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混种富集植物对牛膝菊镉积累的影响



全 文 :第28卷第6期
2014年12月
水土保持学报
Journal of Soil and Water Conservation
Vol.28No.6
Dec.,2014
 
  收稿日期:2014-07-05
  基金项目:国家农业科技成果转化资金项目(2011GB2F000006)
  作者简介:林立金(1980-),男,四川龙泉驿人,博士研究生,工程师,主要从事果树生理生态与水土保持研究。E-mail:lj800924@163.com
  通讯作者:廖明安(1957-),男,四川仁寿人,博士,教授,博士生导师,主要从事果树生理生态及栽培研究。E-mail:lman@sicau.edu.cn
混种富集植物对牛膝菊镉积累的影响
林立金1,2,罗 丽1,杨代宇1,张 潇1,廖明安1,汤福义1
(1.四川农业大学 园艺学院,四川 雅安625014;2.雅安水土保持生态环境监测分站,四川 雅安625000)
摘要:为研究混种对超富集植物的重金属修复效果,通过盆栽和小区试验,研究了镉超富集植物牛膝菊
(Galinsogaparviflora)混种镉富集植物荠菜(Capsella bursa-pastoris)、碎米荠(Cardamine hirsuta)和猪
殃殃(Galium aparine)对其镉积累的影响。结果表明:与单种相比,混种猪殃殃提高了牛膝菊单株地上部
分生物量和整株生物量,混种荠菜及碎米荠则降低了牛膝菊单株地上部分生物量和整株生物量,但各个混
种处理的植物总生物量均介于2种植物单种之间。混种荠菜、碎米荠和猪殃殃均提高了牛膝菊地上部分
镉含量,其中,盆栽试验分别较牛膝菊单种提高了35.16%,52.26%和17.42%,小区试验分别较牛膝菊(单
种)提高了18.45%,25.24%和12.62%。牛膝菊混种碎米荠的地上部分镉积累总量高于各自单种,其余混
种处理均介于2种植物单种之间。小区试验中,牛膝菊混种碎米荠的单位面积地上部分镉积累总量达
340.74μg/m
2,分别较牛膝菊单种和碎米荠单种提高了15.40%和4.57%。因此,牛膝菊混种碎米荠能够
用于提高镉污染土壤的修复效果。
关键词:牛膝菊;富集植物;镉积累;混种;植物修复
中图分类号:X53;S352.5+9   文献标识码:A   文章编号:1009-2242(2014)06-0319-06
Effects of Intercropping with Accumulator on Cadmium
Accumulation of Galinsoga Parviflora
LIN Li-jin1,2,LUO Li 1,YANG Dai-yu1,ZHANG Xiao1,LIAO Ming-an1,TANG Fu-yi 1
(1.College of Horticulture,Sichuan Agricultural University,Ya’an,Sichuan625014;
2.Ya’an Soil and Water Conservation Monitoring Substation,Ya’an,Sichuan625000)
Abstract:To study the effects of intercropping on heavy metal phytoremediation of hyperaccumulator,the
pot and field experiments were conducted to study the effects of Cd-accumulators Capsellabursapastoris,
Cardamine hirsute and Galium aparine intercropping with Cd-hyperaccumulator Galinsogaparviflora on
cadmium accumulation of G.parviflora.The results showed that:Intercropping with G.aparineimproved
the shoot biomass and whole plant biomass of G.parviflora,and intercropping with C.bursa-pastoris and
C.hirsutareduced the shoot biomass and whole plant biomass of G.parvifloracompared with monoculture
of G.parviflora.In the intercropping system,the total biomass of plants was between the monoculture of
two species.By intercropping with C.bursa-pastoris,C.hirsute and G.aparine,al of the cadmium
contents in shoots of G.parvifloraincreased,which increased by 35.16%,52.26%and 17.42%respectively
compared with monoculture in pot experiment,and increased by 18.45%,25.24%and 12.62%respectively
compared with monoculture in plot experiment.The total cadmium accumulation in shoots of G.parviflora
and C.hirsutaintercropping system was higher than monoculture of this two species respectively,and the
other intercropping treatments were between the monoculture of two species.In plot experiment,the unit
area of total cadmium accumulation in shoots of G.parvifloraand C.hirsutaintercropping system was 340.74
μg/m
2,which improved by 15.40%and 4.57%compared with the monocultures of G.parviflora and C.
hirsute respectively.Therefore,Galinsogaparvifloraintercropping with Cardamine hirsuta could be used
to enhance the remediation effects of cadmium contaminated soil.
