不同植物与芥菜间作对芥菜土壤镉含量的影响

邱孝煊 方守玲 陈孔长 林金美 黄东风 李昱 王利民

摘 要：為探讨Cd富集植物与蔬菜间作对蔬菜土壤Cd含量效应，筛选能降低蔬菜土壤镉污染的间作组合。选择Cd高富集印度芥菜及同属的油菜（6个品种）、在Cd中度污染的土壤进行与芥菜间作田间试验，通过间作对植株生物量以及植株土壤Cd含量和根系土壤微环境影响评价。结果表明：印度芥菜、荚荚多腊菜生物量比较小，姜山金黄等5种油菜生物量比较大;间作不同植物对芥菜产量没有显著影响。参试植物Cd含量以及对土壤Cd提取量、富集系数的影响表现为印度芥菜>芥菜型油菜>甘蓝型油菜>白菜型油菜>单种芥菜。对土壤Cd提取率影响大小表现为间作印度芥菜>间作芥菜型油菜>间作甘蓝型油菜>间作白菜型油菜>单种芥菜。不同处理之间土壤pH值、氧离子交换量差别不大。印度芥菜与芥菜间作，当季土壤镉含量下降;其他组合之间当季土壤Cd含量差别不大。芥菜间作不同植物后其Cd含量有升有降。总之，芥菜与印度芥菜间作降低当季土壤Cd含量，与姜山金黄油菜、三月黄油菜、中油828油菜间作降低其地上部Cd含量。

关键词：油菜;印度芥菜;芥菜;间作;土壤;镉

中图分类号：X 322   文献标志码：A   文章编号：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，国内外针对受重金属污染土壤的修复方法主要有物理、化学、生物和工程等措施。但是大多数修复措施由于成本高、时间长、容易造成二次污染，实际应用受到限制。植物提取技术成本低、不造成二次污染 ，但现在发现的许多重金属超积累植物生长缓慢，植株矮小，地上部生物量小，单种修复耗时长与耕地有限相矛盾。间作是我国传统的精耕细作的农业生产方式，选择合适的植物种类进行间作，有望提高土壤重金属污染治理的效率，同时收获安全的农产品，是今后的研究方向。目前，间套作研究多在试验阶段，研发最佳间作模式、并有效应用于土壤重金属污染防治，尚需大量的工作。前人研究表明间作对另一方植物重金属吸收积累影响是增加或降低或持平[1，3，5-27]。判断间作植物对对方植物Cd累积量的影响程度，还有待于进一步试验探究。科研人员研究发现间作可以提高对土壤净化率或能降低土壤Cd全量、有效态Cd含量

[1-3]。陈秀玲等[4-7]围绕养分竞争吸收、土壤微环境对间作植物吸收积累重金属的影响做了有益探讨，但深层次机理问题还有待深入研究。印度芥菜是已发现的重金属超累积植物之一，油菜是与印度芥菜同属的重要油料作物，榨油后废料不直接进入食物链。王激情等[1]研究油菜与印度芥菜、玉米、黑麦草、紫云英、蔬菜等间作后，发现这些植物对重金属的吸收积累或提高或降低或持平，原因未见报道。目前还未见针对蔬菜与油菜（系列品种）间作对蔬菜-土壤Cd污染效应进行系统研究的报道。本研究选择Cd高富集印度芥菜及同属的油菜（6个品种）、在Cd中度污染的土壤布置与芥菜间作田间试验，为探讨Cd富集植物与蔬菜间作对蔬菜-土壤Cd含量效应，筛选能降低蔬菜-土壤镉污染的油菜等植物与芥菜间作组合，为丰富重金属污染修复理论、指导农业生产提供参考依据。

1 材料與方法

1.1 供试土壤

试验土壤pH值5.69，有机质2.94%，阳离子交换量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，缓效钾179.2 mg·kg-1，速效钾168.6 mg·kg-1，全Cd 1.012 mg·kg-1，有效态Cd 0.451 mg·kg-1。

1.2 供试植物

经济作物芥菜，间作植物印度芥菜（宿迁市沭阳县新河种子经营部提供）、荚荚多腊菜（芥菜型、绵阳市涪城区正新种子经营部提供）、姜山金黄油菜（芥菜型、绵阳市全新种业有限公司提供）、三月黄油菜（白菜型、河南驻优种业有限公司提供），秦油2号油菜、超级美国王、中油828等3种油菜（均为甘蓝型、河南驻优种业有限公司提供）。

