混種黑麥草和三葉草對假繁縷鎘積累的影響

王興偉，劉子芳，范 燕，鄧 權，黃忠勝

(1.四川省核工業(yè)輻射測試防護院，成都 610503；2.雅安市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 雅安 625000；3.遂寧市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 遂寧 629000；4.雅安市水務局，四川 雅安 625000)

· 試驗研究 ·

混種黑麥草和三葉草對假繁縷鎘積累的影響

王興偉1,2，劉子芳2，范 燕1，鄧 權3，黃忠勝4

(1.四川省核工業(yè)輻射測試防護院，成都 610503；2.雅安市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 雅安 625000；3.遂寧市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 遂寧 629000；4.雅安市水務局，四川 雅安 625000)

為研究鎘污染條件下混種對假繁縷植物修復效率的影響，采用盆栽的方式，將黑麥草、三葉草分別與假繁縷混種，研究不同混種組合對假繁縷生長及鎘積累的影響。結果表明：混種對不同植物的生長和鎘積累表現(xiàn)出了促進和抑制兩種結果，如假繁縷混種三葉草混種使假繁縷的地上部分生物量較其單種提高了20.39%(P<0.05)，卻使三葉草較其單種降低了13.85%(P<0.05)；兩種植物地上部分鎘含量則均有所提高，較各自單種分別提高了10.70%(P<0.05)和17.32%(P<0.05)。與假繁縷單種相比，混種黑麥草、三種植物混種均顯著降低了假繁縷地上部分生物量、鎘含量和鎘積累量，分別降低了46.79%、22.00%、58.55%和21.55%、24.14%、40.47%；混種對另外兩種植物表現(xiàn)也有促進和抑制的效果。就單盆中所有植物的鎘積累量而言，三種植物混種的單株地上部分鎘積累量最高，達到了492.39μg/盆。因此，假繁縷混種三葉草能提高假繁縷地上部生物量、鎘含量和鎘積累量，而三種植物混種的處理的鎘提取效果表現(xiàn)最好，利于生產(chǎn)應用。

鎘；假繁縷；黑麥草；三葉草；混種

據(jù)環(huán)境保護部和國土資源部2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》，工業(yè)園區(qū)、采礦區(qū)的土壤點位超標率分別為29.4%和33.4%，土壤污染以重金屬鎘、鉛、銅、砷、鋅較為嚴重[1]，因此，對礦區(qū)及礦業(yè)廢棄土地的重金屬污染土壤進行修復勢在必行[2～4]。相對于傳統(tǒng)的化學和物理修復法，植物修復法以其成本低廉、環(huán)境友好、保持土壤生產(chǎn)力、治理效果永久、無二次污染等優(yōu)勢，成為了目前國內(nèi)外重金屬污染土壤修復的研究熱點[4-5]。其中，混種等農(nóng)藝措施可在不同植物物種間產(chǎn)生“根際對話”現(xiàn)象，改變根際環(huán)境，進而調(diào)控植物生理生化代謝的優(yōu)勢；也能通過地上部分形態(tài)結構的互補提高植物對土壤養(yǎng)分、水和光等資源的有效利用[6-7]。

