全 文 ：云南农业大学学报 (自然科学)，2016，31 (1) :167 － 172 http: / /xb. ynau. edu. cn
Journal of Yunnan Agricultural University (Natural Science) E-mail:xb@ ynau. edu. cn
收稿日期:2014 － 10 － 13 修回日期:2015 － 02 － 14 网络出版时间:2016 － 01 － 15 15:05
* 基金项目:国家自然科学—云南省联合基金 (U1202236)。
作者简介:陈兴 (1987—)，男，辽宁辽阳人，在读硕士研究生，主要从事重金属污染植物修复研究。
E-mail:chenjia19871109@ 126. com
＊＊通信作者Corresponding author:李元 (1963—)，男，云南大姚人，博士，教授，主要从事环境生态学研究。
E-mail:liyuan@ ynau. edu. cn
网络出版地址:http:/ /www． cnki． net /kcms /detail /53． 1044． S． 20160115． 1505． 027． html
DOI:10. 16211 / j. issn. 1004 － 390X(n). 2016. 01. 026
蚕豆与小花南芥间作体系中
Cd，Pb在植物中的累积特征*
陈 兴，郭先华，祖艳群，李 元＊＊
(云南农业大学 资源与环境学院，云南 昆明 650201)
摘要:本研究采用大田试验，通过富集植物小花南芥与蚕豆间作修复铅锌矿区周边农田土壤，分析在间作体
系中植物对 Cd和 Pb的累积特征。结果表明:单作与间作条件下，蚕豆和小花南芥的株高以及生物量没有显
著差异。蚕豆在花蕾期 Cd，Pb的含量相对较低，成熟期 Cd，Pb含量最高，蚕豆的 Cd和 Pb含量在间作条件
下分别比单作高 30. 9%和 40. 2%;小花南芥的 Cd，Pb含量随种植时间逐步升高，小花南芥的 Cd 和 Pb 含量
在间作条件下分别比单作高 12. 6%和低 9. 04%。蚕豆与小花南芥间作条件下对 Cd 的富集系数比单作高，而
对 Pb的富集系数间作和单作没有差异。蚕豆与小花南芥对 Cd和 Pb的转运系数，单作与间作条件下均没有差
异。蚕豆对 Cd和 Pb的净化效率，间作的均大于单做，小花南芥的净化效率单作与间作没有差异。因此，蚕
豆花蕾期 Cd，Pb含量最低，成熟期 Cd，Pb含量最高，均是间作高于单作;小花南芥在 120 d时 Cd，Pb含量
最高，Cd含量间作高于单作，Pb含量低于单作。研究表明富集植物小花南芥与蚕豆间作修复铅锌矿区周边农
田土壤，具有一定的修复效率。
关键词:蚕豆;小花南芥;间作;重金属
中图分类号:X 53 文献标志码:A 文章编号:1004 － 390X (2016)01 － 0167 － 06
Accumulation Characteristics of Cd and Pb in Broad
Bean /Arabis Alpina Intercropping System
CHEN Xing，GUO Xianhua，ZU Yanqun，LI Yuan
(College of Ｒesource and Environment，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China)
Abstract:Field plot experiments were conducted to understand accumulation characteristics of Cd
and Pb in plants of broad bean /Arabis alpina intercropping system through intercropping system of
phytoremediation and broad bean in cultivated land around Pb /Zn mining area． The results showed
that there was no significant different of broad bean and A． alpina height and biomass between mono-
culture and intercropping systems． Contents of Cd，Pb in bread bean were relatively the lowest in
flowering stage． Contents of Cd，Pb in mature stage were the highest． Cd and Pb contents in inter-
