对Cd的吸收，且玉米秸秆和籽粒Cd含量随施磷量的增加而减少。增施75—600 kg P₂O₅/hm²，春、秋玉米秸秆Cd含量降幅分别达2.7%—45.8%和11.0%—43.6%，籽粒Cd含量降幅达13.0%—40.6%和9.9%—31.5%。其中，P3和P4处理显著低于对照和P1处理。

由表 4可以看出，与对照相比，施入75 kg P₂O₅/hm²对玉米秸秆及籽粒Cd累积量无显著影响；当施磷量大于300 kg P₂O₅/hm²时，玉米秸秆和籽粒Cd累积量显著下降。随施磷量的增加，玉米秸秆及籽粒Cd累积量逐渐下降，以P4处理最低，分别低于P1、P2和P3处理13.6%—41.5%和8.8%—29.3%。

由图 1可以看出，与CK处理相比，磷肥施用不同程度地降低土壤有效Cd含量，其中，春玉米中P₂、P₃和P₄处理土壤有效Cd含量分别降低4.6%、7.1%和7.3%；秋玉米分别降低2.7%、5.6%和12.8%。

图 1 不同施磷施用量下土壤有效Cd含量变化 Fig. 1 Changes of soil available Cd content under different phosphate fertilization rate CK,P1—P4为施肥水平

图选项

土壤Cd的有效性随磷肥施用量的不同呈现不同程度的差异。施用量75—600 kg P₂0₅/hm²范围内，随着施磷量的增加，土壤有效Cd含量下降。春玉米栽培季节，P1处理中土壤有效Cd含量比P2、P3、P4处理分别提高5.7%、8.7%和8.8%，差异显著；但P2、P3、P4处理间差异不显著；秋玉米栽培季节，土壤有效Cd含量除了P1与P4处理间差异显著外，其他处理间差异不显著。

从图 2可以看出，施用磷肥提高玉米地土壤pH，且土壤pH随施磷量的增加而升高。当施磷量为600kg/hm²时，春玉米土壤pH分别比CK、P₁、P₂和P₃处理分别提高0.31、0.24、0.22和0.05个pH单位，秋玉米分别提高0.55、0.51、0.45和0.45个pH单位，间差异显著。

图 2 不同磷肥施用量下土壤pH的变化 Fig. 2 Changes of soil pH under different phosphate fertilization rate

图选项

将玉米Cd含量与土壤pH和有效Cd含量作相关性分析(表 5)发现，玉米秸秆、籽粒Cd含量与土壤有效Cd呈显著正相关，与pH值呈显著负相关。而磷肥施用量与土壤有效Cd含量呈显著负相关，与pH值呈显著正相关。表明磷肥通过提高土壤pH和降低土壤有效Cd含量影响玉米对Cd的吸收累积。

研究指出，Cd是生物迁移性极强的重金属，极易被植物吸收并在体内积累，超过一定限度可能会产生毒害而影响正常产量^[15]。本研究中，施磷显著增加玉米籽粒产量。说明磷肥中虽然含有一定的Cd含量，但这对玉米并无减产作用。试验在田间观察中也并没有发现玉米Cd毒害的症状。这可能与随磷肥进入土壤的Cd含量较低有关。众多研究表明，低浓度Cd对植物生长有积极的“刺激作用”，而较高的Cd含量才会对作物产生毒害作用^{[16, 17]}。由玉米籽粒产量在不同的施磷处理间差异不显著，推断P1水平(75 kg P₂O₅/hm²)是玉米适宜的施磷量。

玉米籽粒Cd含量的多少直接关系人类的健康。本试验所有处理中玉米籽粒Cd含量均低于国家粮食卫生控制标准，说明施低Cd钙镁磷肥施用不会造成玉米Cd超标。相反，与CK相比，增施75—600 kg P₂O₅/hm²，玉米对Cd的吸收累积量随施磷量的增加而降低。其中，秸秆中Cd含量降幅达2.7—45.8%(春玉米)和11.0—43.6%(秋玉米)；籽粒Cd含量降幅达13.0—40.4%(春玉米)和9.9—31.5%(秋玉米)。以上结果表明：施用磷肥既能提高作物产量，又能降低作物Cd污染。这一结果与国内外许多研究结论是相类似。Dheri等^[18]的盆栽试验中，磷肥的施用不仅使得供试菠菜的生物量增加34%(壤土)和45%(沙土)，而且减少了菠菜中Cd的含量。在50 mg P₂O₅/kg土的磷肥施用量下，磷肥增加小麦干物质重，同时减缓作物Cd、Pb毒害^[19]。Wang等^[20]发现，磷矿粉、钙镁磷肥和过磷酸钙均可显著减少污染土壤中小白菜对Cd的吸收累积量。因而，钙镁磷肥施用可作为一个经济、有效地降低作物Cd吸收量的措施。

研究表明，pH对Cd的生物有效性有重要影响。一方面，pH值影响土壤对Cd的吸附容量，pH值在4.0—7.7之间每上升1个pH值单位，土壤对Cd的吸附容量增加3倍，大大降低Cd向植物的迁移能力^[21]。另一方面，在碱性条件下，会生产CdCO₃、Cd(OH)₂沉淀。磷肥诱导土壤pH和表面电荷的提高从而提高土壤Cd的固定^[22]；同时，磷肥本身与Cd形成磷酸Cd沉淀和含钙磷肥施用引起的植物钙与Cd的竞争吸收也可降低土壤Cd的生物有效性^{[9, 23]}。本试验中，与CK相比，磷肥施用后土壤pH值上升，有效Cd含量下降(图 1，图 2)，玉米秸秆、籽粒Cd含量与有效Cd含量显著正相关，与pH值显著负相关(表 5)。说明磷肥降低玉米吸收累积Cd是通过pH值的上升，有效Cd含量的下降实现的。