不同植物與芥菜間作對芥菜土壤鎘含量的影響

邱孝煊 方守玲 陳孔長 林金美 黃東風 李昱 王利民

摘 要：為探討Cd富集植物與蔬菜間作對蔬菜土壤Cd含量效應，篩選能降低蔬菜土壤鎘污染的間作組合。選擇Cd高富集印度芥菜及同屬的油菜（6個品種）、在Cd中度污染的土壤進行與芥菜間作田間試驗，通過間作對植株生物量以及植株土壤Cd含量和根系土壤微環(huán)境影響評價。結果表明：印度芥菜、莢莢多臘菜生物量比較小，姜山金黃等5種油菜生物量比較大;間作不同植物對芥菜產量沒有顯著影響。參試植物Cd含量以及對土壤Cd提取量、富集系數(shù)的影響表現(xiàn)為印度芥菜>芥菜型油菜>甘藍型油菜>白菜型油菜>單種芥菜。對土壤Cd提取率影響大小表現(xiàn)為間作印度芥菜>間作芥菜型油菜>間作甘藍型油菜>間作白菜型油菜>單種芥菜。不同處理之間土壤pH值、氧離子交換量差別不大。印度芥菜與芥菜間作，當季土壤鎘含量下降;其他組合之間當季土壤Cd含量差別不大。芥菜間作不同植物后其Cd含量有升有降。總之，芥菜與印度芥菜間作降低當季土壤Cd含量，與姜山金黃油菜、三月黃油菜、中油828油菜間作降低其地上部Cd含量。

關鍵詞：油菜;印度芥菜;芥菜;間作;土壤;鎘

中圖分類號：X 322?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：0253-2301（2022）03-0063-07

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2022.03.011

Effects of Brassica juncea Intercropped with Different Plants on the Content ofCadmium in Brassica juncea and Soil

QIU Xiao-xuan1， FANG Shou-ling2， CHEN Kong-chang3， LIN Jin-mei3， HUANG Dong-feng1，LI Yu1， WANG Li-min1

（1. Soil and Fertilizer Institute， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou， Fujian 350013， China;

2. Baizhang Town Center of Comprehensive Technology Support in Minqing County of Fujian， Fuzhou，

Fujian 350804， China; 3. Minqing County Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Fuzhou， Fujian 350800， China）

Abstract： In order to investigate the accumulative effect of the plants enriched Cd and the? intercropping of vegetables on the content of Cd in the vegetables and soil， and select the intercropping combinations that could reduce the Cd pollution in the vegetables and soil， the six cultivars of Indian Brassica juncea with highly enriched Cd and Brassica napus which belonged to the same genus were selected and the field experiment was carried out by intercropping Brassica juncea in the moderately Cd-contaminated soils. Then， the effects of the intercropping on the plant biomass， the content of Cd in the plants and soil， and the microenvironment of root soil were evaluated. The results showed that the biomass of Indian Brassica juncea and Jiajiaduolacai was relatively small， while the biomass of five species of Brassica napus， such as Jiangshan Jinhuang， was relatively large. The intercropping with different plants had no significant effect on the yield of Brassica juncea. By comparing the contents of Cd， the extraction of Cd from soil and the enrichment coefficient in the tested plants， the order was Indian Brassica juncea>Brassica juncea>Brassica napus>Brassica rapa>Brassica juncea， while for the comparison of the extraction rate of Cd from soil， the order was as follows： intercropping with Indian Brassica juncea>intercropping with Brassica juncea>intercropping with Brassica napus>intercropping with Brassica rapa>intercropping with Brassica juncea. There was little difference in the soil pH and redox ion exchange capacity among different treatments. When the Indian Brassica juncea was intercropped with Brassica juncea， the content of cadmium in the soil in season decreased. And there was little difference in the content of Cd in soil in season among other combinations. The Cd content of Brassica juncea intercropped with different plants would be increased or decreased. In conclusion， the intercropping of Brassica juncea with Indian Brassica juncea would reduce the content of Cd in the soil in season， while the intercropping of Brassica juncea with Brassica napus， such as Jiangshan Jinhuang， Sanyuehuang and Zhongyou 828， would reduce the Cd content in the overground part.

