全 文 ：0 引言
农田重金属污染是当前农业环境领域重点研究
的关注点之一，中国农田重金属污染主要有 Pb、Cd、
Hg、Cr、As，其中镉污染是重金属污染中最为严重的
[1-5]，镉污染对作物生长及人体健康存在极大威胁，开展
镉污染治理技术研究具有重要现实意义。
目前镉污染土壤修复的技术主要有排土客土法、
施用化学改良剂法、采用淹水流失技术和还原对策、沸
石吸取法、电化学恢复方法、植物修复法。从目前的研
究看，人们对镉污染的来源，危害已经认识的比较全
面，提出了镉污染的各种防治措施，但这些措施因治理
成本太高、对环境影响大等因素，难以广泛应用。所以
必须寻找更经济、高效、安全的修复途径。自Chaney
提出植物修复（phytoremediation）以来，一直是人们研
究探索的重点和热点。与常规的其他处理方法相比,
植物修复技术具有处理费用很低、对环境影响小等诸
基金项目：“十一五”国家科技支撑计划“粮食主产区农田生态健康管理关键技术研究与示范”（2006BAD02A15、2007BAD89B01）课题资助。
第一作者简介：刘海军，男，1979年出生，内蒙古察右前旗人，硕士研究生，主要从事农田重金属污染植物修复研究。通信地址：100193北京市海
淀区圆明园西路2号中国农业大学西校区区域农业发展研究中心。Tel：010-62731163，E-mail：btlhj@yahoo.com.cn。
通讯作者：陈源泉，男，1977年出生，福建诏安人，博士，讲师，主要从事农田生态系统健康管理与技术研究。Tel：010-62731163，E-mail：rardc@163.com。
通讯作者：高旺盛，男，1963年生，甘肃天水人，教授，博导，主要从事农业生态学与宏观农业研究。Tel：010-62731163，E-mail：wshgao@cau.edu.cn。
收稿日期：2009-03-09，修回日期2009-04-09。
马唐与玉米间作对镉的富集效果研究初探
刘海军，陈源泉，隋 鹏，高旺盛，姜 莉，汪洪焦，张 敏
（中国农业大学循环农业研究中心，北京 100193）
摘 要：采用盆栽土培试验，研究了马唐与玉米间作对玉米吸收和积累镉的影响。结果表明，无论是单作
玉米还是间作玉米，同一镉浓度处理下，玉米各器官的含镉量均为：根>茎>叶>籽粒；同一器官不同镉浓
度处理的镉含量大小顺序为：10 mg>5 mg>0 mg。在没有镉胁迫情况下，单作马唐地上部积累的镉略高
与间作马唐；当加入外源镉时，间作马唐积累的镉高于单作马唐，且达到显著水平。马唐对镉的积累量
随着镉浓度的增加，马唐地上部积累镉的量也在相应增加。玉米与马唐间作系统，促进了玉米根部对镉
的吸收，而籽粒中镉的含量反而有所降低。研究初步表明，玉米与马唐间作之后，能够相互促进对镉的
吸收。
关键词：玉米；马唐；间作；重金属；生物富集
中图分类号：S181，X171.5 文献标识码：A 论文编号:2009-0526
The Uptake and Accumulation Effect of Cd In the Maize-crabgrass Intercropping System
Liu Haijun, Chen Yuanquan, Sui Peng, Gao Wangsheng, Jiang Li, Wang Hongjiao, Zhang Min
(Circular Agriculture Research Center, China Agricultural University, Beijing 100193)
Abstract: A soil pot-culture experiment was carried out to study maize（Zea mays L.）and crabgrass（Digitaria
sanguinalis (L.)Scop.）Response to cadmium toxicity. The results showed that under the same level of Cd, con⁃
tents sequence of Cd in the different organs of maize was root>stem>leaf>seed both intercropping and
mono-cropping system. Contents sequence of Cd in the same organs of maize was 10mg>5mg>0mg under differ⁃
ent levels of Cd. Compared with the control, crabgrass of intercropping accumulate more Cd than crabgrass of
mono-cropping. Crabgrass accelerated the maize for uptake and accumulation of Cd and accumulates them in
roots of the maize in intercropping system. The initial test showed that there was a mutual promotion of uptake
and accumulation between maize and crabgrass in intercropping system.