據(jù)此，雅安市科學技術局將《覆蓋及富集植物混種對鉛鋅礦污染土壤修復的研究》項目列為“雅安市2014年度重點科技計劃項目”(批復文號：雅市科技[2014]4號，項目編號S1430305)。項目試驗土壤來源于四川省漢源縣團寶山鉛鋅礦區(qū)，根據(jù)該礦區(qū)鉛鋅富集植物篩選相關研究結果，假繁縷(Pseudostellariamaximowicziana)[8-9]的鉛鋅積累效果最好，故采用假繁縷分別與廣泛分布的普通植物——根系能分泌較多有機酸的禾本科植物(能夠活化土壤中的重金屬)黑麥草(Loliumperenne)[10]和具有根瘤固氮作用的豆科植物(能夠提高土壤養(yǎng)分)三葉草(Trifoliumpratense)[11]混種在鉛鋅礦區(qū)重金屬污染土壤上，以期能夠篩選出提高假繁縷修復土壤重金屬效率的混種方式。通過前期研究發(fā)現(xiàn)，假繁縷混種黑麥草降低了兩者的鉛鋅修復效率，假繁縷混種三葉草提高了兩者的鉛鋅修復效率，三種植物混種僅提高了黑麥草的鉛鋅修復效率。鑒于此，本研究進一步針對鉛鋅礦區(qū)鎘污染問題，研究混種黑麥草和三葉草對假繁縷鎘積累的影響，為鎘污染區(qū)的生態(tài)修復提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試植物為假繁縷、黑麥草、三葉草。假繁縷幼苗于2015年2月取自四川省漢源縣團寶山鉛鋅礦(29°28′10″N，102°51′30″E)，該礦山平均海拔2 711.5m，年均溫度4.3℃，年降雨量3 869mm，年均蒸發(fā)量1 421mm，年均日照時數(shù)1 381.4h。黑麥草及三葉草種子購于市場。

土壤于2015年2月取自團寶山鉛鋅礦，黃棕壤土，其鎘全量為396.43 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗于2015年2～6月四川農(nóng)業(yè)大學雅安校區(qū)農(nóng)場(29°59′N,102°59′E)進行。2015年2月，將假繁縷幼苗種植于四川農(nóng)業(yè)大學雅安校區(qū)農(nóng)場農(nóng)田中，黑麥草和三葉草種子直接播種于四川農(nóng)業(yè)大學雅安校區(qū)農(nóng)場農(nóng)田進行育苗。將供試土壤風干、壓碎，用21cm×20cm(直徑×高)塑料盆裝入過6.72mm(3目)篩的風干土3.0kg。

2015年4月，將假繁縷、黑麥草及三葉草幼苗(高約3cm，2片真葉展開)分別按照假繁縷單作、黑麥草單作、三葉草單作、假繁縷混種黑麥草、假繁縷混種三葉草、三種植物混種的方式種植于盆中。單重每盆種植植物6株，兩種植物混種的每盆種植每種植物各3株，三種植物混種的每盆種植每種植物各2株，每個處理重復6次。盆與盆之間的距離為15cm，完全隨機擺放。在整個生長過程中不定期的交換盆與盆的位置以減弱邊際效應的影響，并及時去除雜草，防治病蟲害。

種植兩個月(2015年6月)后，將植物收獲，用自來水將泥土洗凈后，再用去離子水反復沖洗，于110℃殺青15 min，75℃烘干至衡重，稱重，粉碎，過100目篩。稱取0.500 g植物樣品，加入硝酸-高氯酸(體積比為4∶1)放置12 h后消化至溶液透明，過濾，定容至50 mL，用原子吸收分光光度計進行鎘含量[12]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 13.0進行統(tǒng)計分析(Duncan新復極差法進行多重比較)。

2 結果與分析

2.1 混種對三種植物生物量的影響

從表1可以看出，與假繁縷單種相比，混種三葉草后，假繁縷莖稈、葉片和地上部分的生物量都有所提高，而混種黑麥草以及三種植物混種的假繁縷莖稈、葉片和地上部分的生物量都有所降低?；旆N三葉草后，假繁縷莖稈、葉片和地上部分的生物量分別較單種提高了30.08%(P<0.05)、14.25%(P<0.05)和20.39%(P<0.05)?；旆N黑麥草以及三種植物混種的假繁縷莖稈生物量分別較單種降低了49.79%(P<0.05)和16.31%(P<0.05)，葉片生物量分別降低了44.76%(P<0.05)和24.73%(P<0.05)，地上部分生物量分別降低了46.79%(P<0.05)和21.55%(P<0.05)。由此可知，與三葉草混種的措施可有效提高假繁縷的生物量，而與黑麥草混種則會抑制假繁縷的生長。就抗性系數(shù)而言，只有與三葉草混種后，假繁縷的抗性系數(shù)得到了提高，為1.204，而其他混種處理的抗性系數(shù)均小于1，說明了三葉草可提高假繁縷對鎘的抗性。

