不同種植方式對作物吸收土壤中重金屬的影響

逯娟

[摘要]本文綜述了近年來不同種植方式對作物吸收土壤中重金屬的影響研究，結果表明：重金屬元素在土壤中的含量和分布受土壤利用類型的影響很大，因此通過研究不同種植方式下，作物對土壤中重金屬的吸收，對于降低農作物中重金屬含量具有理論意義和現實指導意義。

[關鍵詞]間作；輪作；套作；土壤重金屬污染

根據世界衛(wèi)生組織定義的食品安全，指出食品的種植、養(yǎng)殖、加工、包裝、貯藏、運輸、銷售、消費等活動符合國家強制標準和要求，不存在可能損害或威脅人體健康的有毒有害物質。近年來，隨著多起食物毒素引起的食品安全問題，引起了公眾乃至國家的高度重視。因此治理土壤重金屬污染和研究作物的重金屬污染問題已迫在眉睫，對農作物的食品安全具有現實的指導意義。

土壤中的重金屬是指比重≥5.0g/cm³的金屬如Fe、Mn、Zn、CA、Cu、Cr、Pb等；由于土壤中Fe和Mn含量較高，因而一般認為它們不是土壤污染元素，但在強還原條件下，和Mn亦可引起毒害。重金屬同樣也存在于人體內，有些還是人體的必需元素。但是，如果超過正常的量，導致環(huán)境質量惡化、危害人體健康。重金屬的污染以及對種植業(yè)的影響已引起國內外學者的高度重視。歐盟、美國、日本等國家和組織為限制重金屬在食物鏈中的傳播，規(guī)定了土壤環(huán)境中有害重金屬的限量值。我國也制定了相關的土壤質量標準，但由于沒有引起種植管理者的重視，近年來土壤中重金屬污染已日趨嚴重，尤其是城市郊區(qū)高投入的菜地，較大田和林業(yè)用地人為污染重。我國許多省份對農用土地的重金屬含量也進行了大量的調查和分析，一些地區(qū)的土壤有重金屬污染的現象。

1治理土壤重金屬污染的主要思路

治理土壤重金屬污染的思路概括起來主要有兩種：一是，改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，使其由活化態(tài)轉變?yōu)榉€(wěn)定態(tài)；二是，從土壤中去除重金屬，以使其存留濃度接近或達到背景值。常用的方法多為通過添加化學改良劑、改變種植方式、土壤生物修復等方法，治理土壤重金屬污染并降低作物中重金屬含量，以保障作物種植過程的安全。

2不同種植方式對植物吸收重金屬的影響

馬智宏等（2008）通過對北京郊區(qū)大田和蔬菜用地不同耕層的土壤進行分析，探討不同種植模式下土壤重金屬的分布特征，實驗結果表明：不同種植區(qū)金屬含量明顯不用。大田上層土壤中Cu，Pb，Zn含量明顯高于下層。溫室菜地上層土壤中Cu、Cd、Zn含量有明顯增高趨勢。除Cd外其他元素在大田土壤中變異較小，同一土層中各元素的分布相對均一。菜地中Cu、Zn、Cd的變異系數大，Pb、Cr，Fe、Mn在上下土層中的變異很小。且蔬菜種植區(qū)的綜合污染指數明顯高于大田。

可見重金屬元素在土壤中的含量和分布受土壤利用類型的影響很大，因此通過研究不同種植方式下，作物對土壤中重金屬的吸收，對于降低作物中重金屬含量具有現實意義。

2.1間作

一茬有兩種或兩種以上生育季節(jié)相近的作物，在同一塊田地上成行或成帶（多行）間隔種植的方式。間作可提高土地利用率，由間作形成的作物復合群體可增加對陽光的截取與吸收，減少光能的浪費：同時，兩種作物間作還可產生互補作用，如寬窄行間作或帶狀間作中的高桿作物有一定的邊行優(yōu)勢、豆科與禾本科間作有利于補充土壤氮元素的消耗等。由于不同作物根系的相互作用，影響了作物對土壤中重金屬的吸收，所以間作方式可減低作物地上部分重金屬含量。

Reda F.等（2005）在埃塞比亞通過問種高粱與豆類、高粱與油籽類作物，使豇豆得到了更高的出產量，高粱的出產量也得到了提高，但是土壤的肥力變化不大。John Robert Okalebo等（2006）在肯尼亞通過問種玉米和豆類，有效地提高了作物產量，同時也提高了作物的養(yǎng)分利用率。