1.3 试验设计

试验设8个处理，即单种芥菜（CK），印度芥菜、荚荚多腊菜、姜山金黄油菜、三月黄油菜、秦油2号油菜、超级美国王油菜、中油828油菜分别与芥菜按行比1∶1间作。 畦面宽90 cm，沟宽60 cm。畦面上种2行植物，单种芥菜区（CK）2行都种芥菜，其余处理按1行芥菜1行间作植物平行种植。株行距30 cm×35 cm，小区面积20 m2，重复3次，随机区组排列。2020年10月16播种，2021年1月29日收获。基肥用商品有机肥6 000 kg·hm-2、复合肥450 kg·hm-2，结合耕翻整地深施。追肥2次，分别是定苗肥尿素75 kg·hm-2、苗后期复合肥150 kg·hm-2。其他田间管理措施一样。

1.4 检测项目与方法

试验前取基础土样检测土壤有关理化性质、全量Cd、有效态Cd，试验结束取植株、土壤3个重复混合样品进行检测，植株Cd检测依据DZ/T 0253.1-2014 《生态地球化学评价动植物样品分析方法 第1部分：锂、硼、钒等19个元素量的测定 电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法》进行，土壤pH检测依据NY/T 1121.2-2006 《土壤检测第二部分：土壤pH测定》进行，土壤有机质检测依据NY/T 1121.6-2006 《土壤检测 第6部分：土壤有机质的测定》进行，全氮检测依据NY/T 1121.24-2012《土壤检测第24部分：土壤全氮的测定自动定氮仪法》进行，全磷检测依据NY/T 88-1988《土壤和沉积物无机元素的测定 波长色散X射线荧光光谱法》进行，全氮检测依据NY/T 87-1988 《土壤全钾测定法》进行，水解性氮检测依据土壤分析技术规范（第二版）第七章土壤氮的测定进行，土壤有效磷检测依据NY/T 1121.7-2014《土壤检测 第7部分 土壤有效磷的测定》进行，缓效K和速效K检测均依据NY/T 889-2004《土壤缓效K和速效K含量的测定》进行，全量Cd检测依据HJ 803-2016《土壤和沉积物12种金属元素的测定王水提取电感耦合等离子体质谱法》进行，有效态Cd检测依据HJ 804-2016 《土壤8种有效态元素的测定 二乙烯三胺五乙酸浸提电感耦合等离子体发射光谱法》进行，阳离子交换量检测依据NY/T 1121.5-2006《土壤检测 第5部分：石灰性土壤阳离子交换量的测定》进行。

1.5 数据处理

试验数据采用SPSS统计软件进行统计分析，采用Excel做表图。富集系数=植株地上部含Cd量/土壤含Cd量，土壤Cd提取率=每小区植物总吸Cd量/每小区土壤Cd总量×100%

2 结果与分析

2.1 不同间作植物生物量以及间作对芥菜产量的影响

由表1可知，印度芥菜、荚荚多腊菜生物量较小，姜山金黄油菜、三月黄油菜、秦油2号油菜、超级美国王油菜、中油828油菜生物量比较大。芥菜与油菜（印度芥菜）间作，由于种植间作植物占用了一半面积 ，比单种芥菜的产量显著降低。不同油菜（印度芥菜）与芥菜间作处理间芥菜产量未达显著差异水平。

2.2 不同间作植物Cd含量以及间作对芥菜Cd含量影响

由表2可知，与芥菜间作的7种植物地上部Cd含量大小比较为印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黄油菜>荚荚多腊菜）>甘蓝型油菜（超级美国王油菜>中油828油菜>秦油2号油菜）>白菜型油菜（三月黄油菜）。印度芥菜是目前公认的重金属超累积植物，本试验结果表明芥菜型油菜（姜山金黄油菜、荚荚多腊菜）Cd含量是印度芥菜的46.06%～48.43%、甘蓝型油菜（超级美国王油菜、中油828油菜、秦油2号油菜）Cd含量是印度芥菜的24.80%～28.00%、白菜型油菜（三月黄油菜）Cd含量是印度芥菜的21.31%。间作7种植物地上部Cd含量均比单种芥菜高20.0%～464.4%。芥菜与印度芥菜、荚荚多腊菜、秦油2号油菜、超级美国王油菜间作的比单种芥菜Cd含量分别提高42.2%、57.8%、46.4%、24.4%，芥菜与姜山金黄油菜、三月黄油菜、中油828油菜间作比单种芥菜Cd含量分别下降6.7%、4.4%、13.3%。

