混种黑麦草和三叶草对假繁缕铬、铜及镍积累的影响

王兴伟， 刘子芳， 赵 兵， 黄忠胜

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

0 引言

近年来，农田土壤的重金属污染越来越严重，致使作物产量降低、品质下降[1-2]，就镉污染而言，据报道，我国镉污染土壤面积已达到20万km2，占耕地总面积的1/6[3]。因此，重金属污染急需治理。植物修复技术指利用植物吸收、挥发或固定土壤中的重金属，降低其含量或有效态含量，减低其对生物的危害，作为一种高效生物修复途径已被科学界和政府部门认识和选用[4-5]。美国及其他国家的重金属植物修复技术已用于修复多处污染场所[6]。在重金属污染条件下，不同植物物种间（混）种对重金属元素的吸收影响主要集中在根际环境中，植物可通过信号反馈分泌有机酸与重金属形成可溶性络合物而抑制重金属的跨膜运输，降低重金属的生物有效性，减少其对植物的伤害[7-8]。现今关于混种植株体内重金属的积累情况，研究的多是一种重金属，而在实际生产中，需要修复的土壤多是2种或以上重金属复合污染，但是在2种或以上重金属复合污染下，在混种植株体内重金属的积累情况，混种植株在不同生育期内，重金属在植株体内的积累和分布研究还少有报道[9-10]。

本研究以假繁缕（Pseudostellaria maximowicziana）[11]、黑麦草（Lolium perenne）[12]及三叶草（Trifolium pratense）[13]为材料，将假繁缕分别混种黑麦草和三叶草，并将其种植在铬、铜及镍混合污染的土壤上，以期能够筛选出提高假繁缕修复效率的混种方式，为重金属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 2 711.5 m，年均温度4.3℃，年降雨量3 869 mm，年均蒸发量1 421 mm，年均日照时数1 381.4 h。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ω（铬）为 254.72 mg/kg，ω（铜）为 84.56 mg/kg，ω（镍）为 214.69 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21 cm×20 cm（直径×高）塑料盆装入过6.72 mm（3目）筛的风干土 3.0 kg。

2015年4月，将假繁缕、黑麦草及三叶草幼苗（高约3 cm，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、3种植物混种的方式种植于盆中。单重每盆种植植物6株，2种植物混种的每盆种植每种植物各3株，3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15 cm，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2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0.149 mm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铬、铜及镍含量，并计算积累量[14]。

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 结果与讨论

2.1 混种对3种植物重金属积累量的影响

2.1.1 混种对假繁缕重金属积累量的影响

混种对假繁缕重金属的影响见图1。

图1 混种对假繁缕重金属积累量的影响

由图1可以看出，混种三叶草提高了假繁缕茎秆、叶片以及地上部分的铬积累量，分别较假繁缕单种提高了49.57%（P＜0.05），53.88%（P＜0.05） 和52.38%（P＜0.05）。混种黑麦草和3种植物混种则均降低了假繁缕茎秆、叶片以及地上部分的铬积累量（P＜0.05）。假繁缕的茎秆、叶片及地上部分铬积累量的大小顺序均为：假繁缕 （混种三叶草）＞假繁缕（单种）＞假繁缕（3种植物混种）＞假繁缕（混种黑麦草）。就铜积累量而言，混种三叶草提高了假繁缕茎秆、叶片以及地上部分的铜积累量，分别较假繁缕单种提高了 48.34%%（P＜0.05），64.99%（P＜0.05）和59.11%（P＜0.05）。混种黑麦草和三种植物混种则均降低了假繁缕茎秆、叶片及地上部分的铜积累量（P＜0.05）。假繁缕的茎秆、叶片和地上部分铜积累量的大小顺序均为：假繁缕 （混种三叶草）＞假繁缕（单种）＞假繁缕（3种植物混种）＞假繁缕（混种黑麦草）。与铬和铜的积累量一致，假繁缕的茎秆、叶片及地上部分镍积累量的大小顺序均为：假繁缕（混种三叶草）＞假繁缕（单种）＞假繁缕（3种植物混种）＞假繁缕（混种黑麦草）。

2.1.2 混种对黑麦草重金属积累量的影响

混种对黑麦草重金属积累量的影响见图2。由图2可以看出，混种假繁缕和3种植物混种均显著提高了黑麦草的茎秆和地上部分的铬积累量 （P＜0.05），但仅3种植物混种显著提高了黑麦草叶片的铬积累量（P＜0.05），混种假繁缕则显著降低了黑麦草叶片的铬积累量（P＜0.05）。黑麦草茎秆铬积累量的大小顺序为：黑麦草（混种假繁缕）＞黑麦草（3种植物混种）＞黑麦草（单种），叶片铬积累量的大小顺序为：黑麦草（3种植物混种）＞黑麦草（单种）＞黑麦草（混种假繁缕），地上部分铬积累量的大小顺序为：黑麦草（3种植物混种）＞黑麦草（混种假繁缕）＞黑麦草（单种）。与铬积累量不同，混种假繁缕与3种植物混种均显著提高黑麦草茎秆、叶片和地上部分的铜积累量（P＜0.05），其大小顺序均为：黑麦（3种植物混种）＞黑麦草（混种假繁缕）＞黑麦草（单种）。就镍积累量而言，混种假繁缕与植物混种也显著提高黑麦草茎秆、叶片和地上部分的镍积累量（P＜0.05），其大小顺序均为：黑麦（3种植物混种）＞黑麦草（混种假繁缕）＞黑麦草（单种）。