吳華杰等應用盆栽實驗的方法研究水稻和小麥間作條件下根系種間相互作用對水稻和小麥鎘吸收的影響。結果表明，水稻、小麥一起種植時均能降低水稻、小麥地上部對鎘的吸收，但對鎘在籽粒中的累積影響不同。

李廷軒、馬國瑞等采用大容積土培盆栽方法，研究了籽粒莧與煙草間作對煙葉礦質營養(yǎng)元素含量的影響，結果表明間作煙草的根系活力較單作明顯提高。

由于不同作物根系存在相互作用，會影響作物對土壤中重金屬的吸收，所以間作方式可減低作物地上部分重金屬含量。選擇適當的作物種類，利用生物多樣性提高生態(tài)系統穩(wěn)定性的原理有利于降低作物對重金屬的吸收。當然其機制還有待進一步研究。

2.2輪作

在同一塊田地上有順序地在季節(jié)間和年度間輪換種植不同作物或復種組合的種植方式。是用地養(yǎng)地相結合的一種生物學措施。輪作有利于均衡利用土壤養(yǎng)分和防治病、蟲、草害；能有效地改善土壤的理化性狀，調節(jié)土壤肥力。中國實行輪作歷史悠久。旱地多采用以禾谷類作物為主或禾谷類作物、經濟作物與豆類、綠肥作物輪換；稻田的水稻與旱作物輪換。常見的有禾谷類輪作、禾豆輪作、糧食和經濟作物輪作，水旱輪作、草田輪作等?？梢娺M行輪作，可調整土壤pH、Eh，使之有利于降低重金屬的有效性。

李惠英等在土培條件下。模擬不同程度鉻污染的土壤，研究了水稻一大麥（簡稱水旱輪作）與玉米一大麥（簡稱旱作連作）兩種耕作制度對改良鉻污染土壤的效果。結果表明旱作玉米一大麥鉻含量高于水稻1.5-3.3倍。反映了同一作物在不同的耕作制度下對鉻的蓄積能力的不同。每季作物收獲后及時取土的測定結果表明，在相同的土壤cr3+水平下，其土壤有效鉻含量，水稻土明顯地低于旱作土，二者有效鉻含量相差2-9倍?？梢娺M行水旱輪作，可調整土壤pH、Eh，使之有利于降低鉻的有效性。

還有研究表明，低富集輪作與普通輪作相比，夏季種植的馬鈴薯、洋蔥、蔥等及秋季種植的小白菜，可使污染農田的蔬菜含鎘量降低50%-80%。

2.3套作

在前季作物生長后期的株、行或畦間播種或栽植后季作物的種植方式。套作的主要作用是爭取時間以提高光能和土地的利用率：提高單位面積產量：有利后季作物適時播種：緩和用工矛盾和避免旱澇或低溫災害。套作常與間作相結合。

3展望

3.1不同種植方式對作物吸收土壤中重金屬均有不同程度的影響，且與單種相比，大都能夠降低作物對重金屬的吸收，但其作用機理并不十分明確，可有待進一步研究。

3.2由于間作、套作方式能夠有效地提高作物產量，也能夠降低作物對重金屬的吸收，所以此方面的研究較多。但多數研究在玉米間作大麥、玉米間作水稻、水稻間作小麥等。夏季種植的馬鈴薯、洋蔥、蔥等及秋季種植的小白菜，可使污染農田的蔬菜含鎘量降低；冬種馬鈴薯、油菜、黑麥草等也同樣有改善土壤結構的功能。另外冬季種黑麥草、油菜。土壤中磷酸酶、蛋白酶及轉化酶等都有很大的提高。這兩種植物具有強大的根系，可以起到很好的改良土壤的結果?？煽紤]小麥套玉米或再套甘薯或大白菜；小麥套種油菜或蠶豆；小麥套種豌豆或蠶豆、黑麥草套種豆科作物；水稻套紫云英和水稻套甘蔗、黃麻、甘薯等。

3.3種間相互作用、化感作用對作物吸收土壤中重金屬的是否有影響，影響如何，還有待研究。

3.4不同種植方式改變了土壤理化性質，進而可能影響到作物對土壤中重金屬的吸收。但兩者之間的影響程度，尚待研究。

[責任編輯：張濤]