植物間作對土壤重金屬吸收積累的影響

陳獻(xiàn)科

摘要：采用種植技術(shù)，研究植物在不同間作方式下對重金屬吸收積累的影響。結(jié)果表明：作物在單作中，自身對重金屬吸收積累的影響不大;在間作中，對重金屬含量影響較大。還討論了不同分隔作物間作方式對羽扇豆和鷹嘴豆Pb、Cd含量的影響。作物根際土壤溶液Pb含量隨著作物的生長而不斷降低，但Cd含量卻不斷提高。不同分隔間作方式對作物根際土壤溶液Pb、Cd含量也有一定影響。

關(guān)鍵詞：間作;鎘;重金屬;玉米;羽扇豆;鷹嘴豆

1 土壤重金屬的污染現(xiàn)狀，以及影響和危害

土壤重金屬污染是指由于人類活動(dòng)，土壤中的微量有害元素含量超過背景值，過量沉積引起含量過高的統(tǒng)稱。主要有汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）和類金屬砷（As）等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅（Zn）、銅（Cu）、鎳（Ni）等元素;污染源主要是由于長期人為活動(dòng)引起的大氣沉降、礦產(chǎn)資源的不合理開發(fā)以及化肥、農(nóng)藥的大量施用等，且發(fā)生的地域和規(guī)模在逐漸擴(kuò)大，危害在不斷加深，不僅危害土壤生態(tài)系統(tǒng)，而且嚴(yán)重威脅食品安全和人類健康。在人體中累積達(dá)到一定程度，會(huì)造成重疾（如癌癥、烏腳病和畸形兒等）。

2 間作、混作

間作是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。混作是將兩種或兩種以上生育季節(jié)相近的作物按一定比例混合種在同一塊田地上的種植方式。多不分行，或在同行內(nèi)混播或在株間點(diǎn)播。

3 間作對重金屬吸收積累的影響

3.1 間作促進(jìn)雙方重金屬吸收積累

3.1.1 不同的間作方式對玉米吸收積累Cd的影響

與玉米間作的作物，它自身在大量吸收Cd的同時(shí)促進(jìn)了玉米對Cd的吸收，如油菜與玉米間作，它自身吸收積累Cd的含量已經(jīng)很高，與其間作的玉米Cd含量也會(huì)隨之而升高，而且其根的Cd含量達(dá)到了玉米單作時(shí)的1.9倍。玉米分別與眉豆、扁豆、鷹嘴豆、紫花苜蓿、印度芥菜間作種植時(shí)，結(jié)果顯示，根系間的相互作用都有利于雙方根系對土壤中Cd的吸收和積累，這與黃益宗等的結(jié)論相一致。

3.1.2 水稻種間的間作方式對根對Cd的濃度和吸收積累的影響

從水稻的整個(gè)成長過程來看，對Cd的吸收累積量的變化會(huì)隨水稻生物量的增加而增加。

3.2 間作促進(jìn)一方、但抑制另一方重金屬的吸收積累

3.2.1 種間根系相互作用對Cd濃度和吸收積累的影響

在水稻和小麥間作種間根系相互作用中，兩作物地上部還有小麥籽粒對Cd的吸收和累積受到抑制，卻促進(jìn)了水稻籽粒對Cd的吸收積累。

3.2.2 間作杉木對茶樹葉片中重金屬含量的影響

杉木與茶樹間作時(shí)，茶園茶樹葉片的重金屬含量均低于單作茶園，其中Pb、 Mn、Zn含量差異達(dá)極顯著水平，Cu含量差異達(dá)顯著水平。說明杉木和茶樹間作可以增加茶樹對重金屬的吸收積累，降低茶樹在種植中重金屬的含量。林帶對減少茶葉重金屬含量，改善茶葉品質(zhì)起到明顯作用，這與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果一致。

4 間作影響重金屬的吸收積累的機(jī)理

4.1 不同的間作方式對玉米吸收積累Cd的影響

間作作物對Cd吸收量的情況分析，可能與油菜根系分泌有機(jī)酸有關(guān)，因?yàn)橛筒送ǔＤ芊置谳^高水平的檸檬酸和蘋果酸，增加土壤中Cd的活性，進(jìn)而使玉米根系對Cd的吸收也相應(yīng)增加。籽粒莧是另一個(gè)具有極強(qiáng)Cd富集能力的植物，地上部和 Cd含量遠(yuǎn)高于其他幾種植物。

4.2 種間根系相互作用對Cd濃度和吸收積累的影響

一是轉(zhuǎn)移和再分配。二是在分孽期、抽穗期與小麥發(fā)生相互作用的過程中生長受抑制，從而在小麥?zhǔn)斋@后表現(xiàn)出恢復(fù)作用。從抽穗期至成熟期主要是營養(yǎng)物質(zhì)向籽粒的分配和轉(zhuǎn)移，因此對水稻恢復(fù)生長主要還是加強(qiáng)營養(yǎng)物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)移。對水稻而言，小麥?zhǔn)斋@后，殘留在土體中的根可能對Cd在土壤中的活性有影響。