cropping system were higher 30. 9% and 40. 2% than those in monoculture system，respectively．
Cd，Pb contents in A． alpina increased with the increase of planting time gradually． In intercropping
conditions，Cd content of A． alpina was higher 12. 6% than that in monoculture system and Pb con-
tent lower 9. 04% than that in monoculture system． Cd enrichment coefficient in broad bean and A．
alpina intercropping system was higher than in monoculture system． The enrichment coefficient of Pb
in intercropping and monocropping systems was no difference． Transport coefficients of Cd and Pb of
bean and A． alpina between monoculture and intercropping systems were no difference． The purifica-
tion efficiencies of Cd and Pb in intercropping system were higher than those in monoculture system．
Purification efficiency of A． alpina in monoculture and intercropping system was no difference． In
conclusion，Cd，Pb contents of bean were lowest in flowering stage，and Cd，Pb contents of broad
bean in intercropping system were higher than in monoculture system in the mature period;Cd and
Pb contents of A． alpina were the highest in 120 d． Cd content of A． alpina in intercropping system
was higher than in monoculture system． Pb content of A． alpina in intercropping system was lower
than in monoculture system．
Keywords:broad bean;Arabis alpina;intercropping system;heavy metal
随着中国矿藏资源的开釆、运输、冶炼等，
矿区周边农田土壤重金属污染日益严重，修复污
染农田具有重要意义［1 － 3］。植物修复具有成本低
廉、可直接应用、改善土质等优点，植物间作体
系应用于污染土壤的修复，是一条有效的新途
径［4］。研究发现，将超富集植物东南景天与玉米
套种，超富集植物间作提取重金属的效率比单作
明显提高，同时能生产出符合卫生标准的玉米食
品，是兼顾农业生产又修复污染的合理途径［5］;
马唐与玉米间作可以相互促进对镉的吸收累
积［6］。大量实验结果表明:超累积植物间作体系
可以提高植物提取土壤重金属的效率。由于重金
属修复的大田试验报道罕见，本试验通过大田条
件，将超富集植物小花南芥与蚕豆间作，分析在
间作体系中的 Cd、Pb 吸收累积特征，为间作修
复土壤重金属污染提供的理论依据。
1 材料与方法
1. 1 试供材料
本研究的大田试验基地位于云南省曲靖市会
泽县者海镇玛色卡村，属于铅锌矿区周边农田，
土壤 pH 值 5. 5，为酸性，速效磷含量 28. 2 mg /
kg，全磷量 15. 8 g /kg，土壤 Cd 含量 25 mg /kg，
Pb含量 600 mg /kg，CEC 28. 2 cmoL /kg，有机质
16. 1 g /kg，速效钾 122 mg /kg。采用当地农作物
蚕豆 (Vicia faba L. )与云南本土超富集植物小花
南芥 (Arabis alpina)间作种植模式，并同时设置
小花南芥单作和蚕豆单作种植模式。于 2013 年
10 月 25 日播种，小区面积 25 m2，株距 10 cm，
行距 15 cm，并分别于第 40 天分枝期、第 80 天花
蕾期、第 120 天成熟期对土壤、植株鲜样进行采
集，每种种植模式设 3 个重复小区，采样时采用
