伴礦景天間作方式對(duì)辣椒根圍土壤鎘遷移與有效性的影響*

王高飛, 周 鵬, 王永平, 王 巖, 林 杉, 邢 丹**

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院辣椒研究所 貴陽(yáng) 550000; 2.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院 貴陽(yáng) 550000;3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢 430070)

鎘(Cd)是典型的有毒有害、人體非必需的微量元素, 也是我國(guó)土壤污染最為嚴(yán)重的重金屬元素[1-2]。Cd的遷移性、生物可利用性與其在土壤中存在形態(tài)密切關(guān)聯(lián)[3-5]。利用改進(jìn)的BCR連續(xù)提取技術(shù)分析Cd形態(tài)特征, 其中酸溶態(tài)和可還原態(tài)的Cd較易被植物利用; 可氧化態(tài)較為穩(wěn)定, 在氧化條件下可發(fā)生轉(zhuǎn)化對(duì)生物具有潛在危害; 而殘?jiān)鼞B(tài)與土壤結(jié)合較牢固, 不易被植物吸收利用, 其所占比例越高意味著生物可利用部分越少[6-9]?；贑d賦存形態(tài)所占比例, 將土壤中Cd生物有效性分為可利用態(tài)(酸溶態(tài)和可還原態(tài)之和)、中等利用態(tài)(可氧化態(tài))和難利用態(tài)(殘?jiān)鼞B(tài))[10]。因而, 可通過(guò)掌握土壤Cd賦存形態(tài)評(píng)估土壤環(huán)境中Cd遷移和可利用風(fēng)險(xiǎn)。

通常認(rèn)為, 土壤pH、有機(jī)質(zhì)等化學(xué)性質(zhì)影響Cd的存在形態(tài)[4,11]。土壤pH是影響Cd形態(tài)的最重要因素之一, 隨著土壤pH升高可交換態(tài)Cd含量下降, 殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量上升[12-17]。土壤有機(jī)質(zhì)能與Cd2+形成具有不同化學(xué)和生物學(xué)的穩(wěn)定性物質(zhì), 但其對(duì)Cd形態(tài)影響較為復(fù)雜[18-19]。值得注意的是, 近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)球囊霉素相關(guān)土壤蛋白(GRSP)是土壤有機(jī)質(zhì)重要組分, 在有機(jī)碳含量中占比高達(dá)25%以上[20-21]。GRSP是菌根植物根系菌絲進(jìn)入土壤分泌產(chǎn)生的一種糖蛋白, 對(duì)土壤理化性質(zhì)具有一定影響, 并對(duì)土壤中重金屬具有固定作用, 能夠降低重金屬的生物有效性[22-24]。土壤pH及有機(jī)質(zhì)和GRSP含量等與宿主植物類型密切相關(guān), 受耕作方式、環(huán)境脅迫等因素影響[20]。然而, 有關(guān)間作體系土壤環(huán)境中GRSP與Cd形態(tài)轉(zhuǎn)變關(guān)系的機(jī)制尚不明確。

超積累植物與經(jīng)濟(jì)作物的間套作是植物吸取修復(fù)Cd污染土壤的一種常見(jiàn)實(shí)施方式, 可在修復(fù)過(guò)程中維持一定的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。能鳳嬌等[25]研究表明, 芹菜(Apium graveolens)與超積累植物伴礦景天(Sedum plumbizincicola)間作, 伴礦景天生長(zhǎng)更旺盛, 土壤Cd含量降低50%, 顯著高于單作處理, 芹菜中Cd含量(0.015 mg·kg?1)也明顯低于國(guó)家蔬菜限量標(biāo)準(zhǔn)(0.2 mg·kg?1)。連續(xù)8年的田間試驗(yàn)研究表明[26], 伴礦景天和玉米(Zea mays)間作, 土壤中的Zn和Cd總含量分別降低18.8%和85.4%, 修復(fù)效率較單作顯著提高。但也有研究表明, 莧菜(Amaranthuscruetus)與Cd超富集植物伴礦景天間作提高土壤乙酸銨-Cd含量[27]。同時(shí)有研究表明, 間作方式會(huì)對(duì)作物間的并存效應(yīng)產(chǎn)生一定的影響[28]。由此可見(jiàn), 伴礦景天與作物間作對(duì)土壤Cd含量的影響不但與作物種類有關(guān),同時(shí)對(duì)土壤不同形態(tài)鎘含量影響不同, 而且又受間作方式的影響。