Key words:Galinsogaparviflora;accumulator;cadmium accumulation;intercropping;phytoremediation
在重金属污染治理的众多方法中,植物修复技术是一种常用方法,具有成本低廉、适用范围广等优点[1]。
DOI:10.13870/j.cnki.stbcxb.2014.06.059
植物修复技术主要是利用重金属超富集植物通过植物提取的方式达到修复重金属污染土壤的目的,虽然已筛
选出成百上千的重金属超富集植物,但这些植物大部分都存在着生长缓慢、生物量小等缺点,这也就限制了植
物修复技术优势的充分发挥[2]。为此,通过农艺措施提高超富集植物对重金属污染土壤的修复效率,对重金属
污染土壤的修复有着重要的实践意义。在农业生产上,利用间(混)作技术能够提高作物对土壤养分、水和光等
资源的有效利用,从而增加作物的产量,提高其品质[3]。在重金属污染条件下,不同植物物种间(混)种对重金
属元素的吸收影响主要集中在根际环境中,植物可通过信号反馈分泌有机酸与重金属形成可溶性络合物而抑
制重金属的跨膜运输,降低重金属的生物有效性,减少其对植物的伤害[4-5]。当2种植物根系相互接近或接触
时,植物间可产生“根际对话”现象而形成促进或抑制植物生长的作用[6]。Whiting等人将超富集植物天蓝遏
蓝菜和普通植物菥蓂混种后发现,超富集植物的Zn积累量显著提高,而普通植物的生物量增加、Zn积累量明
显降低[7]。蒋成爱等人研究表明,将超富集植物东南景天与玉米、黑麦草、大豆混作,显著地提高了东南景天对
Zn的积累,同时也显著降低了玉米和黑麦草对Cd和Zn的吸收[8]。但Yang等人将超富集植物香根草与豆科
植物长喙田菁混种后,并没有发现对2种植物的Pb、Zn积累产生影响[9]。这些说明只有通过合适的植物搭配
进行间(混)种才能达到提高重金属污染修复效率的目的,因而需要进一步筛选能够提高超富集植物修复效率
的植物搭配物种。牛膝菊是一种镉超富集植物,但其本身生物量相对较小,镉提取效率较低[10]。本文将牛膝
菊分别与3种生物量较小的镉富集植物荠菜[11]、碎米荠[12]和猪殃殃[13]混种,研究其对镉污染土壤的修复效
率,以期筛选出能提高牛膝菊修复效率的混种富集植物物种,为镉污染土壤的修复提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试土壤为紫色土,取自四川农业大学雅安校区农场(29°59′N,102°59′E)镉污染区,为前期试验的镉污染
土,其基本理化性质:pH值6.98,有机质含量35.01g/kg,全氮含量1.19g/kg,全磷含量0.63g/kg,全钾含量
20.64g/kg,碱解氮含量80.63mg/kg,速效磷含量31.78mg/kg,速效钾含量115.97mg/kg,全镉含量2.5
mg/kg。土壤理化性质及重金属含量均按照参考文献[14]的方法测定。于2013年9月在四川农业大学雅安校
区农场农田采集牛膝菊、荠菜、碎米荠和猪殃殃幼苗(未被重金属污染区)。
1.2 盆栽试验
盆栽试验于2013年9-10月在四川农业大学雅安校区农场进行。2013年9月,将土壤风干、压碎、过5
mm筛后,分别称取3.0kg装于15cm×18cm(高×直径)的塑料盆内,选择长势一致,约2对(片、组)真叶展
开的牛膝菊、荠菜、碎米荠和猪殃殃幼苗移栽至盆中。试验设置7个处理,分别为:牛膝菊单种、荠菜单种、碎米
荠单种、猪殃殃单种、牛膝菊混种荠菜、牛膝菊混种碎米荠、牛膝菊混种猪殃殃。单种处理每盆种植植物4株,
混种处理每盆种植牛膝菊2株,种植荠菜、碎米荠或猪殃殃2株,每个处理重复3次。将盆栽的植物置于透明