三重复并带回实验室进行检测。
1. 2 指标测定方法
1. 2. 1 株高的测量
采用常规测定方法，用直尺直接测量，每个
小区重复测量 15 株，取其平均值。
1. 2. 2 生物量的测量
植株收获后，先用自来水冲洗附着于植株样
品上的泥土，然后用去离子水洗净，将地上部分
和地下部分分开，用吸水纸将叶片和根系上的水
吸干后置于 105 ℃杀青 30 min，65 ～ 70 ℃左右的
烘箱中烘干至恒重，用电子天平称重，得到植株
样的干重。
1. 2. 3 植株中的 Cd，Pb含量测定
植物样品用自来水洗去尘土和夹杂物，再用
去离子水冲洗干净，晾干后于 105 ℃杀青 30 min，
烘干至恒重，用不锈钢植物粉碎机磨碎。
称取过 0. 25 mm 筛均匀样品 (土壤、植株)
0. 5 g置于 150 mL 三角瓶中，用少量水湿润样品，
加浓硝酸 10 mL，低温加热至微沸 (140 ～160 ℃)，
待棕色氮氧化物基本赶完后，取下冷却。沿壁加入
高氯酸5 ～10 mL，继续加热消化呈灰白色糊状，取
下冷却，加水过滤到 50 mL容量瓶中定容。用原子
吸收分光光度法测定 (TAS-990 原子吸收分光光度
计，北京)。
1. 3 数据分析
所测数据采用以下公式进行计算:
转移系数 =植株地上部分重金属含量
植株地下部分重金属含量
;
富集系数 =植株体内重金属含量
土壤中重金属含量
;
861 云南农业大学学报 第 31 卷
净化效率 = ［(植株重金属含量 ×每株生物量 ×
15 株) /小区土壤重金属含量］ × 100%。
采用 Microsoft Excel和 SPSS 19. 0 数据分析软
件进行方差分析和多重比较。
2 结果与分析
2. 1 蚕豆和小花南芥株高和生物量的变化
蚕豆的株高，在第 40，80，120 天，单作平
均株高为 5. 3，10. 1，16. 4 cm，间作的平均株高
为 6. 1，11. 0，16. 7 cm，各个时期单作与间作的
蚕豆株高差异不显著，说明在大田条件下，间作
体系对蚕豆的株高并没有影响 (图 1)。
图 2 是蚕豆各个时期生物量的变化，在第
40，80，120 天，蚕豆单作的生物量干重分别为
3. 50，5. 77，6. 67 g /株，间作的生物量干重分别
为 2. 70，5. 87，7. 47 g /株;各个时期的生物量差
异性不显著，说明大田条件下，间作体系对蚕豆
生物量没有明显影响。
在第 40，80，120 天，小花南芥单作的平
均株高为 4. 3，4. 5，5. 3 cm，间作的平均株高
为 4. 3，4. 6，5. 0 cm，各个时期单作与间作的
小花南芥株高差异不显著，说明在大田条件下，
间作体系对小花南芥的株高并没有直接影响
(图 3)。
在第 40，80，120 天，小花南芥单作的生物
量干重为 4. 07，4. 70，5. 27 g /株，间作的生物量
干重为 4. 43，5. 37，5. 00 g /株;各个时期的生物
量差异性不显著，说明大田条件下，间作体系对
蚕豆生物量没有明显影响 (图 4)。
2. 2 蚕豆和小花南芥中 Cd，Pb的含量
2. 2. 1 不同模式下植株 Cd含量
不同模式下植株 Cd含量如表 1 所示。蚕豆地
上部分的 Cd 含量单作与间作差异性显著，且随
着时间变化，单作和间作地上部分 Cd 含量出现
先降低后升高的趋势;第 80 天时，单作地上部分
Cd含量在比 40 d 时下降 10. 5%。地下部分蚕豆
的 Cd含量单作与间作差异性显著，且随着时间
变化，单作根部 Cd含量逐渐升高，间作 Cd 含量
也均是先降低后升高，第 80 天时比 40 d 时下降
了 17. 3%。
由表 1 还可看出，小花南芥单作与间作地上
部分 Cd含量除第 80 天外均差异性显著;随着时
间变化，单作地上部分 Cd 含量先降低后升高，
第 80 天的含量比 40 d 时下降了 30. 6%;而间作
961第 1 期 陈 兴，等:蚕豆与小花南芥间作体系中 Cd，Pb在植物中的累积特征
Cd含量逐步升高，120 d 时的含量分别是 80 d，
40 d的 1. 45 倍和 1. 65 倍。在第 40 天时，单作与
间作地下部分 Cd 含量差异性显著;随着时间变
化，单作 Cd含量逐步升高，120 d 时含量是 80 d
和 40 d 的 1. 25 和 1. 27 倍，间作则是先降低后升
高，80 d时的含量比 40 d时降低了 21. 8%。
表 1 小花南芥和蚕豆的 Cd含量
Tab. 1 The Cd content of broad bean and A. alpina
项目
item
单作 monocropping 间作 intercropping
40 d 80 d 120 d 40 d 80 d 120 d
蚕豆
broad
bean
地上部分