辣椒(Capsicum annum)作為特色優(yōu)勢(shì)經(jīng)濟(jì)作物,具有富集Cd習(xí)性, 辣椒與Cd超積累植物?伴礦景天間作, 可降低土壤Cd含量。但間作方式對(duì)土壤Cd不同形態(tài)含量變化的影響, 以及這種變化與土壤化學(xué)性質(zhì)、GRSP的關(guān)聯(lián)尚鮮見(jiàn)系統(tǒng)報(bào)道。因而, 本研究通過(guò)辣椒與伴礦景天進(jìn)行帶狀、交叉、混合3種間作, 分析各間作體系辣椒根系周圍土壤Cd的形態(tài)和GRSP變化, 闡明伴礦景天間作對(duì)辣椒根系周圍土壤Cd的作用機(jī)制, 探究土壤Cd的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制,為中低程度Cd污染農(nóng)田更好利用伴礦景天修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)選取辣椒品種為‘辣研201’, 由貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院辣椒研究所胡明文研究員課題組提供, 漂浮盤中進(jìn)行漂浮辣椒育苗, 隨時(shí)補(bǔ)充水分和養(yǎng)分, 待辣椒長(zhǎng)出4～5片真葉時(shí), 選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗進(jìn)行移栽; 伴礦景天由中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所吳龍華研究員課題組提供, 于2019年3月至9月進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于貴州省遵義市新蒲新區(qū), 屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候, 雨量充沛, 年均降水量1200 mm。土壤類型為黃壤, 土壤pH 5.51, 有機(jī)質(zhì)11.4 g?kg?1, 全氮1.78 g?kg?1, 有效磷29.7 mg?kg?1, 速效鉀110 mg?kg?1,全Cd含量0.77 mg?kg?1。

試驗(yàn)設(shè)置伴礦景天單作、辣椒單作、伴礦景天條帶式間作辣椒(間作1)、伴礦景天交叉式間作辣椒(間作2)、伴礦景天混合式間作辣椒(間作3), 共5種種植模式(圖1), 3個(gè)重復(fù), 共計(jì)15個(gè)小區(qū), 小區(qū)面積50 m2(5 m×10 m)。辣椒單作、間作株距均為40 cm, 行距均為50 cm; 伴礦景天單作株距20 cm, 行距50 cm (圖1)。所有種植模式肥料用量相同, 氮、磷、鉀肥用量分別為450 kg(N)?hm?2、225 kg(P2O5)?hm?2和450 kg(K2O)?hm?2, 氮、磷、鉀肥種類分別為尿素、磷酸二銨和硫酸鉀。于2019年5月整地, 起壟前將氮肥、磷肥和鉀肥作為基肥一次均勻撒入各小區(qū)。

圖1 不同處理的礦伴景天與辣椒種植模式Fig.1 Intercropping patterns of Capsicum annum and Sedum plumbizincicola of different treatments

待辣椒果實(shí)成熟時(shí), 于2019年9月采集伴礦景天和辣椒根系周圍土壤樣品。以植物莖稈為中心,用不銹鋼土鉆垂直向下取半徑5 cm范圍內(nèi)、0～20 cm表層土壤。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取5株, 土樣混合, 將樣品除雜、風(fēng)干, 用四分法分為兩份后, 分別過(guò)2 mm和0.149 mm尼龍篩, 備用。