遮雨棚内,根据土壤水分实际情况不定期浇水确保土壤水分保持在田间持水量的80%左右。35d后各植物处
于盛花期,分别进行整株收获,将其根系和地上部分分别封装。
1.3 小区试验
小区试验于2014年2-3月在四川农业大学雅安校区农场镉污染区进行,供试土壤与盆栽试验相同。
2014年2月,选择长势一致,约2对(片、组)真叶展开的牛膝菊、荠菜、碎米荠和猪殃殃幼苗移栽至整理好的小
区中。试验设置7个处理,分别为:牛膝菊单种、荠菜单种、猪殃殃单种、碎米荠单种、牛膝菊混种荠菜、牛膝菊
混种猪殃殃、牛膝菊混种碎米荠,每个处理重复3次(3个小区)。每个小区的植物种植密度为100株/m2(所有
植物行株距均为10cm),其中混种方式为一行牛膝菊一行其它植物,使混种的植物行与行之间分别为2种不
同的植物,符合农业间作生产方式。根据土壤水分实际情况不定期浇水确保土壤水分保持在田间持水量的
80%左右。35d后各植物处于盛花期,分别进行整株收获,将其根系和地上部分分别封装。
1.4 镉含量的测定
将植物根系和地上部分分别用自来水洗净,再用去离子水冲洗3次后,于110℃杀青15min,75℃烘干至
衡重,称重,粉碎,过100目筛。称取0.500g植物样品,加入硝酸-高氯酸(体积比为4∶1)放置12h后消化
至溶液透明,过滤,定容至50ml,用iCAP 6300型ICP光谱仪测定(Thermo Scientific,USA)镉含量[14]。
1.5 数据处理
数据采用DPS软件进行方差分析(Duncan新复极差法进行多重比较)。富集系数(BCF)=植物地上部分
023 水土保持学报       第28卷
镉含量/土壤镉含量[15],转运系数(TF)=植物地上部分镉含量/根系镉含量[16]。
表1 混种对4种植物单株生物量的影响 g
混种方式 根系生物量 地上部分生物量 整株生物量
牛膝菊(单种) 0.247±0.005b 0.685±0.007b 0.932±0.012b
牛膝菊(混种荠菜) 0.256±0.004a 0.528±0.003d 0.784±0.007d
牛膝菊(混种碎米荠) 0.186±0.008d 0.660±0.010c 0.846±0.018c
牛膝菊(混种猪殃殃) 0.227±0.006c 0.800±0.006a 1.027±0.012a
荠菜(单种) 0.084±0.005a 0.365±0.008b 0.449±0.013a
荠菜(混种牛膝菊) 0.065±0.004b 0.376±0.004a 0.441±0.008a
碎米荠(单种) 0.057±0.005a 0.522±0.010a 0.579±0.015a
碎米荠(混种牛膝菊) 0.054±0.006a 0.517±0.011a 0.571±0.016a
猪殃殃(单种) 0.095±0.007a 0.250±0.012a 0.345±0.019a
猪殃殃(混种牛膝菊) 0.063±0.009b 0.180±0.011b 0.243±0.020b
  注:同列数据后不同字母表示差异显著(P<0.05)。下同。
2 结果与分析
2.1 混种对4种植物生物量的影响
2.1.1 混种对4种植物单株生物量的影响
 从表1可以看出,与牛膝菊(单种)相比,混
种荠菜提高了牛膝菊单株根系生物量(P<
0.05),而混种碎米荠、混种猪殃殃则降低了
牛膝菊单株根系生物量(P<0.05)。就单株
地上部分生物量和整株生物量而言,混种猪殃
殃提高了牛膝菊单株地上部分生物量和整株生
物量,比牛膝菊(单种)分别提高了16.79%(P
<0.05)和10.19%(P<0.05),而混种荠菜、
混种碎米荠则降低了牛膝菊单株地上部分生
物量和整株生物量。就其它富集植物而言,混种牛膝菊后,荠菜、猪殃殃和碎米荠的单株根系生物量、整株生物