有機(jī)質(zhì)在土壤中易礦化和分解成有機(jī)酸類物質(zhì)而影響到重金屬的有效性，同樣影響植物的吸收。這說明這些物質(zhì)被證明能與Cd結(jié)合，并且增加Cd的移動(dòng)性，因此有可能促進(jìn)水稻對Cd吸收。另一方面，殘留的小麥根部分也可能分解成有機(jī)質(zhì) ，增加水稻根系陽離子交換量，從而促進(jìn)Cd的吸收。

4.3 間作杉木對茶樹葉片中重金屬含量的影響

一是杉木自身具有適應(yīng)重金屬機(jī)制，通過根部吸收的重金屬在植物體內(nèi)與特有的蛋白質(zhì)和酶結(jié)合，或生成無毒的有機(jī)絡(luò)合物留在植物體內(nèi)，或輸運(yùn)至液泡，或集于部分器官（如葉子、樹皮）;二是間作杉木的生長增加了整片茶樹上層郁閉度，有效降低內(nèi)部溫度，增加濕度，減少植物蒸騰量，也減少茶樹根對水分的吸收，從而減緩重金屬離子向茶樹遷移。另外，間作杉木對土壤重金屬的吸收在一定程度上也減少茶樹對重金屬元素的吸收。

5 展望未來

眾多植物間作和混作的研究例子，啟示我們，選擇適當(dāng)?shù)淖魑锓N類，利用生物多樣性提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的原理有利于降低作物對重金屬的吸收 。

在玉米單作或與其他植物間作中發(fā)現(xiàn)，玉米的根、莖和葉中，鉛、鎘含量間存在著明顯的相關(guān)性，說明這兩種重金屬在根系的吸收以及向莖、 葉部的轉(zhuǎn)移過程具有協(xié)同性。植物的生物量可以反映出該種植物在逆境條件下與正常無脅迫條件下生長的偏離程度。植株生物量和重金屬吸收量大的植物才更有希望進(jìn)行土壤重金屬污染的植物修復(fù)。

總體來說，研究成果多數(shù)適用于高污染區(qū)域的治理。對于輕度污染的農(nóng)田如果放棄作物生產(chǎn)全部種植富集植物，會(huì)影響糧食生產(chǎn)。如果能夠在種植農(nóng)作物的農(nóng)田引入功能植物與其間混作，實(shí)現(xiàn)邊生產(chǎn)邊修復(fù)，不失為一種值得探索的路子。農(nóng)田重金屬污染是當(dāng)前農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域重點(diǎn)研究的關(guān)注點(diǎn)之一，土壤重金屬污染對作物生長及人體健康存在極大威脅，開展土壤重金屬污染治理技術(shù)研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

而綜合考慮經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益和持續(xù)、安全的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對于輕微污染的農(nóng)田間作要優(yōu)于單作，因?yàn)殚g作既保障了農(nóng)田的正常生產(chǎn)和糧食作物的安全，同時(shí)逐步在修復(fù)污染的農(nóng)田土壤，對于解決中國人多地少現(xiàn)狀有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 涂書新，孫錦荷，郭智芬，等.植物根系分泌物與根際營養(yǎng)關(guān)系評述[J].土壤與環(huán)境，2000（01）.

[2] 李德華，賀立源，李建生，等.一種根系分泌物中有機(jī)酸的前處理和高效液相色譜檢測方法[J].植物生理學(xué)通訊，2004（02）.

[3] 李凝玉，李志安，丁永禎，等.不同作物與玉米間作對玉米吸收積累鎘的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008（06）.

[4] 黃益宗，朱永官，胡 瑩，等.玉米和羽扇豆、鷹嘴豆間作對作物吸收積累Pb、Cd的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2006（05）.

[5] 徐晟徽，郭書海，胡筱敏，等 .沈陽張士灌區(qū)重金屬污染再評價(jià)及鎘的形態(tài)分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007（09）.

[6] 郭觀林，周啟星.土壤 - 植物系統(tǒng)復(fù)合污染研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003（05）.

[7] 代全林，袁劍剛，方煒，等.玉米各器官積累 Pb 能力的品種間差異[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2005（06）.

[8] 程旺大，張國平，姚海根，等.晚粳稻子粒中砷、鎘、鉻、鎳、鉛等重金屬含量的品種和粒位效應(yīng)[J].中國水稻科學(xué)，2005（03）.

[9] 文秋紅，于麗華.玉米自交系富集鎘能力和最佳收獲時(shí)期[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2006（26）.

[10] 曹瑩，黃瑞冬，趙藝欣.鉛和鎘復(fù)合脅迫下玉米對鎘吸收特性的研究[J].生態(tài)學(xué)雜志，2006（11）.

（作者單位：廣寧縣環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站）