1.3 樣品測(cè)定方法

土壤不同形態(tài)Cd含量: 參照改進(jìn)的BCR[29]連續(xù)提取法, ICP-MS (上海賽默飛iCAPQ等離子體質(zhì)譜儀)測(cè)定各形態(tài)Cd含量。

土壤化學(xué)性質(zhì): 參照土壤農(nóng)化分析方法[30], 土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法(K2Cr2O7-H2SO4法)測(cè)定, 全氮含量采用凱氏定氮法, 全磷采用鉬銻抗比色法, 全鉀采用火焰光度法, 堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定, 有效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定, 速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定, pH測(cè)定采用水浸提(土水比2.5∶1)、pH計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司, 雷磁pHS 3C)測(cè)定。

土壤GRSP: 分TE-GRSP (總提取球囊霉素)、EEGRSP (易提取球囊霉素相關(guān)蛋白, 一種呈現(xiàn)活性和不穩(wěn)定的球囊霉素相關(guān)蛋白), 含量根據(jù)Wright等[31]描述方法提取測(cè)定。

1.4 土壤Cd遷移性和可利用性計(jì)算

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 24.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, LSD多重比較檢驗(yàn)各處理平均值之間的差異顯著性。利用Origin 9.1繪制柱狀圖, Canoco冗余分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作對(duì)作物根系周圍土壤不同形態(tài)Cd含量的影響

伴礦景天間作可降低辣椒根系周圍土壤酸溶態(tài)和可還原態(tài)Cd含量, 但對(duì)可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量影響不顯著(圖2)。其中, 間作1對(duì)辣椒根系周圍土壤酸溶態(tài)和可還原態(tài)Cd含量變化影響不顯著, 而間作2和間作3顯著降低了這兩種形態(tài)Cd的含量。與辣椒單作相比, 間作2和間作3模式顯著降低了土壤酸溶態(tài)Cd含量, 分別減少39.6%和41.5%, 同時(shí)顯著降低了土壤可還原態(tài)Cd含量, 分別減少23.9%和29.0%。辣椒根系周圍土壤酸溶態(tài)和可氧化態(tài)Cd含量3種間作模式之間無(wú)顯著性差異, 可還原態(tài)Cd含量間作1顯著高于間作2和間作3, 殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量間作3顯著高于間作1和間作2。間作2和間作3也顯著降低了伴礦景天根系周圍土壤可還原態(tài)Cd含量, 但對(duì)可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量影響不顯著。伴礦景天根系周圍土壤酸溶態(tài)Cd含量間作2顯著低于間作1, 可還原態(tài)Cd含量間作1顯著高于間作2和間作3, 可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量3種間作模式之間無(wú)顯著性差異。

圖2 伴礦景天和辣椒不同種植方式下土壤Cd形態(tài)變化Fig.2 Changes of soil Cd forms under different planting patterns of Capsicum annum and Sedum plumbizincicola

2.2 間作對(duì)作物根系周圍土壤Cd遷移和可利用風(fēng)險(xiǎn)影響評(píng)估

伴礦景天與辣椒的各種間作模式均降低了辣椒根系周圍土壤Cd遷移和可利用風(fēng)險(xiǎn)(圖3)。其中,間作1對(duì)土壤Cd遷移和可利用風(fēng)險(xiǎn)影響不顯著, 而間作2和間作3顯著降低了這兩種風(fēng)險(xiǎn)。與辣椒單作相比, 間作2和間作3模式使辣椒根系周圍土壤Cd可遷移性分別顯著降低25.8%和34.2%, 使土壤Cd可利用性分別降低11.6%和26.9% 。3種間作模式間辣椒根系周圍土壤Cd遷移性無(wú)顯著性差異, 間作2和間作3的Cd可利用性均顯著低于間作1。間作對(duì)伴礦景天根系周圍土壤Cd遷移性影響不顯著,而間作2和間作3顯著降低了伴礦景天根系周圍土壤Cd可利用性。