量分别较各自单种有所降低(表1)。混种牛膝菊的荠菜单株地上部分生物量较其单种提高了3.01%(P<
0.05),但混种牛膝菊的猪殃殃和碎米荠单株地上部分生物量较其各自单种有所降低。
表2 混种对4种植物单盆生物量的影响 g
混种方式 根系生物量 地上部分生物量 整株生物量
牛膝菊(单种) 0.988±0.022a2.740±0.028a3.728±0.050a
荠菜(单种) 0.336±0.023f1.460±0.034f1.796±0.057f
碎米荠(单种) 0.228±0.019g 2.088±0.042c2.316±0.061e
猪殃殃(单种) 0.380±0.028e1.000±0.051g 1.380±0.079g
牛膝菊+荠菜(混种)0.642±0.017b1.808±0.014e2.450±0.031d
牛膝菊+碎米荠(混种)0.480±0.006d2.354±0.042b2.834±0.048b
牛膝菊+猪殃殃(混种)0.580±0.032c1.960±0.010d2.540±0.042c
2.1.2 混种对4种植物单盆生物量的影响
 由于牛膝菊植株大于荠菜、碎米荠和猪殃
殃,牛膝菊+荠菜(混种)、牛膝菊+猪殃殃
(混种)、牛膝菊+碎米荠(混种)的每盆根系
生物量、每盆地上部分生物量和每盆整株生
物量均介于牛膝菊(单种)和其它3种富集植
物各自单种之间(表2)。就每盆地上部分生
物量和整株生物量而言,牛膝菊+碎米荠(混
种)比牛膝菊(单种)分别降低了14.09%(P<0.05)和23.98%(P<0.05),比碎米荠(单种)分别提高了
12.74%(P<0.05)和22.37%(P<0.05)。
表3 混种对4种植物镉含量的影响
混种方式
根系镉含量/
(mg·kg-1)
地上部分镉含量/
(mg·kg-1)
富集系
数(BCF)
转运系
数(TF)
牛膝菊(单种) 4.49±0.06c 3.10±0.17d 1.24  0.69
牛膝菊(混种荠菜) 4.24±0.31c 4.19±0.24b 1.68  0.99
牛膝菊(混种碎米荠) 4.97±0.18b 4.72±0.11a 1.89  0.95
牛膝菊(混种猪殃殃) 5.62±0.17a 3.64±0.10c 1.46  0.65
荠菜(单种) 6.53±0.14a 4.37±0.11a 1.75  0.67
荠菜(混种牛膝菊) 4.82±0.18b 3.32±0.17b 1.33  0.69
碎米荠(单种) 9.08±0.17a 4.68±0.12a 1.87  0.52
碎米荠(混种牛膝菊) 5.04±0.06b 3.89±0.13b 1.56  0.77
猪殃殃(单种) 27.08±1.44b 2.56±0.08b 1.02  0.09
猪殃殃(混种牛膝菊)30.18±1.38a 6.94±0.16a 2.78  0.23
2.2 混种对4种植物镉含量的影响
表3表明,与牛膝菊(单种)相比,混种猪
殃殃、混种碎米荠均提高了牛膝菊根系镉含
量(P<0.05),而混种荠菜则降低了牛膝菊根
系镉含量(P<0.05)。混种3种富集植物均
提高了牛膝菊地上部分镉含量,分别较牛膝
菊(单种)提高了35.16%(P<0.05),52.26%
(P<0.05)和17.42%(P<0.05)。牛膝菊地
上部分镉含量的大小顺序为:牛膝菊(混种碎
米荠)>牛膝菊(混种荠菜)>牛膝菊(混种猪
殃殃)>牛膝菊(单种)。从地上部分富集系
数来看,混种后的牛膝菊地上部分富集系数
大小顺序为:牛膝菊(混种碎米荠)>牛膝菊
(混种荠菜)>牛膝菊(混种猪殃殃)>牛膝菊(单种),这与牛膝菊地上部分镉含量一致。牛膝菊转运系数大小
顺序为:牛膝菊(混种荠菜)>牛膝菊(混种碎米荠)>牛膝菊(单种)>牛膝菊(混种猪殃殃),说明混种荠菜、混