2.3 不同间作植物对土壤Cd提取量以及间作对芥菜Cd提取量影响

由表3可知，不同间作植物对土壤Cd提取量的影响表现为印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黄油菜>荚荚多腊菜）>甘蓝型油菜（超级美国王油菜>中油828油菜>秦油2号油菜）>白菜型油菜（三月黄油菜）。与印度芥菜对土壤Cd提取量比较，芥菜型油菜（姜山金黄油菜、荚荚多腊菜）对土壤Cd提取量是印度芥菜的47.94%～63.08%、甘蓝型油菜（超级美国王油菜、中油828油菜、秦油2号油菜）对土壤Cd提取量是印度芥菜的31.47%～36.79%、白菜型油菜（三月黄油菜）对土壤Cd提取量是印度芥菜的34.41%。芥菜与印度芥菜、荚荚多腊菜、秦油2号油菜、超级美国王油菜间作比单种芥菜对土壤Cd提取量高6.43%～30.00%，芥菜与姜山金黄油菜、三月黄油菜、中油828油菜间作比单种芥菜对土壤Cd提取量降低21.84%～34.53%。不同处理总提取量大小表现为印度芥菜+芥菜>姜山金黄油菜+芥菜>荚荚多腊菜+芥菜>超级美国王油菜+芥菜>秦油2号油菜+芥菜>中油828+芥菜>三月黄油菜+芥菜>单种芥菜。

2.4 不同植物与芥菜间作对土壤Cd提取率与根际土壤微环境影响

由表4可知，不同处理对土壤Cd提取率为0.064%～0.186%，不同处理对土壤Cd提取率的影响表现为印度芥菜+芥菜>姜山金黄油菜+芥菜>荚荚多腊菜+芥菜>超级美国王油菜+芥菜>秦油2号油菜+芥菜>中油828油菜+芥菜>三月黄油菜+芥菜>单种芥菜（对照）。与印度芥菜+芥菜对土壤Cd提取率比较，芥菜型油菜（姜山金黄油菜、荚荚多腊菜）+芥菜对土壤Cd提取率是印度芥菜+芥菜的55.38%～59.14%、甘蓝型油菜（超级美国王油菜、中油828油菜、秦油2号油菜）+芥菜对土壤Cd提取率是印度芥菜+芥菜的39.78%～47.85%、白菜型油菜（三月黄油菜）+芥菜對土壤Cd提取率是印度芥菜+芥菜的37.63%。由于不同处理对土壤Cd提取率均较低，多数间作组合对土壤Cd含量的影响不大，只有印度芥菜与芥菜间作处理土壤全量Cd、有效Cd含量下降较明显。从根际土壤微环境方面看，不同处理间土壤pH和阳离子交换量的差别不大。

2.5 不同植物对土壤Cd富集系数以及间作对芥菜Cd富集系数的影响

富集系数表征植物对土壤重金属累积能力，代表土壤重金属向植物迁移的难易程度。由表5可知，间作植物对土壤Cd富集系数的影响表现为印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黄油菜>荚荚多腊菜）>甘蓝型油菜（超级美国王油菜>秦油2号油菜、中油828油菜）>白菜型油菜（三月黄油菜）。与单种芥菜对照比较，芥菜间作不同植物后对Cd的富集系数影响不同，其中与荚荚多腊菜、秦油2号油菜、印度芥菜、超级美国王油菜间作的芥菜富集系数提高，与中油828油菜、姜山金黄油菜、三月黄油菜间作的芥菜Cd富集系数下降。

3 讨论与结论

3.1 间作对芥菜Cd含量的影响

有关研究表明间作对双方植株重金属累积影响是：（1）提高一方对重金属的吸收积累，降低另一方的重金属吸收积累;（2）促进双方对重金属的吸收积累;（3）同时降低双方对重金属的吸收积累;（4）增加或降低一方的重金属吸收积累，但对另一方重金属吸收积累却无显著影响[8]。间作重金属富集植物对对方植株Cd吸收累积影响有3种可能，如杨晖等[9]报道间作鸡眼草显著或极显著降低番茄、白菜、卷心菜可食部位对Cd的积累，提高油冬菜和花椰菜可食部位对重金属的积累;王京文等[10]报道丝瓜间作伴矿景天提高了丝瓜对重金属的积累，而居述云[11]等则报道小麦-茄子间作伴矿景天降低了小麦及后茬茄子的重金属污染风险;向言词[12]等报道间作时芥菜型油菜和甘蓝型油菜的地上部和根部镉和铅的含量显著降低;黑麦草和紫云英的地上部镉和铅含量增加不显著。由于Cd在土壤-植物系统中迁移转化的影响因素太多，到目前为止间作影响双方对重金属累积的机理还没有完全研究明白，要寻找各种间作最佳模式只能通过试验。本试验结果表明印度芥菜、荚荚多腊菜、秦油2号、超级美国王油菜与芥菜间作提高了芥菜地上部Cd含量，分别提高42.2%、57.8%、46.4%、24.4%，这与王激情等[1，5，7-10，13-23]研究结果相似;姜山金黄油菜、三月黄油菜、中油828油菜等与芥菜间作降低了芥菜地上部Cd含量，分别下降6.7%、4.4%、13.3%;这与李丹丹等[3，6，8-9，11-12，17-27]研究结果相似。说明姜山金黄油菜、三月黄油菜、中油828油菜等与芥菜间作提高了芥菜食用安全性，这3种间作模式有一定的实用意义，原因有待进一步深入研究。