Key words: maize, crabgrass, intercropping, heavy metal, biological accumulation
中国农学通报 2009,25(15):206-210
Chinese Agricultural Science Bulletin
多明显的优势，是最有潜力的修复模式。
目前，国内外关于植物修复镉污染的研究已经开
展了许多，国外研究证实的镉积累植物主要有遏蓝菜
(Thlaspi caerulescens)和印度芥菜（Brassica junica)。国
内学者对镉积累植物也进行了大量的研究，熊愈辉等
研究发现东南景天（Sedum alfredii Hance）是一种镉超
积累植物。魏树和等试验发现并证实杂草龙葵(Sola⁃
num nigrum Linn.)是一种镉超积累植物。还有很多对
镉具有一定的积累功能或者具有一定积累潜力的植物
被相继发现，主要由以下植物：苎麻(Boehmeria nivea
(Linn.)Gaudich.)、月季花 (Rosa chinensis Jacq)、栀子
(Cardenia Jasminoides Ellis)、天门冬 (Asparagus cochi⁃
nensis Merr)、全叶马兰（Kalimeris inergrifolia Turcz.ex
DC.）、蒲公英（Taraxacum mongolicum Hand.Mazz）、鬼
针 草（Bidens pilosa Linn.）、美 人 蕉（Canna indica
Linn.）、紫茉莉（Mirabilis jalapa Linn.）、凤仙（Impatiens
balsamina Linn.）、金盏菊（Calendula officinalis Linn.）、
蜀葵（Althaea rosea(Linn.)Cavan）、商陆（Phytolacca aci⁃
nosa Roxb.）、马齿苋（Portulaca oleracea Linn.）、龙葵
（Solanum nigrum Linn.）、艾蒿（Artemisia princeps）、酸浆
（Physalis alkekengi Linn.）等。
总体来说，目前研究成果多数适用于工矿区、城郊
区等高污染区域的治理。如何将目前的研究结果应用
到污染较轻的广大农田的研究很少。对于轻度污染的
农田如果放弃作物生产全部种植富集植物，会影响粮
食生产。如果能够在种植农作物的农田引入功能植物
与其间混作，实现边生产边修复，不失为一种值得探索
的路子。
目前关于间作对镉的吸附已有一些初步的研
究。项雅玲等通过温室土培盆栽试验研究发现印度芥
菜（Brassica junica）和油菜（Brassica campestris L.）植株
的吸镉量和对土壤的净化率均高于单作[6]。吴华杰等
采用土壤盆栽实验研究了水稻（Oryza glaberrima）和小
麦（Triticum aestivum Linn.）间作后对镉的吸附效果[7]。
王激清等研究发现油菜和印度芥菜的互作时植株的吸
镉量和对土壤的净化率均高于单作[8]。黄益宗等采用
土壤盆栽试验研究玉米与羽扇豆、鹰嘴豆在不同分隔、
间作方式下对镉吸收情况[9]。姚会敏[10]利用盆栽试验
研究普通油菜中双四号分别与积累镉油菜溪口花籽、
朱仓花籽、印度芥菜间作对镉的吸收效果。李凝玉等
对玉米（Zea mays L.）与紫花苜蓿（Medicago sativa L.）
间作对镉的吸收效果[11]。总体来说，目前的研究刚刚
起步，尚待进一步开展相关的探索研究。因此，在前人
研究的基础上，作者主要研究探索玉米与农田杂草马
唐间作后对镉的富集效果。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验以玉米（Zea mays L.）和马唐（Digitaria san⁃
guinalis(Linn.) Scop.）为实验材料，由于玉米的田间主
要杂草马唐对镉具有一定的积累功能，且杂草的抗逆
性强、生物量大等特点，故采用马唐与玉米间作的方
式，来减少玉米对镉的积累。实验地选在北京市中国
农业大学上庄试验站（E116º20，N39º56），代表典型华
北地区小麦、玉米主产区。供试土壤采自中国农业大
学上庄试验站试验田，取 0~20 cm表层土壤，风干、磨