种碎米荠能提够高镉从牛膝菊根系向地上部分的转运能力。
就荠菜、猪殃殃和碎米荠而言,混种牛膝菊后,荠菜、碎米荠根系镉含量、地上部分镉含量及地上部分富集
系数均低于其各自单种,而猪殃殃则高于其单种(表3)。混种牛膝菊后,荠菜、猪殃殃和碎米荠的转运系数均
高于各自单种,这说明混种牛膝菊也促进了镉从富集植物根系向地上部分的转运。
123第6期       林立金等:混种富集植物对牛膝菊镉积累的影响
表4 混种对4种植物单株镉积累量的影响 μg
混种方式 根系镉积累量 地上部分镉积累量 整株镉积累量
牛膝菊(单种) 1.11±0.04b 2.12±0.13c 3.23±0.17b
牛膝菊(混种荠菜) 1.09±0.06b 2.21±0.14c 3.30±0.20b
牛膝菊(混种碎米荠)0.92±0.08c 3.12±0.12a 4.04±0.20a
牛膝菊(混种猪殃殃)1.28±0.01a 2.91±0.06b 4.19±0.07a
荠菜(单种) 0.55±0.05a 1.60±0.08a 2.15±0.13a
荠菜(混种牛膝菊) 0.31±0.04b 1.25±0.05b 1.56±0.09b
碎米荠(单种) 0.52±0.06a 2.44±0.01a 2.96±0.07a
碎米荠(混种牛膝菊)0.27±0.03b 2.01±0.11b 2.28±0.14b
猪殃殃(单种) 2.57±0.33a 0.64±0.06b 3.21±0.39a
猪殃殃(混种牛膝菊)1.90±0.21b 1.25±0.11a 3.15±0.32a
2.3 混种对4种植物镉积累量的影响
2.3.1 混种对4种植物单株镉积累量的影
响 从表4可以看出,与牛膝菊(单种)相比,
混种猪殃殃提高了牛膝菊单株根系镉积累
量,而混种荠菜、混种碎米荠则降低了牛膝菊
单株根系镉积累量。从单株地上部分镉积累
量和整株镉积累量来看,混种荠菜、混种猪殃
殃、混种碎米荠均能提高牛膝菊单株地上部
分镉积累量及整株镉积累量,较牛膝菊(单
种)的单株地上部分镉积累量分别提高了
4.25%(P>0.05),47.17%(P<0.05)和
37.26%(P<0.05),较牛膝菊(单种)的整株镉积累量分别提高了2.17%(P>0.05),25.08%(P<0.05)和
29.72%(P<0.05)。
就荠菜、猪殃殃和碎米荠而言,混种牛膝菊后,荠菜和碎米荠单株根系镉积累量、单株地上部分镉积累量及
整株镉积累量均低于各自单种,而猪殃殃单株根系镉积累量及整株镉积累量均低于其单种,单株地上部分镉积
累量则高于其单种(表4)。
表5 混种对4种植物单盆镉积累量的影响 μg
混种方式 根系镉积累量 地上部分镉积累量 整株镉积累量
牛膝菊(单种) 4.44±0.17c 8.48±0.53c 12.92±0.70b
荠菜(单种) 2.20±0.19de  6.40±0.31e 8.60±0.50e
碎米荠(单种) 2.08±0.23e 9.76±0.06b 11.84±0.29c
猪殃殃(单种) 10.28±1.30a  2.56±0.23f 12.84±1.53b
牛膝菊+荠菜(混种) 2.80±0.06d 6.92±0.18d 9.72±0.24d
牛膝菊+碎米荠(混种)2.38±0.10de 10.26±0.47a  12.64±0.57bc
牛膝菊+猪殃殃(混种)6.36±0.41b 8.32±0.34c 14.68±0.75a
2.3.2 混种对4种植物单盆镉积累量的影
响 从表5可知,牛膝菊+荠菜(混种)、牛膝
菊+猪殃殃(混种)、牛膝菊+碎米荠(混种)
的单盆根系镉积累量分别介于牛膝菊(单种)
和其它3种植物各自单种之间,牛膝菊+荠
菜(混种)、牛膝菊+猪殃殃(混种)的单盆地
上部分镉积累量均介于牛膝菊(单种)和其它
