混种黑麦草和三叶草对假繁缕镉积累的影响

王兴伟，刘子芳，范 燕，邓 权，黄忠胜

(1.四川省核工业辐射测试防护院，成都 610503；2.雅安市环境监测中心站，四川 雅安 625000；3.遂宁市环境监测中心站，四川 遂宁 629000；4.雅安市水务局，四川 雅安 625000)

· 试验研究 ·

混种黑麦草和三叶草对假繁缕镉积累的影响

王兴伟1,2，刘子芳2，范 燕1，邓 权3，黄忠胜4

(1.四川省核工业辐射测试防护院，成都 610503；2.雅安市环境监测中心站，四川 雅安 625000；3.遂宁市环境监测中心站，四川 遂宁 629000；4.雅安市水务局，四川 雅安 625000)

为研究镉污染条件下混种对假繁缕植物修复效率的影响，采用盆栽的方式，将黑麦草、三叶草分别与假繁缕混种，研究不同混种组合对假繁缕生长及镉积累的影响。结果表明：混种对不同植物的生长和镉积累表现出了促进和抑制两种结果，如假繁缕混种三叶草混种使假繁缕的地上部分生物量较其单种提高了20.39%(P<0.05)，却使三叶草较其单种降低了13.85%(P<0.05)；两种植物地上部分镉含量则均有所提高，较各自单种分别提高了10.70%(P<0.05)和17.32%(P<0.05)。与假繁缕单种相比，混种黑麦草、三种植物混种均显著降低了假繁缕地上部分生物量、镉含量和镉积累量，分别降低了46.79%、22.00%、58.55%和21.55%、24.14%、40.47%；混种对另外两种植物表现也有促进和抑制的效果。就单盆中所有植物的镉积累量而言，三种植物混种的单株地上部分镉积累量最高，达到了492.39μg/盆。因此，假繁缕混种三叶草能提高假繁缕地上部生物量、镉含量和镉积累量，而三种植物混种的处理的镉提取效果表现最好，利于生产应用。

镉；假繁缕；黑麦草；三叶草；混种

据环境保护部和国土资源部2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》，工业园区、采矿区的土壤点位超标率分别为29.4%和33.4%，土壤污染以重金属镉、铅、铜、砷、锌较为严重[1]，因此，对矿区及矿业废弃土地的重金属污染土壤进行修复势在必行[2～4]。相对于传统的化学和物理修复法，植物修复法以其成本低廉、环境友好、保持土壤生产力、治理效果永久、无二次污染等优势，成为了目前国内外重金属污染土壤修复的研究热点[4-5]。其中，混种等农艺措施可在不同植物物种间产生“根际对话”现象，改变根际环境，进而调控植物生理生化代谢的优势；也能通过地上部分形态结构的互补提高植物对土壤养分、水和光等资源的有效利用[6-7]。

据此，雅安市科学技术局将《覆盖及富集植物混种对铅锌矿污染土壤修复的研究》项目列为“雅安市2014年度重点科技计划项目”(批复文号：雅市科技[2014]4号，项目编号S1430305)。项目试验土壤来源于四川省汉源县团宝山铅锌矿区，根据该矿区铅锌富集植物筛选相关研究结果，假繁缕(Pseudostellariamaximowicziana)[8-9]的铅锌积累效果最好，故采用假繁缕分别与广泛分布的普通植物——根系能分泌较多有机酸的禾本科植物(能够活化土壤中的重金属)黑麦草(Loliumperenne)[10]和具有根瘤固氮作用的豆科植物(能够提高土壤养分)三叶草(Trifoliumpratense)[11]混种在铅锌矿区重金属污染土壤上，以期能够筛选出提高假繁缕修复土壤重金属效率的混种方式。通过前期研究发现，假繁缕混种黑麦草降低了两者的铅锌修复效率，假繁缕混种三叶草提高了两者的铅锌修复效率，三种植物混种仅提高了黑麦草的铅锌修复效率。鉴于此，本研究进一步针对铅锌矿区镉污染问题，研究混种黑麦草和三叶草对假繁缕镉积累的影响，为镉污染区的生态修复提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试植物为假繁缕、黑麦草、三叶草。假繁缕幼苗于2015年2月取自四川省汉源县团宝山铅锌矿(29°28′10″N，102°51′30″E)，该矿山平均海拔2 711.5m，年均温度4.3℃，年降雨量3 869mm，年均蒸发量1 421mm，年均日照时数1 381.4h。黑麦草及三叶草种子购于市场。