3.2 间作对土壤Cd含量的影响

间作重金属富集植物后，当季土壤Cd含量是否有明显降低，取决于植物对土壤Cd提取量、提取率的大小;土壤Cd提取量、提取率是与植株含Cd量、植物生物量成正比。本试验结果表明参试的间作植物含Cd量为0.054～0.254 mg·kg-1，芥菜含Cd量为0.039～0.071 mg·kg-1;参试间作植物含Cd量大小表现为印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黄油菜>荚荚多腊菜）>甘蓝型油菜（超级美国王>中油828>秦油2号）>白菜型油菜（三月黄）>单种芥菜。印度芥菜是目前公认的重金属超累积植物之一，本试验结果表明油菜Cd含量是印度芥菜的21.30%～48.43%。油菜（印度芥菜）地上部生物量为1.495～2.21 kg·m-2，间作植物印度芥菜、荚荚多腊菜生物量较小，姜山金黄油菜、三月黄油菜、秦油2号油菜、超级美国王油菜、中油828油菜等生物量较大，芥菜与不同油菜（印度芥菜）间作处理间产量差异未达显著水平。经统计本试验土壤Cd总提取量为0.169 4～0.488 5 mg·m-2、提取率为0.064%～0.186%。不同处理提取率大小表现为印度芥菜+芥菜>姜山金黄油菜+芥菜>菜荚荚多腊菜+芥菜>超级美国王油菜+芥菜>秦油2号油菜+芥菜>中油828油菜+芥菜>三月黄油菜+芥菜>单种芥菜。油菜和芥菜间作对土壤Cd提取率是印度芥菜和芥菜间作的37.63%～59.14%。芥菜和印度芥菜间作当季土壤镉含量下降11.05%，对修复土壤Cd污染有一定效果，这与王激情等[1]、霍文敏等[2]、李丹丹等[3]研究结果相似。其他处理的土壤Cd含量差别不明显，这可能是因为各处理的提取率都比较低。

3.3 间作条件下对土壤-植物系统Cd迁移转化的影响

影响土壤重金属向植物迁移的因素有3个方面，即根际土壤微环境（土壤pH值、Eh、CEC、DOC等）和植物遗传特性、养分竞争吸收。本研究只对根际土壤微环境中的pH值、CEC等进行比较，结果表明不同处理间根际土壤pH和阳离子交换量的差别不大。富集系数表征植物对土壤重金属累积能力，代表土壤重金属向植物迁移的难易程度。本研究结果表明参试植物 Cd富集系数大小表现为印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黄油菜>荚荚多腊菜）>甘蓝型油菜（超级美国王油菜>秦油2号、中油828油菜）>白菜型油菜（三月黄油菜）>单种芥菜，说明参试植物中对土壤Cd向植物累积迁移能力的影响印度芥菜最强，油菜次之，芥菜最弱。本试验7种间作植物与芥菜间作后芥菜富集系数有升、有降。与向言词[12]报道间作后芥菜型油菜和甘蓝型油菜的地上部和根部的镉和铅的生物富集系数显著下降， 黑麦草和紫云英的地上部的镉和铅的生物富集系数变化不显著结果有同有异。说明与不同植物间作后芥菜对土壤Cd的累积迁移能力有的提高、有的下降，其中与荚荚多腊菜、秦油2号油菜、印度芥菜、超级美国油菜王间作的芥菜对土壤Cd累积迁移能力提高、与其他油菜间作的芥菜对土壤的Cd累积迁移能力下降。

综上所述，参试间作植物含Cd量大小表现为印度芥菜>芥菜型油菜（姜山金黄油菜>荚荚多腊菜）>甘蓝型油菜（超级美国王油菜>中油828油菜>秦油2号油菜）>白菜型油菜（三月黄油菜）>单种芥菜。油菜Cd含量是印度芥菜的21.30%～48.43%。印度芥菜、荚荚多腊菜、秦油2号油菜、超级美国王油菜与芥菜间作提高了芥菜地上部Cd含量;姜山金黄油菜、三月黄油菜、中油828油菜等与芥菜间作降低了芥菜地上部Cd含量。不同处理对土壤Cd提取率的影响表现为印度芥菜+芥菜>姜山金黄油菜+芥菜>菜荚荚多腊菜+芥菜>超级美国王油菜+芥菜>秦油2号油菜+芥菜>中油828油菜+芥菜>三月黄油菜+芥菜>单种芥菜。油菜和芥菜间作对土壤Cd提取率是印度芥菜和芥菜间作的37.63%～59.14%。芥菜和印度芥菜间作当季土壤Cd含量下降11.05%，对修复土壤Cd污染有一定效果;其他处理的土壤Cd含量差别不明显。不同处理间土壤pH值和阳离子交换量的差别不大。

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（责任编辑：林玲娜）