图2 混种对黑麦草重金属积累量的影响

2.1.3 混种对三叶草重金属积累量的影响

混种对三叶草重金属积累量的影响见图3。由图3可以看出，混种假繁缕和3种植物混种均显著降低了三叶草的茎秆、叶片和地上部分的铬积累量（P＜0.05），其大小顺序为三叶草（单种）＞三叶草（混种假繁缕）＞三叶草（3种植物混种）。混种对三叶草铜积累量的表现与铬积累量一致，即大小顺序均为三叶草（单种）＞三叶草（混种假繁缕）＞三叶草（3种植物混种）。从镍积累量来看，混种假繁缕显著降低了三叶草茎秆的镍积累量（P＜0.05），但显著提高了三叶草叶片和地上部分的镍积累量（P＜0.05）。3植物混种则显著降低了三叶草茎秆、叶片和地上部分的镍积累量（P＜0.05）。三叶草茎秆、叶片和地上部分的镍积累量的大小顺序均为：三叶草 （混种假繁缕）＞三叶草（单种）＞三叶草（3种植物混种）。

图3 混种对三叶草重金属积累量的影响

2.2 不同种植方式对重金属积累总量的影响

2.2.1 不同种植方式铬积累总量的影响

不同种植方式铬积累总量的影响见图4。由图4可见，假繁缕混种三叶草的单盆茎秆铬积累总量分别介于假繁缕（单种）和三叶草（单种）之间。3种植物混种的单盆茎秆铬积累总量分别介于3种植物各自单种，只有假繁缕混种黑麦草的单盆茎秆铬积累总量高于各自的单种（P＜0.05），达到了83.34μg/盆，较假繁缕（单种）和黑麦草（单种）分别提高了1092.27%（P＜0.05）和 96.26%（P＜ 0.05）。假繁缕混种黑麦草和3种植物混种的单盆叶片和地上部分的铬积累总量介于假繁缕（单种）和黑麦草（单种）之间，假繁缕混种三叶草的单盆叶片和地上部分的铬积累总量也介于各自的单种之间。

图4 不同种植方式对铬积累总量的影响

2.2.2 不同种植方式对铜积累总量的影响

不同种植方式对铜积累总量的影响见图5。由图5可见，假繁缕混种黑麦草的单盆茎秆铜积累总量高于各自的单种，达到了43.46μg/盆。假繁缕混种三叶草的单盆茎秆铜积累总量介于各自的单种之间，3种植物混种的单盆茎秆铜积累总量也高于3种植物各自的单种，达到了44.40μg/盆。假繁缕混种黑麦草和3种植物混种的单盆叶片的铜积累总量介于假繁缕（单种）和黑麦草（单种）之间，假繁缕混种三叶草的单盆叶片的铜积累总量也介于各自单种之间。假繁缕混种黑麦草和假繁缕混种三叶草的单盆地上部分的铜积累总量均介于各自单种之间，而3种植物混种的单盆地上部分的铜积累总量则高于是这3种植物各自单种的量，达到了109.29μg/盆，分别较假繁缕（单种）、黑麦草（单种）和三叶草（单种） 提高了 137.32%（P＜ 0.05）、3.81%（P＜0.05）和11.85%（P＜0.05）。

图5 不同种植方式对铜积累总量的影响

图6 不同种植方式对镍积累总量的影响

2.2.3 不同种植方式对镍积累总量的影响

不同种植方式对镍积累总量的影响见图6。由图6可见，假繁缕混种黑麦草和3种植物混种的单盆茎秆、叶片和地上部分的镍积累总量均介于假繁缕（单种）和黑麦草（单种）之间，假繁缕混种三叶草的单盆茎秆、叶片和地上部分的镍积累量也介于各自单种之间。

3 结论

混种三叶草能够显著提高假繁缕茎秆、叶片和地上部分的铬、铜、镍积累量，但混种黑麦草和3种植物混种则降低了假繁缕的重金属积累量。混种假繁缕和3种植物混种能够提高黑麦草地上部分的铬、铜、镍积累量，但降低了三叶草地上部分的铬、铜积累量。混种假繁缕提高了三叶草地上部分镍积累量，但3种植物混种降低了三叶草地上部分镍积累量。假繁缕混种黑麦草的单盆茎秆铬积累总量高于各自的单种，假繁缕混种黑麦草的单盆茎秆铜积累总量高于各自的单种，3种植物混种的单盆茎秆和地上部分铜积累总量均高于3种植物各自的单种。