圖3 伴礦景天和辣椒不同種植方式對(duì)土壤Cd遷移和Cd可利用的影響Fig.3 Effects of planting patterns of Capsicum annum and Sedum plumbizincicola on the migration and bioavailability of soil Cd

2.3 間作對(duì)作物根系周圍土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

伴礦景天與辣椒各種間作模式顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀含量,但顯著降低全鉀含量, pH變化并無(wú)明顯差異。與辣椒單作土壤中的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀含量相比, 間作1分別增加43.4%、79.6%、51.3%、45.2%、261.3%和107.7%, 間作2分別增加85.1%、68.5%、23.1%、99.3%、146.8%和74.7%, 間作3分別增加65.6%、57.4%、6.41%、111.6%、262.9%和112.3%。與辣椒單作土壤全鉀相比, 間作1、間作2和間作3分別降低10.3%、20.6%和12.9%。辣椒根系周圍土壤化學(xué)性質(zhì)的變化3種間作方式之間相比無(wú)明顯規(guī)律。間作顯著提高了伴礦景天根系周圍土壤pH, 與伴礦景天單作相比, 間作對(duì)伴礦景天根系周圍土壤有機(jī)質(zhì)、全氮無(wú)顯著性影響, 而全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀的變化無(wú)明顯規(guī)律(表1)。

表1 伴礦景天和辣椒不同種植方式對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響Table 1 Effects of planting patterns of Capsicum annum and Sedum plumbizincicola on soil chemical properties

2.4 間作對(duì)作物根系周圍土壤GRSP變化的影響

伴礦景天和辣椒的各間作模式有效增加辣椒根系周圍土壤球囊霉素含量(圖4)。與單作相比, 間作1顯著降低TE-GRSP含量, 而間作2和間作3顯著增加TE-GRSP含量, 間作1的TE-GRSP含量比單作顯著降低12.2%, 而間作2和間作3比單作顯著增加51.7%和86.7%。辣椒根系周圍土壤TE-GRSP含量間作2和間作3顯著高于間作1。間作1和間作2對(duì)伴礦景天根系周圍土壤TE-GRSP含量無(wú)顯著影響, 間作3顯著增加了伴礦景天根系周圍土壤TEGRSP含量。

圖4 伴礦景天和辣椒不同種植方式對(duì)土壤總提取球囊霉素(TE-GRSP)、易提取球囊霉素(EE-GRSP)相關(guān)蛋白含量影響Fig.4 Effects of planting patterns of Capsicum annum and Sedum plumbizincicola on contents of soil total extraction of globulin(TE-GRSP) and easily extracted globulin (EE-GRSP)

間作1、間作2和間作3顯著增加EE-GRSP含量。與辣椒單作相比, 間作1、間作2和間作3辣椒根系周圍土壤EE-GRSP含量分別顯著增加24.5%、39.9%和40.6%。辣椒根系周圍土壤EE-GRSP含量間作2和間作3均顯著高于間作1。間作2對(duì)伴礦景天根系周圍土壤EE-GRSP含量無(wú)顯著影響, 間作1和間作3均顯著增加伴礦景天根系周圍土壤EEGRSP含量。

2.5 礦伴景天與辣椒間作下土壤Cd遷移和可利用性與土壤性質(zhì)的關(guān)系

選取土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、總提取球囊霉素、易提取球囊霉素共計(jì)10個(gè)環(huán)境因子與土壤Cd遷移性、可利用性進(jìn)行RDA分析, 得到環(huán)境因子對(duì)土壤Cd遷移性、可利用性差異的解釋量, 結(jié)果如表2所示。排序軸第1軸和第2軸的特征值分別為0.5471和0.1522, 即前兩軸環(huán)境因子累計(jì)解釋Cd遷移性和可利用性特征為69.93%。土壤Cd遷移性、可利用性與環(huán)境因子前2個(gè)排序軸的相關(guān)性分別為0.8735和0.7334, 對(duì)土壤Cd遷移性、可利用性與環(huán)境因子關(guān)系的累計(jì)解釋量為100.00%。表明前兩軸能較好地反映土壤Cd遷移性、可利用性與環(huán)境因子關(guān)系, 且主要由第1軸決定。