Key words： Brassica napus; Indian Brassica juncea; Brassica juncea; Intercropping; Soil; Cadmium

目前，國內外針對受重金屬污染土壤的修復方法主要有物理、化學、生物和工程等措施。但是大多數(shù)修復措施由于成本高、時間長、容易造成二次污染，實際應用受到限制。植物提取技術成本低、不造成二次污染 ，但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的許多重金屬超積累植物生長緩慢，植株矮小，地上部生物量小，單種修復耗時長與耕地有限相矛盾。間作是我國傳統(tǒng)的精耕細作的農業(yè)生產方式，選擇合適的植物種類進行間作，有望提高土壤重金屬污染治理的效率，同時收獲安全的農產品，是今后的研究方向。目前，間套作研究多在試驗階段，研發(fā)最佳間作模式、并有效應用于土壤重金屬污染防治，尚需大量的工作。前人研究表明間作對另一方植物重金屬吸收積累影響是增加或降低或持平[1，3，5-27]。判斷間作植物對對方植物Cd累積量的影響程度，還有待于進一步試驗探究?？蒲腥藛T研究發(fā)現(xiàn)間作可以提高對土壤凈化率或能降低土壤Cd全量、有效態(tài)Cd含量

[1-3]。陳秀玲等[4-7]圍繞養(yǎng)分競爭吸收、土壤微環(huán)境對間作植物吸收積累重金屬的影響做了有益探討，但深層次機理問題還有待深入研究。印度芥菜是已發(fā)現(xiàn)的重金屬超累積植物之一，油菜是與印度芥菜同屬的重要油料作物，榨油后廢料不直接進入食物鏈。王激情等[1]研究油菜與印度芥菜、玉米、黑麥草、紫云英、蔬菜等間作后，發(fā)現(xiàn)這些植物對重金屬的吸收積累或提高或降低或持平，原因未見報道。目前還未見針對蔬菜與油菜（系列品種）間作對蔬菜-土壤Cd污染效應進行系統(tǒng)研究的報道。本研究選擇Cd高富集印度芥菜及同屬的油菜（6個品種）、在Cd中度污染的土壤布置與芥菜間作田間試驗，為探討Cd富集植物與蔬菜間作對蔬菜-土壤Cd含量效應，篩選能降低蔬菜-土壤鎘污染的油菜等植物與芥菜間作組合，為豐富重金屬污染修復理論、指導農業(yè)生產提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗土壤pH值5.69，有機質2.94%，陽離子交換量8.3 cmol+·kg-1，全N 1.67 g·kg-1，全P 3.28 g·kg-1，全K 33.8 g·kg-1，水解性N 193.4 mg·kg-1，有效P 151.9 mg·kg-1，緩效鉀179.2 mg·kg-1，速效鉀168.6 mg·kg-1，全Cd 1.012 mg·kg-1，有效態(tài)Cd 0.451 mg·kg-1。

1.2 供試植物

經(jīng)濟作物芥菜，間作植物印度芥菜（宿遷市沭陽縣新河種子經(jīng)營部提供）、莢莢多臘菜（芥菜型、綿陽市涪城區(qū)正新種子經(jīng)營部提供）、姜山金黃油菜（芥菜型、綿陽市全新種業(yè)有限公司提供）、三月黃油菜（白菜型、河南駐優(yōu)種業(yè)有限公司提供），秦油2號油菜、超級美國王、中油828等3種油菜（均為甘藍型、河南駐優(yōu)種業(yè)有限公司提供）。

1.3 試驗設計

試驗設8個處理，即單種芥菜（CK），印度芥菜、莢莢多臘菜、姜山金黃油菜、三月黃油菜、秦油2號油菜、超級美國王油菜、中油828油菜分別與芥菜按行比1∶1間作。 畦面寬90 cm，溝寬60 cm。畦面上種2行植物，單種芥菜區(qū)（CK）2行都種芥菜，其余處理按1行芥菜1行間作植物平行種植。株行距30 cm×35 cm，小區(qū)面積20 m2，重復3次，隨機區(qū)組排列。2020年10月16播種，2021年1月29日收獲?；视蒙唐酚袡C肥6 000 kg·hm-2、復合肥450 kg·hm-2，結合耕翻整地深施。追肥2次，分別是定苗肥尿素75 kg·hm-2、苗后期復合肥150 kg·hm-2。其他田間管理措施一樣。