表1 混種對三種植物生物量的影響Tab.1 Effects of intercropping on biomass of three plants species

從表1還可以看出，與黑麥草單種相比，混種假繁縷及三種植物混種的黑麥草莖稈、葉片和地上部分的生物量都有顯著提高(P<0.05)?；旆N假繁縷后，黑麥草莖稈、葉片和地上部分的生物量較單種分別提高了131.13%、35.47%和71.26%；三種植物混種后，黑麥草莖稈、葉片和地上部分的生物量較單種分別提高了242.25%、129.30%和171.56%?？梢?，混種可促進黑麥草生長，其中三種植物混種的促進作用最好。就抗性系數(shù)而言，混種假繁縷及三種植物混種的黑麥草抗性系數(shù)都得到了提高，分別達到1.713和2.716，說明三種植物混種提高黑麥草對鎘的抗性效果優(yōu)于黑麥草僅與假繁縷混種。

就三葉草而言，單種相比，混種假繁縷及三種植物混種的三葉草莖稈、葉片和地上部分的生物量都發(fā)生了顯著的降低(P<0.05)?；旆N假繁縷后，三葉草莖稈、葉片和整個地上部分的生物量較單種分別減少了26.92%、4.80%和13.85%；三種植物混種后，三葉草莖稈、葉片和整個地上部分的生物量較單種分別減少了56.28%、40.85%和47.12%，因而混種也能促進了三葉草的生長。此外，混種假繁縷及三種植物混種后，三葉草的抗性系數(shù)都有一定程度的下降，分別為0.861和0.529，說明三種植物混種對降低三葉草對鎘的抗性的影響要大于三葉草混種假繁縷。

綜上，假繁縷混種黑麥草抑制了假繁縷的生長，但促進了黑麥草的生長；假繁縷混種三葉草促進了假繁縷的生長，但抑制了三葉草的生長；三種植物混種則抑制了假繁縷和三葉草的生長，促進了黑麥草的生長。

2.2 混種對三種植物鎘含量的影響

從表2可知，與假繁縷單種相比，混種三葉草后，假繁縷莖稈鎘含量有所降低，但不顯著(P>0.05)；假繁縷的葉片及地上部分鎘含量分別提高了20.00%(P<0.05)和10.70%(P<0.05)?；旆N黑麥草和三種植物混種的假繁縷莖稈鎘含量分別較其單種降低了17.77%(P<0.05)和29.38%(P<0.05)，葉片鎘含量降低了24.52%(P<0.05)和20.48%(P<0.05)，地上部分鎘含量降低了28.20%(P<0.05)和31.82%(P<0.05)。因而混種三葉草能有效提高假繁縷地上部對鎘的富集能力，而混種黑麥草及三種植物混種則抑制了假繁縷地上部分對鎘的富集。

就黑麥草單種而言，混種假繁縷及三種植物混種均顯著降低了黑麥草葉片鎘含量(P<0.05)，分別較其單種降低了16.08%和22.22%，但對黑麥草莖稈和地上部分鎘含量的影響則不顯著(P>0.05)，說明混種假繁縷及三種植物混種并沒有對黑麥草地上部分的鎘富集能力產(chǎn)生顯著影響。

表2 混種對三種植物鎘含量的影響Tab.2 Effects of intercropping on cadmium content of three plants species (mg/kg)

由表2還可以看出，相對于三葉草單種，混種假繁縷顯著提高了三葉草葉片和地上部分的鎘含量(P<0.05)，分別較單種提高了24.83%(P<0.05)和17.32%(P<0.05)，而莖稈鎘含量的差異不顯著。三種植物混種的三葉草的莖稈、葉片、地上部分鎘含量分別較三葉草單種提高了27.46%(P<0.05)、17.38%(P<0.05)和21.10%(P<0.05)。由此可知，混種假繁縷和三種植物混種均能有效提三葉草地上部分對鎘的富集能力。