土壤于2015年2月取自团宝山铅锌矿，黄棕壤土，其镉全量为396.43 mg/kg。

1.2 试验设计

试验于2015年2～6月四川农业大学雅安校区农场(29°59′N,102°59′E)进行。2015年2月，将假繁缕幼苗种植于四川农业大学雅安校区农场农田中，黑麦草和三叶草种子直接播种于四川农业大学雅安校区农场农田进行育苗。将供试土壤风干、压碎，用21cm×20cm(直径×高)塑料盆装入过6.72mm(3目)筛的风干土3.0kg。

2015年4月，将假繁缕、黑麦草及三叶草幼苗(高约3cm，2片真叶展开)分别按照假繁缕单作、黑麦草单作、三叶草单作、假繁缕混种黑麦草、假繁缕混种三叶草、三种植物混种的方式种植于盆中。单重每盆种植植物6株，两种植物混种的每盆种植每种植物各3株，三种植物混种的每盆种植每种植物各2株，每个处理重复6次。盆与盆之间的距离为15cm，完全随机摆放。在整个生长过程中不定期的交换盆与盆的位置以减弱边际效应的影响，并及时去除杂草，防治病虫害。

种植两个月(2015年6月)后，将植物收获，用自来水将泥土洗净后，再用去离子水反复冲洗，于110℃杀青15 min，75℃烘干至衡重，称重，粉碎，过100目筛。称取0.500 g植物样品，加入硝酸-高氯酸(体积比为4∶1)放置12 h后消化至溶液透明，过滤，定容至50 mL，用原子吸收分光光度计进行镉含量[12]。

1.3 数据分析

采用SPSS 13.0进行统计分析(Duncan新复极差法进行多重比较)。

2 结果与分析

2.1 混种对三种植物生物量的影响

从表1可以看出，与假繁缕单种相比，混种三叶草后，假繁缕茎秆、叶片和地上部分的生物量都有所提高，而混种黑麦草以及三种植物混种的假繁缕茎秆、叶片和地上部分的生物量都有所降低。混种三叶草后，假繁缕茎秆、叶片和地上部分的生物量分别较单种提高了30.08%(P<0.05)、14.25%(P<0.05)和20.39%(P<0.05)。混种黑麦草以及三种植物混种的假繁缕茎秆生物量分别较单种降低了49.79%(P<0.05)和16.31%(P<0.05)，叶片生物量分别降低了44.76%(P<0.05)和24.73%(P<0.05)，地上部分生物量分别降低了46.79%(P<0.05)和21.55%(P<0.05)。由此可知，与三叶草混种的措施可有效提高假繁缕的生物量，而与黑麦草混种则会抑制假繁缕的生长。就抗性系数而言，只有与三叶草混种后，假繁缕的抗性系数得到了提高，为1.204，而其他混种处理的抗性系数均小于1，说明了三叶草可提高假繁缕对镉的抗性。

表1 混种对三种植物生物量的影响Tab.1 Effects of intercropping on biomass of three plants species

从表1还可以看出，与黑麦草单种相比，混种假繁缕及三种植物混种的黑麦草茎秆、叶片和地上部分的生物量都有显著提高(P<0.05)。混种假繁缕后，黑麦草茎秆、叶片和地上部分的生物量较单种分别提高了131.13%、35.47%和71.26%；三种植物混种后，黑麦草茎秆、叶片和地上部分的生物量较单种分别提高了242.25%、129.30%和171.56%。可见，混种可促进黑麦草生长，其中三种植物混种的促进作用最好。就抗性系数而言，混种假繁缕及三种植物混种的黑麦草抗性系数都得到了提高，分别达到1.713和2.716，说明三种植物混种提高黑麦草对镉的抗性效果优于黑麦草仅与假繁缕混种。