1.4 檢測項目與方法

試驗前取基礎土樣檢測土壤有關理化性質、全量Cd、有效態(tài)Cd，試驗結束取植株、土壤3個重復混合樣品進行檢測，植株Cd檢測依據(jù)DZ/T 0253.1-2014 《生態(tài)地球化學評價動植物樣品分析方法 第1部分：鋰、硼、釩等19個元素量的測定 電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法》進行，土壤pH檢測依據(jù)NY/T 1121.2-2006 《土壤檢測第二部分：土壤pH測定》進行，土壤有機質檢測依據(jù)NY/T 1121.6-2006 《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》進行，全氮檢測依據(jù)NY/T 1121.24-2012《土壤檢測第24部分：土壤全氮的測定自動定氮儀法》進行，全磷檢測依據(jù)NY/T 88-1988《土壤和沉積物無機元素的測定 波長色散X射線熒光光譜法》進行，全氮檢測依據(jù)NY/T 87-1988 《土壤全鉀測定法》進行，水解性氮檢測依據(jù)土壤分析技術規(guī)范（第二版）第七章土壤氮的測定進行，土壤有效磷檢測依據(jù)NY/T 1121.7-2014《土壤檢測 第7部分 土壤有效磷的測定》進行，緩效K和速效K檢測均依據(jù)NY/T 889-2004《土壤緩效K和速效K含量的測定》進行，全量Cd檢測依據(jù)HJ 803-2016《土壤和沉積物12種金屬元素的測定王水提取電感耦合等離子體質譜法》進行，有效態(tài)Cd檢測依據(jù)HJ 804-2016 《土壤8種有效態(tài)元素的測定 二乙烯三胺五乙酸浸提電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》進行，陽離子交換量檢測依據(jù)NY/T 1121.5-2006《土壤檢測 第5部分：石灰性土壤陽離子交換量的測定》進行。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析，采用Excel做表圖。富集系數(shù)=植株地上部含Cd量/土壤含Cd量，土壤Cd提取率=每小區(qū)植物總吸Cd量/每小區(qū)土壤Cd總量×100%

2 結果與分析

2.1 不同間作植物生物量以及間作對芥菜產量的影響

由表1可知，印度芥菜、莢莢多臘菜生物量較小，姜山金黃油菜、三月黃油菜、秦油2號油菜、超級美國王油菜、中油828油菜生物量比較大。芥菜與油菜（印度芥菜）間作，由于種植間作植物占用了一半面積 ，比單種芥菜的產量顯著降低。不同油菜（印度芥菜）與芥菜間作處理間芥菜產量未達顯著差異水平。

2.2 不同間作植物Cd含量以及間作對芥菜Cd含量影響

由表2可知，與芥菜間作的7種植物地上部Cd含量大小比較為印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黃油菜>莢莢多臘菜）>甘藍型油菜（超級美國王油菜>中油828油菜>秦油2號油菜）>白菜型油菜（三月黃油菜）。印度芥菜是目前公認的重金屬超累積植物，本試驗結果表明芥菜型油菜（姜山金黃油菜、莢莢多臘菜）Cd含量是印度芥菜的46.06%～48.43%、甘藍型油菜（超級美國王油菜、中油828油菜、秦油2號油菜）Cd含量是印度芥菜的24.80%～28.00%、白菜型油菜（三月黃油菜）Cd含量是印度芥菜的21.31%。間作7種植物地上部Cd含量均比單種芥菜高20.0%～464.4%。芥菜與印度芥菜、莢莢多臘菜、秦油2號油菜、超級美國王油菜間作的比單種芥菜Cd含量分別提高42.2%、57.8%、46.4%、24.4%，芥菜與姜山金黃油菜、三月黃油菜、中油828油菜間作比單種芥菜Cd含量分別下降6.7%、4.4%、13.3%。

2.3 不同間作植物對土壤Cd提取量以及間作對芥菜Cd提取量影響

由表3可知，不同間作植物對土壤Cd提取量的影響表現(xiàn)為印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黃油菜>莢莢多臘菜）>甘藍型油菜（超級美國王油菜>中油828油菜>秦油2號油菜）>白菜型油菜（三月黃油菜）。與印度芥菜對土壤Cd提取量比較，芥菜型油菜（姜山金黃油菜、莢莢多臘菜）對土壤Cd提取量是印度芥菜的47.94%～63.08%、甘藍型油菜（超級美國王油菜、中油828油菜、秦油2號油菜）對土壤Cd提取量是印度芥菜的31.47%～36.79%、白菜型油菜（三月黃油菜）對土壤Cd提取量是印度芥菜的34.41%。芥菜與印度芥菜、莢莢多臘菜、秦油2號油菜、超級美國王油菜間作比單種芥菜對土壤Cd提取量高6.43%～30.00%，芥菜與姜山金黃油菜、三月黃油菜、中油828油菜間作比單種芥菜對土壤Cd提取量降低21.84%～34.53%。不同處理總提取量大小表現(xiàn)為印度芥菜+芥菜>姜山金黃油菜+芥菜>莢莢多臘菜+芥菜>超級美國王油菜+芥菜>秦油2號油菜+芥菜>中油828+芥菜>三月黃油菜+芥菜>單種芥菜。