綜上，假繁縷混種黑麥草均抑制了兩者的鎘吸收，但假繁縷混種三葉草促進了兩者的鎘吸收；三種植物混種則抑制了假繁縷和黑麥草的鎘吸收，促進了三葉草的鎘吸收。

2.3 混種對三種植物單株鎘積累量的影響

植物體內(nèi)的重金屬含量和積累量是評價植物修復效果好壞的最直接指標，而植物體內(nèi)的重金屬積累量與植物的重金屬含量和生物量成正相關[13-14]。由表3可知，與假繁縷單種相比，混種黑麥草和三種植物混種均顯著降低了假繁縷單株莖稈、葉片和地上部分的鎘積累量(P<0.05)，其中混種黑麥草較單種分別降低了58.79%、58.40%和58.55%，三種植物混種則分別降低了40.95%、40.16%和40.47%?；旆N三葉草的假繁縷單株莖稈、葉片和地上部分鎘積累量則較假繁縷單種分別提高了26.88%(P<0.05)、37.12%(P<0.05)和33.14%(P<0.05)。由此可知，混種三葉草對假繁縷單株鎘積累量有促進作用，而混種黑麥草則有抑制作用，說明混種三葉草能夠使假繁縷得地上部分富集更多的鎘，進而提高其富集效率。

表3 混種對三種植物單株鎘積累量的影響Tab.3 Effects of intercropping on cadmium accumulation of single plant of three plants species (μg/株)

由表3可知，相對于黑麥草單種，混種假繁縷、三種植物混種均提高了黑麥草單株莖稈、葉片和地上部分的鎘積累量，其中混種假繁縷分別較黑麥草單種提高了118.18%(P<0.05)、13.67%(P>0.05)和69.82%(P<0.05)，三種植物混種則分別提高了242.51%(P<0.05)、78.29%(P<0.05)和166.53%(P<0.05)。這說明混種假繁縷、三種植物混種均能顯著提高黑麥草單株地上部分鎘積累量，有效促進黑麥草地上部對鎘的積累，提高修復效率。

對比三葉草單種和其混種處理發(fā)現(xiàn)(表3)，三種植物混種后，三葉草莖稈、葉片和地上部分的單株鎘積累量分別較單種降低了44.32%(P<0.05)、30.56%(P<0.05)和35.98%(P<0.05)?；旆N假繁縷后，三葉草的單株莖稈鎘積累量較單種降低了26.10%(P<0.05)，但葉片鎘積累量則升高了18.77%(P<0.05)，而地上部分鎘積累量差異不顯著。這說明混種假繁縷對三葉草地上部分修復鎘污染的效率影響較小，而三種植物混種則抑制了三葉草地上部分對鎘的積累，不利于其對鎘污染土壤的修復。

綜上，假繁縷混種黑麥草抑制了假繁縷的鎘積累，但促進了黑麥草的鎘積累；假繁縷混種三葉草促進了兩者的鎘積累；三種植物混種則抑制了假繁縷和三葉草的鎘積累，促進了黑麥草的鎘積累。

2.4 混種對三種植物單盆鎘積累量的影響

將每盆中所有植物的鎘積累量綜合計算，其單盆植物鎘積累量結果如表4所示。從表4可知，不同的種植方式對每盆所有植株鎘積累總量的影響各異，每盆所有植株地上部分鎘積累總量的大小順序為：三種植物混種>黑麥草單種>假繁縷混種黑麥草>三葉草單種>假繁縷混種三葉草>假繁縷單種。三種植物混種后的每盆地上部分鎘積累總量顯著高于其它處理(P<0.05)，達到492.39μg/盆，比假繁縷單種高出702.59%，比黑麥草單種高出7.89%，比三葉草單種高出40.63%。假繁縷單種的地上部分鎘積累總量最低，僅為61.35μg/盆?？梢?，假繁縷、黑麥草和三葉草三種植物混種對鎘污染土壤的植物提取修復效果最佳。