就三叶草而言，单种相比，混种假繁缕及三种植物混种的三叶草茎秆、叶片和地上部分的生物量都发生了显著的降低(P<0.05)。混种假繁缕后，三叶草茎秆、叶片和整个地上部分的生物量较单种分别减少了26.92%、4.80%和13.85%；三种植物混种后，三叶草茎秆、叶片和整个地上部分的生物量较单种分别减少了56.28%、40.85%和47.12%，因而混种也能促进了三叶草的生长。此外，混种假繁缕及三种植物混种后，三叶草的抗性系数都有一定程度的下降，分别为0.861和0.529，说明三种植物混种对降低三叶草对镉的抗性的影响要大于三叶草混种假繁缕。

综上，假繁缕混种黑麦草抑制了假繁缕的生长，但促进了黑麦草的生长；假繁缕混种三叶草促进了假繁缕的生长，但抑制了三叶草的生长；三种植物混种则抑制了假繁缕和三叶草的生长，促进了黑麦草的生长。

2.2 混种对三种植物镉含量的影响

从表2可知，与假繁缕单种相比，混种三叶草后，假繁缕茎秆镉含量有所降低，但不显著(P>0.05)；假繁缕的叶片及地上部分镉含量分别提高了20.00%(P<0.05)和10.70%(P<0.05)。混种黑麦草和三种植物混种的假繁缕茎秆镉含量分别较其单种降低了17.77%(P<0.05)和29.38%(P<0.05)，叶片镉含量降低了24.52%(P<0.05)和20.48%(P<0.05)，地上部分镉含量降低了28.20%(P<0.05)和31.82%(P<0.05)。因而混种三叶草能有效提高假繁缕地上部对镉的富集能力，而混种黑麦草及三种植物混种则抑制了假繁缕地上部分对镉的富集。

就黑麦草单种而言，混种假繁缕及三种植物混种均显著降低了黑麦草叶片镉含量(P<0.05)，分别较其单种降低了16.08%和22.22%，但对黑麦草茎秆和地上部分镉含量的影响则不显著(P>0.05)，说明混种假繁缕及三种植物混种并没有对黑麦草地上部分的镉富集能力产生显著影响。

表2 混种对三种植物镉含量的影响Tab.2 Effects of intercropping on cadmium content of three plants species (mg/kg)

由表2还可以看出，相对于三叶草单种，混种假繁缕显著提高了三叶草叶片和地上部分的镉含量(P<0.05)，分别较单种提高了24.83%(P<0.05)和17.32%(P<0.05)，而茎秆镉含量的差异不显著。三种植物混种的三叶草的茎秆、叶片、地上部分镉含量分别较三叶草单种提高了27.46%(P<0.05)、17.38%(P<0.05)和21.10%(P<0.05)。由此可知，混种假繁缕和三种植物混种均能有效提三叶草地上部分对镉的富集能力。

综上，假繁缕混种黑麦草均抑制了两者的镉吸收，但假繁缕混种三叶草促进了两者的镉吸收；三种植物混种则抑制了假繁缕和黑麦草的镉吸收，促进了三叶草的镉吸收。

2.3 混种对三种植物单株镉积累量的影响

植物体内的重金属含量和积累量是评价植物修复效果好坏的最直接指标，而植物体内的重金属积累量与植物的重金属含量和生物量成正相关[13-14]。由表3可知，与假繁缕单种相比，混种黑麦草和三种植物混种均显著降低了假繁缕单株茎秆、叶片和地上部分的镉积累量(P<0.05)，其中混种黑麦草较单种分别降低了58.79%、58.40%和58.55%，三种植物混种则分别降低了40.95%、40.16%和40.47%。混种三叶草的假繁缕单株茎秆、叶片和地上部分镉积累量则较假繁缕单种分别提高了26.88%(P<0.05)、37.12%(P<0.05)和33.14%(P<0.05)。由此可知，混种三叶草对假繁缕单株镉积累量有促进作用，而混种黑麦草则有抑制作用，说明混种三叶草能够使假繁缕得地上部分富集更多的镉，进而提高其富集效率。