overground 5. 60 ± 1. 05 a 5. 01 ± 1. 18 a 10. 42 ± 0. 42 a 11. 66 ± 0. 93 b 9. 20 ± 1. 18 b 14. 88 ± 0. 42 b
地下部分
underground 6. 69 ± 1. 86 a 7. 94 ± 1. 20 a 11. 60 ± 1. 43 a 13. 93 ± 0. 55 b 11. 55 ± 0. 77 b 16. 98 ± 0. 26 b
小花
南芥
A． alpina
地上部分
overground 16. 33 ± 1. 22 a 11. 32 ± 0. 46 a 17. 48 ± 1. 81 a 12. 55 ± 2. 37 b 14. 33 ± 4. 14 b 20. 77 ± 1. 41 b
地下部分
underground 16. 10 ± 2. 47 a 16. 29 ± 2. 94 b 20. 43 ± 0. 33 a 20. 76 ± 0. 85 b 16. 25 ± 1. 40 b 22. 57 ± 0. 28 b
2. 2. 2 不同模式下植株 Pb含量
不同模式下植株 Pb 含量如表 2 所示。随着时
间变化，蚕豆地上部分的 Pb 含量单作先升高后降
低，间作逐渐升高，120 d 含量是 80 d 和 40 d 的
1. 51倍。第 40天和第 120天时，地下部分 Pb含量
单作与间作差异性显著，第 80 天差异不显著。随
着时间变化，单作地下部分 Pb 含量逐渐升高，间
作 Pb含量则是先降低后升高，第80天时比40 d时
下降了 23. 3%。
由表 2 还可看出:第 40，80，120 天时，小
花南芥单作与间作地上部分 Pb含量差异性均不显
著，且均有先升高后降低的趋势。在第 40 天时，
单作与间作地下部分 Pb 含量差异不显著，但第
80，120 天时 Pb 含量差异显著。随着时间变化，
单作 Pb含量也是先降低后升高，间作含量则逐步
上升趋势。
表 2 小花南芥和蚕豆的 Pb含量
Tab. 2 The Pb content of broad bean and A. alpina
项目 item
单作 monocropping 间作 intercropping
40 d 80 d 120 d 40 d 80 d 120 d
蚕豆
broad
bean
地上部分
overground 7. 09 ± 0. 43a 7. 80 ± 0. 99b 5. 30 ± 1. 08a 8. 78 ± 0. 25b 8. 80 ± 0. 54b 13. 27 ± 0. 64b
地下部分
underground 5. 06 ± 0. 98a 6. 26 ± 0. 26b 9. 65 ± 0. 17a 8. 70 ± 0. 50b 6. 67 ± 2. 30b 14. 52 ± 0. 28b
小花
南芥
A． alpina
地上部分
overground 25. 32 ± 0. 5b 38. 20 ± 3. 27b 28. 08 ± 3. 07b 23. 21 ± 3. 96b 36. 12 ± 3. 86b 29. 4 ± 5. 59b
地下部分
underground 29. 43 ± 1. 79a 26. 26 ± 2. 07a 48. 12 ± 4. 86a 27. 36 ± 1. 56b 39. 44 ± 4. 59b 39. 91 ± 2. 10b
2. 3 不同种植模式下，蚕豆和小花南芥中 Cd，
Pb累积特征
2. 3. 1 富集系数和转运系数
由表 3 可知:就蚕豆而言，间作对 Cd的富集
系数比单作高，尤其是第 40 天时，间作高出单作
2 倍;间作对 Pb的富集略高于单作系数低。而无
论单作还是间作，小花南芥对 Cd，Pb 的富集系
数均高于蚕豆。此外，无论蚕豆还是小花南芥，
对 Cd，Pb的转运系数在单作和间作间差别均不
显著。
071 云南农业大学学报 第 31 卷
表 3 蚕豆和小花南芥的转运系数和富集系数
Tab. 3 The enrichment coefficient and translocation coefficient of broad bean and A. alpina
项目
item
单作 monocropping 间作 intercropping
Cd Pb Cd Pb
40 d 80 d 120 d 40 d 80 d 120 d 40 d 80 d 120 d 40 d 80 d 120 d
蚕豆
broad
bean
转运系数
translocation 0. 80 0. 63 0. 90 1. 40 1. 25 0. 55 0. 83 0. 80 0. 88 1. 01 1. 32 0. 91
富集系数
enrichment 0. 50 0. 52 0. 88 0. 02 0. 03 0. 03 1. 02 0. 83 1. 27 0. 03 0. 03 0. 06
小花
南芥