2.4 不同植物與芥菜間作對土壤Cd提取率與根際土壤微環(huán)境影響

由表4可知，不同處理對土壤Cd提取率為0.064%～0.186%，不同處理對土壤Cd提取率的影響表現(xiàn)為印度芥菜+芥菜>姜山金黃油菜+芥菜>莢莢多臘菜+芥菜>超級美國王油菜+芥菜>秦油2號油菜+芥菜>中油828油菜+芥菜>三月黃油菜+芥菜>單種芥菜（對照）。與印度芥菜+芥菜對土壤Cd提取率比較，芥菜型油菜（姜山金黃油菜、莢莢多臘菜）+芥菜對土壤Cd提取率是印度芥菜+芥菜的55.38%～59.14%、甘藍型油菜（超級美國王油菜、中油828油菜、秦油2號油菜）+芥菜對土壤Cd提取率是印度芥菜+芥菜的39.78%～47.85%、白菜型油菜（三月黃油菜）+芥菜對土壤Cd提取率是印度芥菜+芥菜的37.63%。由于不同處理對土壤Cd提取率均較低，多數(shù)間作組合對土壤Cd含量的影響不大，只有印度芥菜與芥菜間作處理土壤全量Cd、有效Cd含量下降較明顯。從根際土壤微環(huán)境方面看，不同處理間土壤pH和陽離子交換量的差別不大。

2.5 不同植物對土壤Cd富集系數(shù)以及間作對芥菜Cd富集系數(shù)的影響

富集系數(shù)表征植物對土壤重金屬累積能力，代表土壤重金屬向植物遷移的難易程度。由表5可知，間作植物對土壤Cd富集系數(shù)的影響表現(xiàn)為印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黃油菜>莢莢多臘菜）>甘藍型油菜（超級美國王油菜>秦油2號油菜、中油828油菜）>白菜型油菜（三月黃油菜）。與單種芥菜對照比較，芥菜間作不同植物后對Cd的富集系數(shù)影響不同，其中與莢莢多臘菜、秦油2號油菜、印度芥菜、超級美國王油菜間作的芥菜富集系數(shù)提高，與中油828油菜、姜山金黃油菜、三月黃油菜間作的芥菜Cd富集系數(shù)下降。

3 討論與結論

3.1 間作對芥菜Cd含量的影響

有關研究表明間作對雙方植株重金屬累積影響是：（1）提高一方對重金屬的吸收積累，降低另一方的重金屬吸收積累;（2）促進雙方對重金屬的吸收積累;（3）同時降低雙方對重金屬的吸收積累;（4）增加或降低一方的重金屬吸收積累，但對另一方重金屬吸收積累卻無顯著影響[8]。間作重金屬富集植物對對方植株Cd吸收累積影響有3種可能，如楊暉等[9]報道間作雞眼草顯著或極顯著降低番茄、白菜、卷心菜可食部位對Cd的積累，提高油冬菜和花椰菜可食部位對重金屬的積累;王京文等[10]報道絲瓜間作伴礦景天提高了絲瓜對重金屬的積累，而居述云[11]等則報道小麥-茄子間作伴礦景天降低了小麥及后茬茄子的重金屬污染風險;向言詞[12]等報道間作時芥菜型油菜和甘藍型油菜的地上部和根部鎘和鉛的含量顯著降低;黑麥草和紫云英的地上部鎘和鉛含量增加不顯著。由于Cd在土壤-植物系統(tǒng)中遷移轉化的影響因素太多，到目前為止間作影響雙方對重金屬累積的機理還沒有完全研究明白，要尋找各種間作最佳模式只能通過試驗。本試驗結果表明印度芥菜、莢莢多臘菜、秦油2號、超級美國王油菜與芥菜間作提高了芥菜地上部Cd含量，分別提高42.2%、57.8%、46.4%、24.4%，這與王激情等[1，5，7-10，13-23]研究結果相似;姜山金黃油菜、三月黃油菜、中油828油菜等與芥菜間作降低了芥菜地上部Cd含量，分別下降6.7%、4.4%、13.3%;這與李丹丹等[3，6，8-9，11-12，17-27]研究結果相似。說明姜山金黃油菜、三月黃油菜、中油828油菜等與芥菜間作提高了芥菜食用安全性，這3種間作模式有一定的實用意義，原因有待進一步深入研究。