表3 混种对三种植物单株镉积累量的影响Tab.3 Effects of intercropping on cadmium accumulation of single plant of three plants species (μg/株)

由表3可知，相对于黑麦草单种，混种假繁缕、三种植物混种均提高了黑麦草单株茎秆、叶片和地上部分的镉积累量，其中混种假繁缕分别较黑麦草单种提高了118.18%(P<0.05)、13.67%(P>0.05)和69.82%(P<0.05)，三种植物混种则分别提高了242.51%(P<0.05)、78.29%(P<0.05)和166.53%(P<0.05)。这说明混种假繁缕、三种植物混种均能显著提高黑麦草单株地上部分镉积累量，有效促进黑麦草地上部对镉的积累，提高修复效率。

对比三叶草单种和其混种处理发现(表3)，三种植物混种后，三叶草茎秆、叶片和地上部分的单株镉积累量分别较单种降低了44.32%(P<0.05)、30.56%(P<0.05)和35.98%(P<0.05)。混种假繁缕后，三叶草的单株茎秆镉积累量较单种降低了26.10%(P<0.05)，但叶片镉积累量则升高了18.77%(P<0.05)，而地上部分镉积累量差异不显著。这说明混种假繁缕对三叶草地上部分修复镉污染的效率影响较小，而三种植物混种则抑制了三叶草地上部分对镉的积累，不利于其对镉污染土壤的修复。

综上，假繁缕混种黑麦草抑制了假繁缕的镉积累，但促进了黑麦草的镉积累；假繁缕混种三叶草促进了两者的镉积累；三种植物混种则抑制了假繁缕和三叶草的镉积累，促进了黑麦草的镉积累。

2.4 混种对三种植物单盆镉积累量的影响

将每盆中所有植物的镉积累量综合计算，其单盆植物镉积累量结果如表4所示。从表4可知，不同的种植方式对每盆所有植株镉积累总量的影响各异，每盆所有植株地上部分镉积累总量的大小顺序为：三种植物混种>黑麦草单种>假繁缕混种黑麦草>三叶草单种>假繁缕混种三叶草>假繁缕单种。三种植物混种后的每盆地上部分镉积累总量显著高于其它处理(P<0.05)，达到492.39μg/盆，比假繁缕单种高出702.59%，比黑麦草单种高出7.89%，比三叶草单种高出40.63%。假繁缕单种的地上部分镉积累总量最低，仅为61.35μg/盆。可见，假繁缕、黑麦草和三叶草三种植物混种对镉污染土壤的植物提取修复效果最佳。

表4 混种对三种植物单盆镉积累的影响Tab.4 Effects of intercropping on cadmium accumulation of single pot of three plants species (μg/盆)

3 结 论

假繁缕混种黑麦草抑制了假繁缕的生长，降低了假繁缕的镉含量和镉积累量，但促进了黑麦草的生长，增加了黑麦草的镉积累量。假繁缕混种三叶草促进了假繁缕的生长，增加了假繁缕的镉积累量，但抑制了三叶草的生长，增加了三叶草的镉积累量。三种植物混种降低了假繁缕和三叶草的生物量及镉积累量，促进了黑麦草的生长，增加了黑麦草的镉积累量。就单盆中所有植物的镉积累量而言，其大小顺序为：三种植物混种>黑麦草单种>假繁缕混种黑麦草>三叶草单种>假繁缕混种三叶草>假繁缕单种。因此，三种植物混种的镉提取效果表现最好。为将研究成果应用于实际生产，可在此基础上，进一步进行小区试验和大田试验，从而验证盆栽试验的实际应用效果，为实地土壤镉污染修复奠定基础。

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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

雅安市重点科技计划项目(S1430305)。

王兴伟(1981-)，男，四川仪陇人，2005年毕业于四川农业大学环境工程专业，工程师，主要从事环境监测及土壤修复研究。

X173

A

1001-3644(2017)02-0001-06