表4 混種對三種植物單盆鎘積累的影響Tab.4 Effects of intercropping on cadmium accumulation of single pot of three plants species (μg/盆)

3 結 論

假繁縷混種黑麥草抑制了假繁縷的生長，降低了假繁縷的鎘含量和鎘積累量，但促進了黑麥草的生長，增加了黑麥草的鎘積累量。假繁縷混種三葉草促進了假繁縷的生長，增加了假繁縷的鎘積累量，但抑制了三葉草的生長，增加了三葉草的鎘積累量。三種植物混種降低了假繁縷和三葉草的生物量及鎘積累量，促進了黑麥草的生長，增加了黑麥草的鎘積累量。就單盆中所有植物的鎘積累量而言，其大小順序為：三種植物混種>黑麥草單種>假繁縷混種黑麥草>三葉草單種>假繁縷混種三葉草>假繁縷單種。因此，三種植物混種的鎘提取效果表現(xiàn)最好。為將研究成果應用于實際生產(chǎn)，可在此基礎上，進一步進行小區(qū)試驗和大田試驗，從而驗證盆栽試驗的實際應用效果，為實地土壤鎘污染修復奠定基礎。

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Effects of Intercropping with Lolium Perenne and Trifolium Pretense on Cadmium Accumulations of Pseudostellaria Maximowicziana

WANG Xing-wei1,2,LIU Zi-fang2,FAN Yan1,DENG Quan3,HUANG Zhong-sheng4

(1.SichuanRadiationDetection&ProtectionInstituteofNuclearIndustry,Chengdu610503，China; 2.Ya’anEnvironmentalMonitoringStation,Ya’an,Sichuan625000,China; 3.SuiningEnvironmentalMonitoringStation,Suining,Sichuan629000,China; 4.Ya’anWaterConservancyBureau,Ya’an,Sichuan625000,China)

A pot experiment was conducted to study the effects of intercropping on the remediation efficiency of Pseudostellaria maximowicziana plant under Cd contamination. Lolium perenne and Trifolium pretense were intercropped with Pseudostellaria maximowicziana respectively to study the influence of different intercropping combinations on the growth of Pseudostellaria maximowicziana and Cd accumulation. The results showed that the growth of plants and Cd accumulation were promoted or inhibited in different combinations. The mixed cultivation of P. maximowicziana and T. pretense promoted the shoot biomass of P. maximowicziana by 20.39% (P <0.05) and decreased that of T. pretense by 13.85% (P <0.05) compared with that of the single species The Cd content on shoots of P. maximowicziana and T. pretense were increased by 10.70% (P <0.05) and 17.32% (P <0.05), respectively, compared with their respective single species. Compared with the single cultivations of P. maximowicziana, the mixed cultivation between P. maximowicziana and L. perenne, and three plants mixture reduced the biomass, Cd content and Cd accumulation amount on shoots by 46.79%, 22.00%, 58.55% and 21.55%, 24.14% , 40.47%, respectively. Mix cultivation also had an effect of promoting and suppressing on the performance of the other two plants. The highest Cd accumulation amount in separate pots was observed in mixed cultivation among three plants, which reached up to 492.39μg / pot. Therefore, the mixed cultivation of P. maximowicziana and T. pretense increased the biomass, Cd content and Cd accumulation amount on shoots of P. maximowicziana, thus improved the efficiency of Cd restoration significantly. In terms of the whole restoration efficiency, the mixed cultivation of three plant species performed the best, thus conducive to applications.

Cadmium; Pseudostellaria maximowicziana; Lolium perenne; Trifolium pretense; intercropping

2016-11-30

雅安市重點科技計劃項目(S1430305)。

王興偉(1981-)，男，四川儀隴人，2005年畢業(yè)于四川農(nóng)業(yè)大學環(huán)境工程專業(yè)，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測及土壤修復研究。

X173

A

1001-3644(2017)02-0001-06