3.2 間作對土壤Cd含量的影響

間作重金屬富集植物后，當季土壤Cd含量是否有明顯降低，取決于植物對土壤Cd提取量、提取率的大小;土壤Cd提取量、提取率是與植株含Cd量、植物生物量成正比。本試驗結果表明參試的間作植物含Cd量為0.054～0.254 mg·kg-1，芥菜含Cd量為0.039～0.071 mg·kg-1;參試間作植物含Cd量大小表現(xiàn)為印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黃油菜>莢莢多臘菜）>甘藍型油菜（超級美國王>中油828>秦油2號）>白菜型油菜（三月黃）>單種芥菜。印度芥菜是目前公認的重金屬超累積植物之一，本試驗結果表明油菜Cd含量是印度芥菜的21.30%～48.43%。油菜（印度芥菜）地上部生物量為1.495～2.21 kg·m-2，間作植物印度芥菜、莢莢多臘菜生物量較小，姜山金黃油菜、三月黃油菜、秦油2號油菜、超級美國王油菜、中油828油菜等生物量較大，芥菜與不同油菜（印度芥菜）間作處理間產量差異未達顯著水平。經(jīng)統(tǒng)計本試驗土壤Cd總提取量為0.169 4～0.488 5 mg·m-2、提取率為0.064%～0.186%。不同處理提取率大小表現(xiàn)為印度芥菜+芥菜>姜山金黃油菜+芥菜>菜莢莢多臘菜+芥菜>超級美國王油菜+芥菜>秦油2號油菜+芥菜>中油828油菜+芥菜>三月黃油菜+芥菜>單種芥菜。油菜和芥菜間作對土壤Cd提取率是印度芥菜和芥菜間作的37.63%～59.14%。芥菜和印度芥菜間作當季土壤鎘含量下降11.05%，對修復土壤Cd污染有一定效果，這與王激情等[1]、霍文敏等[2]、李丹丹等[3]研究結果相似。其他處理的土壤Cd含量差別不明顯，這可能是因為各處理的提取率都比較低。

3.3 間作條件下對土壤-植物系統(tǒng)Cd遷移轉化的影響

影響土壤重金屬向植物遷移的因素有3個方面，即根際土壤微環(huán)境（土壤pH值、Eh、CEC、DOC等）和植物遺傳特性、養(yǎng)分競爭吸收。本研究只對根際土壤微環(huán)境中的pH值、CEC等進行比較，結果表明不同處理間根際土壤pH和陽離子交換量的差別不大。富集系數(shù)表征植物對土壤重金屬累積能力，代表土壤重金屬向植物遷移的難易程度。本研究結果表明參試植物 Cd富集系數(shù)大小表現(xiàn)為印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黃油菜>莢莢多臘菜）>甘藍型油菜（超級美國王油菜>秦油2號、中油828油菜）>白菜型油菜（三月黃油菜）>單種芥菜，說明參試植物中對土壤Cd向植物累積遷移能力的影響印度芥菜最強，油菜次之，芥菜最弱。本試驗7種間作植物與芥菜間作后芥菜富集系數(shù)有升、有降。與向言詞[12]報道間作后芥菜型油菜和甘藍型油菜的地上部和根部的鎘和鉛的生物富集系數(shù)顯著下降， 黑麥草和紫云英的地上部的鎘和鉛的生物富集系數(shù)變化不顯著結果有同有異。說明與不同植物間作后芥菜對土壤Cd的累積遷移能力有的提高、有的下降，其中與莢莢多臘菜、秦油2號油菜、印度芥菜、超級美國油菜王間作的芥菜對土壤Cd累積遷移能力提高、與其他油菜間作的芥菜對土壤的Cd累積遷移能力下降。

綜上所述，參試間作植物含Cd量大小表現(xiàn)為印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黃油菜>莢莢多臘菜）>甘藍型油菜（超級美國王油菜>中油828油菜>秦油2號油菜）>白菜型油菜（三月黃油菜）>單種芥菜。油菜Cd含量是印度芥菜的21.30%～48.43%。印度芥菜、莢莢多臘菜、秦油2號油菜、超級美國王油菜與芥菜間作提高了芥菜地上部Cd含量;姜山金黃油菜、三月黃油菜、中油828油菜等與芥菜間作降低了芥菜地上部Cd含量。不同處理對土壤Cd提取率的影響表現(xiàn)為印度芥菜+芥菜>姜山金黃油菜+芥菜>菜莢莢多臘菜+芥菜>超級美國王油菜+芥菜>秦油2號油菜+芥菜>中油828油菜+芥菜>三月黃油菜+芥菜>單種芥菜。油菜和芥菜間作對土壤Cd提取率是印度芥菜和芥菜間作的37.63%～59.14%。芥菜和印度芥菜間作當季土壤Cd含量下降11.05%，對修復土壤Cd污染有一定效果;其他處理的土壤Cd含量差別不明顯。不同處理間土壤pH值和陽離子交換量的差別不大。

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（責任編輯：林玲娜）