碎过2 mm筛。试验地土壤的主要基础值：pH值为8.13，
全氮为 0.3 g/kg，速效磷为 1.86 mg/kg，速效钾为 53.37
mg/kg，有机质为9.35 g/kg。
1.2 试验处理
把过完筛的土装入长、宽、高分别为45 cm、34 cm、
32 cm的盆中，每盆装土 15 kg，然后均匀加入CdSO4
（分析纯）溶液，放置两周后，按以下处理播种：玉米单作、
马唐单作、马唐玉米间作。以上处理分别设5 mg/kg和
10 mg/kg两个浓度处理，以不加CdSO4的处理为对照，
每个处理设 3个重复。于 2008年 6月 1日播种，2008
年9月26日收获。所有处理的肥水措施均一致。
1.3 测定方法
将收获的玉米分为根、茎、叶、籽粒4个部分，马唐
只取地上部。把样品先用自来水冲洗干净，再用去离
子水冲洗两遍，然后在 80℃下烘至恒重，烘干的样品
用粉碎机粉碎，把粉碎的样品装入塑封袋待测。称取
0.5000 g植物样品，用HNO3-HClO4消煮，用火焰原子
吸收分光光度计测定镉含量。
富集系数和转运系数[12，13]由计算得来，计算公式
如下：
富集系数＝
；
转运系数＝
试验获得数据采用Microsoft Excel和DPS v2.00
来分析。
2 结果与分析
2.1 玉米对镉吸收情况分析
2.1.1 不同镉浓度下玉米各器官对镉的吸收情况 从玉
米各器官对镉的吸收情况来看，不论是间作还是单作，
在同一镉浓度处理下，玉米根、茎、叶、籽粒各器官的含镉
刘海军等：马唐与玉米间作对镉的富集效果研究初探 ·· 207
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量均为：根>茎>叶>籽粒，说明在玉米的各器官中根是积
累镉的主要部位，这与以往的研究结论完全一致[14]，即植
物体内的镉大部分聚集在根部，少部分被运输至地上
部。10 mg/kg处理下，根部的镉含量是茎部的2.7倍，是
叶部镉含量的4.2倍，是籽粒中镉含量的63.2倍。
不同的镉处理浓度对玉米各器官积累的镉的量
影响较大，与对照相比，5 mg/kg和 10 mg/kg镉处理玉
米的根、茎、叶中的镉含量显著提高，从各器官积累镉
来看，随着处理浓度的提高，籽粒中镉的积累量增加的
相对较小。
而玉米的同一器官不同镉浓度处理的镉含量大
小顺序为：10 mg>5 mg>0 mg。10 mg/kg处理根部Cd
含量是 5 mg/kg处理的 1.5倍，是对照的 0 mg/kg处理
玉米根系镉含量的14倍；10 mg/kg处理茎部中的镉含
量是5 mg/kg处理茎部镉含量的1.6倍，是对照茎部镉
含量的 27.4倍；10 mg/kg处理叶部镉含量是 5 mg/kg
处理镉含量的 1.6倍，是对照叶部镉含量的 39.5倍；
10 mg/kg处理籽粒中的镉含量是 5 mg/kg处理镉含量
的 2.7倍。且 5 mg/kg、10 mg/kg各处理器官中的镉含
量均显著高于对照各器官中镉含量。
2.1.2 玉米与马唐间作后对玉米吸收镉的影响 玉米
与马唐间作之后，玉米不同器官以及不同浓度情况下
玉米对镉的吸收情况基本趋势与单作一致。但对比间
作与单作（图1和图2）可以看出：间作对玉米积累镉有
很大的影响，尤其是对根部和籽粒的影响。10 mg/kg
处理中，间作玉米的根部镉含量是单作玉米根系镉含
量的 2倍多，5 mg/kg处理中，间作玉米根系镉含量是
单作玉米根系含量的 1.3倍。在 5 mg/kg和 10 mg/kg
处理下，茎和叶在间作和单作条件下的镉含量相当，没
有显著差异。间作系统中各处理的玉米籽粒中均未检
测到镉，而单作玉米籽粒中，10 mg/kg处理镉含量为
0.5 mg/kg，5 mg/kg处理镉含量为0.2 mg/kg，均远远超
过了GB15201-94玉米镉限量的0.05 mg/kg。因此，可
以看出，与马唐间作后，能够促进玉米根系对镉的吸
收，而减少了玉米籽粒中镉的积累。说明在镉胁迫下，
间作促进了玉米根系对镉的吸收，而根系吸收的镉没
有同步的相应运输到地上部。且在致死范围内，镉胁
迫越严重，根系吸收的量越大。
010
2030
4050
6070
80
根 茎 叶 籽粒
Cd含
量
(mg/k
g)
CK5mg/kg 10mg/kg
05
1015
2025
3035
40
根 茎 叶 籽粒
镉
含
量
(mg/k
g)