表2 土壤Cd遷移性和可利用性與土壤化學(xué)性質(zhì)和球囊霉素含量的冗余分析Table 2 RDA sequencing results of soil Cd mobility and availability and soil chemical properties and globulin contents

通過(guò)第1軸和第2軸的解釋量得到土壤Cd遷移性、可利用性與環(huán)境因子的RDA二維排序圖, 如圖5所示。實(shí)心箭頭表示土壤Cd遷移性和可利用性, 空心箭頭表示土壤環(huán)境因子?？招募^連線的長(zhǎng)度表示土壤Cd遷移、可利用性與環(huán)境因子間的相關(guān)程度, 箭頭連線越長(zhǎng)表示因子間關(guān)聯(lián)性越強(qiáng), 土壤環(huán)境因子箭頭連線在土壤Cd遷移性、可利用性箭頭連線上的垂直投影越長(zhǎng)(余弦值越大), 其對(duì)相應(yīng)的土壤Cd遷移性或可利用性影響越大。箭頭連線與排序軸的夾角代表該因子與排序軸相關(guān)性的大小,夾角越小, 相關(guān)性越大。

由圖5可知, pH、全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)、有效鉀(AK)和總提取球囊霉素(TE-GRSP)、易提取球囊霉素(EE-GRSP)箭頭連線較長(zhǎng), 且TP、TK與Cd遷移性和可利用性箭頭方向一致呈正相關(guān)關(guān)系, 其余方向相反呈負(fù)相關(guān), 對(duì)土壤Cd遷移性和可利用性均有較強(qiáng)的影響作用。其中, TK與Cd遷移性和可利用性方向一致且?jiàn)A角較小, 呈顯著正相關(guān)關(guān)系, 說(shuō)明全鉀對(duì)土壤Cd遷移性、可利用性存在顯著的正效應(yīng)。而TE-GRSP、AK分別與土壤Cd遷移性、可利用性呈高度負(fù)相關(guān)。

圖5 土壤化學(xué)性質(zhì)、球囊霉素與Cd遷移性、可利用性的冗余度分析Fig.5 Redundancy analysis of soil chemical properties and glomalin content and the mobility and availability of Cd

RDA二維圖僅反映出土壤環(huán)境因子與土壤Cd遷移性、可利用性間存在相關(guān)性, 難以量化土壤環(huán)境因子對(duì)土壤Cd遷移性、可利用性的貢獻(xiàn)程度。為此, 對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行蒙特卡洛置換檢驗(yàn)(表3), 各指標(biāo)對(duì)土壤Cd遷移性和可利用性重要性排序?yàn)門EGRSP>AK>pH>EE-GRSP>TK>TP>TN>AN (有效氮)>OP (有效磷)>OM (有機(jī)質(zhì)), 其中TE-GRSP對(duì)土壤Cd遷移性和可利用性的影響達(dá)極顯著水平(P<0.01), AK達(dá)顯著水平(P<0.05), 解釋量分別為36.3%和16.9%, 其余指標(biāo)的影響不顯著, 解釋量也較小。說(shuō)明土壤TE-GRSP、AK是影響土壤Cd遷移性和可利用性的較關(guān)鍵的因子。

表3 土壤化學(xué)性質(zhì)與球囊霉素的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果和重要性排序Table 3 Significance and importance of soil chemical properties and glomalin content