A. alpina
转运系数
translocation 1. 01 0. 69 0. 86 0. 86 1. 45 0. 58 0. 61 0. 88 0. 92 0. 85 0. 92 0. 74
富集系数
enrichment 1. 30 1. 10 1. 52 0. 11 0. 13 0. 15 1. 33 1. 22 1. 73 0. 10 0. 15 0. 14
2. 3. 2 蚕豆与小花南介间作模式的净化效率
蚕豆与小花南芥的间作模式对重金属的净化
效率直接可以说明土壤重金属修复效果的好坏。
蚕豆对 Cd和 Pb的净化效果，间作的均大于单做
分别是 2. 24% 和 0. 08%，而蚕豆单作分别是
1. 39%和 0. 03%;小花南芥 Cd 的净化效率间作
大于单作，对 Cd 的净化效率分别是 2. 04% 和
1. 89%，对 Pb的净化效率是 0. 16%和 0. 14%。
3 讨论
间作是中国传统的农业种植方式，有利于植
物充分利用光、热、水、气等资源，能改善作物
的铁营养状况，还能提高植物对土壤养分的吸
收［7］，促进豆科植物向禾本科植物转移氮素，促
进禾本科植物对有机磷的吸收，提高作物的生物
量和粮食产量，促进植物对重金属的吸收累积［8］
等。本研究表明，大田条件下，随着时间的增加，
蚕豆和小花南芥的株高和生物量于单作和间作并
没有显著性差异，说明中度污染土壤对植株生长
并没有起到抑制性作用。李丽君等［9］研究表明低
浓度 Cd2 +对玉米萌发有刺激作用，且 1. 0 mg /L
的刺激作用大于 0. 5 mg /L的刺激作用;随着浓度
的增加，才表现为抑制作用;苗明升等［10］研究指
出，低浓度 Pb2 +对玉米生长也有一定刺激作用。
这就说明中、低浓度的 Cd，Pb 含量对蚕豆和小
花南芥的株高和生物量并没有显著影响。
间作体系主要是通过改变植物根系的分泌物、
土壤酶活性、土壤微生物等根际环境，间接地改
变土壤中重金属有效性，最终直接影响到植物对
重金属的吸收累积［11］。分析 3 个时期蚕豆体内重
金属的总体含量和富集系数，有着先降低后升高
的趋势，可能是因为植物生长快速，新陈代谢旺
盛，根与根之间交错，相互影响增强，根系分泌
物增多，根际环境受到蚕豆的影响，促使小花南
芥大量吸收重金属 Cd，Pb。王激清等［12］发现，
印度芥菜与油菜间作促进土壤重金属的活化，加
快植物吸收重金属效率;蒋成爱等［5］研究表明，
间作体系能促进超富集植物对重金属的吸收，东
南景天与玉米和大豆间作，可以显著提高东南景
天地上部对 Zn，Cd，Pb 3 种重金属的吸收;朱俊
艳等［13］发现，通过大田试验将油菜和海州香薷间
作轮作，促进了间作体系对重金属 Cu，Cd 的吸
收累积;李新博等［14］将遏蓝菜与大麦间作，减少
171第 1 期 陈 兴，等:蚕豆与小花南芥间作体系中 Cd，Pb在植物中的累积特征
了大麦对 Zn的吸收累积。因此，选择合适的植物
间作、混作可以提高富集植物吸收重金属的量，
还能相对降低混作植物所含重金属量。
蚕豆在第 80 天花蕾期时，单作叶与根的 Cd，
Pb含量均小于间作，原因可能是由于与小花南芥
间作，植物根部之间互相交错，影响了对重金属
的吸收累积，根系微生物，根系分泌物有所改变，
活化了土壤重金属的有效性，使其根部更容易对
重金属的吸收累积。刘海军等［6］研究发现，玉米
和马唐间作活化了土壤中的养分，植物根系分泌
了更多的有机酸，间接地活化了土壤中 Cd，使得
植物对 Cd的累积量得到提高;柴强等［15］对间作
根际微生物和酶活性进行了研究，间作使得根际
微生物提高了重金属的有效性，改变了重金属的
移动能力，使植物更易吸收累积。这就说明小花
南芥和蚕豆间作体系根部之间互相交错，影响了
彼此对土壤中重金属的吸收累积。
当植株受到镉、铅混合胁迫时，蚕豆和小花南
芥对铅的富集系数相对镉来说较小，单作与间作转
运系数也没有差别，可能是铅促进镉在植株体内的
吸收［16］，并且铅的存在可能会提高镉对植株的毒
性，而镉则呈现抑制植株对铅吸收的趋势。土壤
Cd －Pb复合胁迫条件下，Cd的生物学有效性大于土
壤 Cd单一污染处理，因而在 Cd － Pb复合污染土壤
中作物对 Cd的吸收增加，对铅的吸收量减小［17］。
4 结论
蚕豆花蕾期 Cd，Pb含量最低，成熟期 Cd，Pb
含量最高，均是间作高于单作;小花南芥在 120 d
时成熟期 Cd，Pb 含量最高，Cd 含量间作高于单
作，Pb含量低于单作。蚕豆与小花南芥间作对 Cd
的富集系数比单作高，而对 Pb 的富集系数间作和
单作没有差别。蚕豆和小花南芥对 Pb和 Cd的转运
系数，单作与间作也没有差异。蚕豆对 Cd和 Pb的
净化效率，间作的大于单做，小花南芥对 Cd 的净
化效率也是间作大于单作，而 Pb没有差别。
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