CK5mg/kg10mg/kg
图1 不同镉浓度处理下单作玉米各器官镉含量 图2 不同镉浓度处理下间作玉米各器官的镉含量
2.2 马唐对镉的吸收情况分析
由图3看出，在没有镉胁迫情况下，单作马唐地上
部积累的镉略高与间作马唐，因为对镉的积累量与积
累作物的生物量成正比，单作马唐的生物量高于间作
05
1015
2025
3035
4045
50
单作马唐 间作马唐
Cd含
量
(mg/k
g)
CK5mg/kg 10mg/kg
图3不同镉浓度处理下马唐地上部的镉含量
·· 208
马唐的生物量，所以单作马唐积累的镉略多。当在处
理中加入外源镉时，间作马唐积累的镉高于单作马唐，
且达到显著水平，马唐对镉的积累量随着镉浓度的增
加，马唐地上部积累镉的量也在相应增加。从图 2可
以看出，玉米也是在间作系统中对镉的积累量大于单
作系统积累量，即在马唐、玉米间作系统中，玉米和马
唐互相促进对镉的吸收，而间作系统中玉米籽粒的镉
含量低于单作玉米籽粒的镉含量。
表1 玉米的富集系数和转运系数
处理
5 mg/kg
10 mg/kg
间作玉米
富集系数/(克/株）
0.5
0.4
转运系数
0.2
0.1
单作玉米
富集系数/（克/株）
0.6
0.4
转运系数
0.3
0.2
表2 马唐富集系数
处理
5 mg/kg
10 mg/kg
单作/(克/盆)
0.3
0.2
间作/(克/盆)
0.5
0.2
与玉米相比相差太多。
3 讨论与结论
试验研究初步表明，玉米与马唐间作后，玉米和马
唐互相促进对镉的吸收，且玉米根系吸收的镉没有同步
的相应运输到地上部，间作系统中玉米籽粒的镉含量低
于单作。从单纯污染土壤修复的角度讲，单作玉米的修
复效果比间作玉米的修复效果好。而综合考虑经济、生
态效益和持续、安全的农业生产，对于轻微污染的农田
间作要优于单作，因为间作既保障了农田的正常生产和
粮食作物的安全，同时逐步在修复污染的农田土壤，对
于解决中国人多地少、粮食紧缺的现状有一定的现实意
义。
对于这一初步研究结果，有待于进一步从间作之后
的根际环境变化来解释其机理。目前的研究显示，土壤
的pH值是影响镉活性的最重要的因素，而镉对植物分
泌H+存在抑制作用[15]，所以对此试验结果的机理解释的
可能是：玉米与马唐这种杂草间作时，由于养分竞争等
原因，玉米和马唐分泌更多的根系分泌物来活化土壤中
的养分，而低分子有机酸是根系分泌物的主要成分[16-17]，
有机酸与镉形成螯合物，并降低根际pH，从而提高镉的
生物有效性，根际土壤中被活化的Cd2+被吸附到玉米根
部细胞表面，扩散进入质外体，使间作玉米根系质外体
中镉含量远高于单作玉米根系中的镉含量，但是经转运
蛋白跨膜运输进入共质体、导管和木质部的Cd2+与玉米
单作相比没有增加，同时通过根压和蒸腾作用被转运到
地上部的Cd2+在单作与间作没有显著差别。具体机理有
待于进一研究。
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富集系数和转运系数分析
根据玉米地上部和根部的镉含量以及玉米的生
物量，计算出玉米的富集系数和转运系数，来反应镉在
玉米植株体内的积累和转运情况。计算结果如表 1。
由表1可知，富集系数和转运系数均为5 mg/kg处理最
大，即无论是单作玉米还是间作玉米，在5 mg/kg处理
积累和转运镉的效果都比 10 mg/kg处理高。可以推
断，玉米和马唐甚至其它植物，随镉胁迫浓度从低到高
的变化过程，玉米的富集系数和转运系数的变化趋势
可能是呈“钟形”。在 5 mg/kg处理下，单作玉米的富
集系数大于间作玉米的富集系数，这与间作玉米的生
物量大于间作玉米生物量相关。
由马唐的富集系数（见表2）可知，5 mg/kg处理的
富集系数大于 10 mg/kg处理的富集系数，在 5 mg/kg
处理下，间作处理的富集系数比单作的大，而10 mg/kg
处理下，间作和单作的富集系数相同。与玉米相同，随
着外源镉浓度的增大，马唐的富集系数随之增大，当达
到某一值时，马唐的富集系数开始下降。与马唐不同
的是，在5 mg/kg处理下，间作马唐的富集系数大于单
作马唐的富集系数，这可能是因为马唐植株的生物量
刘海军等：马唐与玉米间作对镉的富集效果研究初探 ·· 209
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