3 討論

3.1 重金屬超積累植物間作方式對(duì)土壤Cd遷移性與可利用性的影響

我國(guó)土壤受Cd等重金屬污染的耕地面積達(dá)2000 hm2[33]。伴礦景天是一種Cd的超積累植物[34],與辣椒間作能夠降低辣椒根系周圍土壤酸溶態(tài)和可還原態(tài)Cd含量, 但對(duì)其可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量影響不顯著。與單作相比, 交叉式間作(間作2)、混合式間作(間作3)顯著降低了酸溶態(tài)和可還原態(tài)Cd含量。Deng等[26]通過(guò)連續(xù)8年的田間試驗(yàn)研究表明, 伴礦景天和玉米間作, 土壤中的Cd總含量降低85.4%, 修復(fù)效率較單作顯著提高, 本研究結(jié)果與之相一致。本試驗(yàn)顯示, 間作2和間作3模式顯著降低了辣椒根系周圍土壤酸溶態(tài)和可還原態(tài)Cd含量; 但間作1對(duì)辣椒根系周圍土壤酸溶態(tài)和可還原態(tài)Cd含量變化影響不明顯, 其可能原因在于本研究中交叉式和混合式間作, 植物間距為20 cm, 條帶式間作植物行間距為25 cm。也即間作1與間作2、間作3相比辣椒與伴礦景天根系相距較遠(yuǎn), 這種間距差異可能導(dǎo)致伴礦景天植物根系沒(méi)有對(duì)辣椒根系周圍土壤的元素吸收產(chǎn)生大的影響。有研究表明, 不同間作方式對(duì)超積累植物生長(zhǎng)和重金屬吸收的影響各異[35]。也有研究表明, 間作試驗(yàn)中植物種植密度、不同植物根系的位置關(guān)系對(duì)于間作的效果有重要影響[36]。如但春鳳等[37]通過(guò)玉米與紫花苜蓿(Medicago sativa)間作研究了不同間作距離對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響, 發(fā)現(xiàn)不同的間作模式對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響存在一定差異。張艷等[38]通過(guò)大田試驗(yàn)研究了甘薯(Dioscorea esculenta)/玉米不同間作方式對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性的影響, 發(fā)現(xiàn)甘薯、玉米間作4∶1條帶比栽培模式具有間作優(yōu)勢(shì), 較單作顯著提高了土壤全氮、有機(jī)質(zhì)含量, 促進(jìn)了作物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收以及土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶的活性。姚遠(yuǎn)等[39]的研究表明, 花生(Arachis hypogaea)與玉米4∶1、4∶2間作模式下土壤硝酸還原酶活性、根系活力在各個(gè)時(shí)期均高于5∶3間作模式。本研究結(jié)果也表明, 伴礦景天與辣椒間作對(duì)辣椒根系周圍土壤不同形態(tài)Cd含量產(chǎn)生明顯影響, 同時(shí)對(duì)不同形態(tài)Cd含量的影響還與間作方式有關(guān)。

Cd在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化能力主要取決于土壤對(duì)Cd的吸附性能[40]。土壤Cd遷移性與可利用性越高說(shuō)明越易被植物所吸收。本研究表明,伴礦景天與辣椒間作有效降低辣椒根系周圍土壤Cd遷移性和可利用性。其原因可能在于伴礦景天根際的內(nèi)生細(xì)菌對(duì)于促進(jìn)土壤Cd等重金屬有效性的增加及伴礦景天促進(jìn)土壤對(duì)Cd的吸附作用[41]。間作1對(duì)辣椒根系周圍土壤Cd遷移性和可利用性影響不明顯, 但間作1、間作2、間作3下辣椒根系周圍土壤Cd遷移性和可利用性表現(xiàn)出下降的趨勢(shì), 也即間作1>間作2>間作3。這可能是由于伴礦景天根系較淺[42], 大田條件下, 伴礦景天根系對(duì)辣椒根系生長(zhǎng)區(qū)域的重金屬有效性的影響及辣椒-伴礦景天根系吸收重金屬的影響可能較小, 而間作2、間作3模式下, 辣椒與景天根系相距較近且景天數(shù)量較多。這種差異表明伴礦景天與辣椒間作距離和伴礦景天數(shù)量會(huì)對(duì)辣椒根系周圍土壤Cd遷移性和可利用性產(chǎn)生影響, 未來(lái)可側(cè)重于適宜的間作距離的探索。