两种植物各自单种之间,只有牛膝菊+碎米
荠(混种)的单盆地上部分镉积累量高于各自
单种,达10.26μg/盆,较牛膝菊(单种)和碎米荠(单种)分别提高了20.99%(P<0.05)和5.12%(P<0.05)。
就单盆整株镉积累量而言,牛膝菊+荠菜(混种)、牛膝菊+碎米荠(混种)的单盆整株镉积累量均介于牛膝菊
(单种)和其它2种植物各自单种之间,牛膝菊+猪殃殃(混种)的单盆整株镉积累量高于各自单种,达14.68
μg/盆,较牛膝菊(单种)和猪殃殃(单种)分别提高了13.62%(P<0.05)和14.33%(P<0.05)。从植物修复的
角度来看,牛膝菊+碎米荠(混种)最有利于提高只收割地上部分提取土壤镉的修复,而牛膝菊+猪殃殃(混种)
最有利于提高整株收割提取土壤镉的修复。
表6 小区试验的4种植物生物量及镉积累量
混种方式
地上部分生物
量/(g·m-2)
地上部分镉含
量/(mg·kg-1)
地上部分镉积累
量/(μg·m
-2)
牛膝菊(单种) 95.56±2.50ab 3.09±0.08d 295.28±15.84c
牛膝菊(混种荠菜) 92.78±3.12b 3.66±0.09b 339.57±2.24b
牛膝菊(混种碎米荠) 95.36±2.32ab 3.87±0.11a 369.04±19.22a
牛膝菊(混种猪殃殃) 98.07±1.51a 3.48±0.07c 341.28±2.50b
荠菜(单种) 69.17±4.78b 3.56±0.17a 246.25±28.75a
荠菜(混种牛膝菊) 83.46±4.89a 2.55±0.07b 212.82±6.57b
碎米荠(单种) 91.02±4.67a 3.58±0.11a 325.85±27.00a
碎米荠(混种牛膝菊) 89.78±3.98a 3.48±0.18a 312.43±2.63a
猪殃殃(单种) 67.53±3.49a 2.30±0.12b 155.32±0.40b
猪殃殃(混种牛膝菊) 58.50±2.12b 4.11±0.16a 240.44±0.38a
2.4 小区试验结果
2.4.1 小区试验的4种植物生物量及镉积
累量 小区试验结果表明(表6),与牛膝菊
(单种)相比,混种猪殃殃提高了牛膝菊地上
部分生物量,达98.07g/m2,比牛膝菊(单种)
分别提高了2.63%(P<0.05),而混种荠菜、
混种碎米荠则降低了牛膝菊地上部分生物
量,这与盆栽结果一致。同时,混种3种富集
植物均提高了牛膝菊地上部分镉含量,分别
较牛膝菊(单种)提高了18.45%(P<0.05),
25.24%(P<0.05)和12.62%(P<0.05)。
牛膝菊地上部分镉含量的大小顺序为:牛膝
菊(混种碎米荠)>牛膝菊(混种荠菜)>牛膝菊(混种猪殃殃)>牛膝菊(单种)。从镉积累量来看,混种荠菜、混
种猪殃殃、混种碎米荠均提高了牛膝菊地上部分镉积累量,分别较牛膝菊(单种)提高了15.00%(P<0.05),
24.98%(P<0.05)和15.58%(P<0.05)。
223 水土保持学报       第28卷
从表6还可以看出,混种牛膝菊后,荠菜地上部分生物量较其单种有所提高,但碎米荠和猪殃殃的地上部
分生物量较各自单种均有所降低。与生物量不同,混种牛膝菊后,荠菜和碎米荠的地上部分镉含量及地上部分
镉积累量均低于各自单种,而猪殃殃的地上部分镉含量及地上部分镉积累量则高于其单种。
表7 小区试验的单位面积生物量及镉积累量
混种方式
地上部分生物
量/(g·m-2)
地上部分镉积累
量/(μg·m
-2)
牛膝菊(单种) 95.56±2.50a 295.28±15.84b
荠菜(单种) 69.17±4.78e 246.25±28.75c
碎米荠(单种) 91.02±4.67bc 325.85±27.00a
猪殃殃(单种) 67.53±3.49e 155.32±0.40d
牛膝菊+荠菜(混种) 88.12±0.88c 276.20±2.16b
牛膝菊+碎米荠(混种) 92.57±3.15ab 340.74±8.30a
牛膝菊+猪殃殃(混种) 78.29±0.30d 290.86±1.05b
2.4.2 小区试验的单位面积生物量及镉积累量 从
表7可以看出,混种后,单位面积的植物地上部分生物
量均介于2种植物单种之间,这说明这几种植物混种
并不能提高单位面积的植物产量。就镉积累量而言,
牛膝菊+荠菜(混种)、牛膝菊+猪殃殃(混种)的单位
面积地上部分镉积累量均介于各自单种之间。牛膝菊
+碎米荠(混种)的单位面积地上部分镉积累量高于其
两者的单种,为340.74μg/m
2,较牛膝菊(单种)提高
了15.40%(P<0.05),较碎米荠(单种)提高了4.57%
(P>0.05),这有利于提高镉污染土壤的植物修复效果。
3 讨论与结论
在农业生产上,通过长期间(混)作能够改善土壤理化性质,提高土壤环境中的生物多样性,促进作物生
长[17-18],这在玉米间作大豆上表现最为突出[19]。试验研究表明,与单种相比,牛膝菊混种荠菜、碎米荠和猪殃
殃后,牛膝菊混种猪殃殃提高了牛膝菊单株地上部分生物量,牛膝菊混种荠菜提高了荠菜单株地上部分生物
量,其余的混种处理均降低了植物的单株生物量。就整个混种系统而言,牛膝菊混种荠菜、碎米荠和猪殃殃后,
各个混种处理的植物地上部分总生物量均介于2种植物单种之间。这些结果说明,牛膝菊混种荠菜、碎米荠和
猪殃殃只对其中的一些植物个体产量的提高有促进作用,降低了整个混种系统的总生物量。造成这种现象的
可能原因是,荠菜、碎米荠和猪殃殃3种富集植物的单株生物量均远远小于牛膝菊,在相同种植密度条件下的
产量也就低于牛膝菊,从而降低了混种系统的总生物量。
在重金属污染条件下,根际环境是影响植物提取土壤重金属的主要因素,而对根际环境影响最大的是植物
根系分泌物[20]。植物可通过根系分泌的有机酸改变根际pH、Eh(氧化还原电位)、养分有效性等状况,进而影
响根际土壤重金属的生物有效性,从而改变其对植物的毒性[20-21]。在混种条件下,2种不同植物的“根际对话”
可直接影响其对重金属的吸收。本研究结果表明,牛膝菊混种荠菜、碎米荠和猪殃殃后,混种猪殃殃、混种碎米
荠均提高了牛膝菊根系镉含量,混种荠菜则降低了牛膝菊根系镉含量,而混种3种富集植物均提高了牛膝菊地
上部分镉含量,且牛膝菊(混种碎米荠)>牛膝菊(混种荠菜)>牛膝菊(混种猪殃殃)>牛膝菊(单种)。混种牛
膝菊后,荠菜、碎米荠根系及地上部分镉含量均低于其各自单种,这与前人的研究结果[7-8]相似,即混种后只提
高了一种植物的重金属含量,而另一种的降低了。混种牛膝菊后,猪殃殃根系及地上部分镉含量均高于其单
种,这与 Wieshammer等人的研究[22]相似。这说明牛膝菊与荠菜、碎米荠和猪殃殃混种后,根系产生了“根际
对话”,并对土壤镉形成了不同的竞争吸收机制,促进了牛膝菊和猪殃殃对土壤镉的吸收,抑制了荠菜、碎米荠
对土壤镉的吸收。
从单株镉积累量来看,混种荠菜、混种猪殃殃、混种碎米荠均能提高牛膝菊单株地上部分镉积累量及整株
镉积累量。但从混种系统来看,牛膝菊混种荠菜、牛膝菊混种猪殃殃的地上部分镉积累总量分别介于牛膝菊单
种和其它2种植物各自单种之间,只有牛膝菊混种碎米荠的地上部分镉积累总量高于各自单种。因此,从植物
修复的角度来看,牛膝菊混种碎米荠能够用于提高镉污染土壤的修复效果。此外,在实际应用中,还可适当提
高碎米荠的种植密度,从而进一步提高混种的植物修复效果。
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