3.2 間作方式下土壤化學(xué)性質(zhì)與GRSP變化對(duì)土壤Cd遷移和可利用風(fēng)險(xiǎn)的影響

間作條件下, 植物既有種內(nèi)相互作用又有種間相互作用, 是改善土壤養(yǎng)分有效性, 提高植物對(duì)養(yǎng)分利用率的一種有效措施[43]。本研究表明, 伴礦景天與辣椒間作能有效增加根系周圍土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀以及球囊霉素含量,這可能是由于間作模式下辣椒以及伴礦景天根系相互影響, 使根系分泌物種類、數(shù)量有所變化, 能分泌一些對(duì)微生物有益的酶和生物調(diào)節(jié)劑等物質(zhì)來(lái)吸引微生物, 進(jìn)而對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的形成、有機(jī)質(zhì)的分解及土壤養(yǎng)分循環(huán)產(chǎn)生影響[44]。蒙秋霞等[45]通過(guò)大櫻桃(Cerasusspp.)幼樹(shù)與不同瓜菜作物間作, 研究了間作對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物區(qū)系的影響, 結(jié)果表明: 不同間作處理土壤全氮、硝態(tài)氮、全磷、有效磷含量和pH、CEC呈上升趨勢(shì), 土壤真菌含量也均有不同程度提高, 這與本研究結(jié)果相似。伴礦景天與辣椒間作降低了根系周圍土壤全鉀含量, 而pH無(wú)明顯變化。其原因可能在于伴礦景天與辣椒間作時(shí), 可能因競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分, 產(chǎn)生更多的有機(jī)分泌物來(lái)活化土壤中的養(yǎng)分, 而低分子有機(jī)酸是根系分泌物的主要成分,低分子有機(jī)酸與Cd形成螯合物[46], 使得土壤中酸溶態(tài)和可還原態(tài)Cd更易被伴礦景天吸收, 從而使土壤中殘留的Cd含量降低。其中間作2、間作3顯著增加了辣椒根系周圍土壤TE-GRSP含量和EE-GRSP含量, 間作1顯著增加了辣椒根系周圍土壤EEGRSP含量。而球囊霉素相關(guān)土壤蛋白(GRSP)是土壤有機(jī)質(zhì)的重要組成部分, 可以提高土壤團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性, 對(duì)調(diào)節(jié)土壤中生物化學(xué)轉(zhuǎn)換以及保持土壤碳、氮、磷循環(huán)起到重要作用[47]。不少研究表明,GRSP能夠吸附土壤中的重金屬離子, 螯合土壤中的有毒元素, 從而有效固定土壤中的重金屬[48-49]。因此,在伴礦景天與辣椒間作條件下, 間作植物可通過(guò)影響土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)而影響土壤Cd遷移性和可利用性, 其中機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

1)伴礦景天交叉式間作辣椒以及混合式間作辣椒能顯著降低辣椒根系周圍土壤酸溶態(tài)和可還原態(tài)Cd含量, 而間作方式對(duì)可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量影響都不顯著。

2)伴礦景天條帶式間作辣椒對(duì)辣椒根系周圍土壤Cd遷移性和可利用性影響不明顯, 而伴礦景天交叉式間作辣椒以及混合式間作辣椒顯著降低了辣椒根系周圍土壤Cd遷移性和可利用性。從降低土壤Cd遷移和可利用風(fēng)險(xiǎn)的角度看, 伴礦景天交叉式間作辣椒和混合式間作辣椒要優(yōu)于伴礦景天條帶式間作辣椒。

3)冗余分析表明, 土壤Cd遷移性、可利用性差異主要受TE-GRSP和AK的負(fù)調(diào)控, 在生產(chǎn)上可適當(dāng)通過(guò)調(diào)節(jié)土壤總提取球囊霉素含量以及速效鉀含量進(jìn)而影響土壤Cd遷移性和可利用性風(fēng)險(xiǎn)。