譚建波，陳興，郭先華，李元，祖艷群

云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201

續(xù)斷菊與玉米間作系統(tǒng)不同植物部位Cd、Pb分配特征

譚建波，陳興，郭先華，李元，祖艷群*

云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201

采用植物修復(fù)的方法對(duì)會(huì)澤鉛鋅礦周圍受Cd、Pb污染的農(nóng)用地進(jìn)行修復(fù)，將超富集植物續(xù)斷菊和農(nóng)作物玉米在污染農(nóng)用地間作種植，以減少農(nóng)用地重金屬含量，并獲得合格的農(nóng)產(chǎn)品。通過田間小區(qū)直接種植的方式，測(cè)定植物生物量及各器官重金屬含量，研究續(xù)斷菊（Sonchus asper L.Hill）與玉米（Zea mays L.）間作系統(tǒng)植物不同器官Cd、Pb分配特征。結(jié)果表明，（1）間作續(xù)斷菊生物量相比單作增加了31.55%，間作玉米生物量相比單作增加了29.02%。（2）從拔節(jié)期到成熟期，間、單作玉米各器官Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈下降趨勢(shì)。成熟期與拔節(jié)期相比，間作玉米根、莖、葉Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低了24.51%、29.06%、55.32%，單作玉米根、莖、葉 Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低了 22.05%、7.20%、45.02%。在不同時(shí)期，間作玉米根、葉Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)都低于單作玉米根、葉Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)。根部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)在抽穗期和成熟期差異顯著；葉部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)在成熟期差異性顯著；莖部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)在抽穗期和成熟期呈現(xiàn)出單作大于間作，在成熟期差異顯著。玉米各部位Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)出先增加后下降趨勢(shì)，且成熟期根、莖Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于拔節(jié)期，而該期葉Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)則大于拔節(jié)期。不同時(shí)期，間作玉米根、葉Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于單作玉米根、葉，根在抽穗期和成熟期Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異性顯著；間作玉米籽粒Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著小于單作。（3）續(xù)斷菊根部及地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間推移而呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)，間作續(xù)斷菊根部及地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加16.88、15.45 mg·kg-1，單作續(xù)斷菊根部及地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加5.5、10.09 mg·kg-1，間作續(xù)斷菊地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著大于單作，間作根部大于單作根部，在抽穗期和成熟期出現(xiàn)顯著差異。（4）間作、單作種植模式下土壤Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有下降，土壤Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)在間作模式下降25.99%，單作續(xù)斷菊模式下降23.19%，單作玉米模式下降14.78%；土壤Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)在間作模式下降6.78%，單作續(xù)斷菊模式下降7.53%，單作玉米模式下降7.23%。結(jié)果表明，續(xù)斷菊和玉米間作促進(jìn)了續(xù)斷菊各部位對(duì)鎘的積累量，同時(shí)抑制了玉米各部位鎘的積累量。

玉米；續(xù)斷菊；間作；Cd；Pb；土壤修復(fù)

土壤重金屬污染產(chǎn)生的主要原因是采礦、冶煉、農(nóng)業(yè)等人為因素以及地震、火山噴發(fā)等自然因素，其中人為因素的化學(xué)和冶金行業(yè)是環(huán)境中重金屬的最主要來源（Navarro等，2008；陳炳睿等，2012；Vaalgamaa和Conley，2008）。滇東北會(huì)澤縣是中國有名的鉛鋅礦冶煉區(qū)，長期的土法冶煉對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，導(dǎo)致了Cd、Pb、Zn等重金屬在土壤、水體和大氣中的高度積累，造成土壤重金屬污染，植被破壞，影響了整個(gè)流域的生態(tài)環(huán)境（房輝和曹敏，2009；陸泗進(jìn)等，2014）。重金屬在土壤中積累，在農(nóng)作物中殘留，隨食物鏈轉(zhuǎn)移，最終在動(dòng)物、人體內(nèi)積累，對(duì)人類身體健康造成危害，因此對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)迫在眉睫（雷冬梅等，2007）。

植物修復(fù)是指將具有一定重金屬富集能力的植物種植于污染土地上，生長一定時(shí)間后將植物地上部或整株收獲并集中填埋或焚燒，使土壤重金屬含量降低到可接受的水平（黑亮等，2007；李凱榮等，2013）。與土壤污染的傳統(tǒng)物理、化學(xué)修復(fù)治理技術(shù)相比，植物修復(fù)方式具有可在污染現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行、修復(fù)成本低、對(duì)土壤擾動(dòng)性小、不造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是土壤重金屬污染修復(fù)的最佳方法（鮑桐等，2008；胡亞虎等，2010；胡鵬杰等，2014）。但是，用于植物修復(fù)的超富集植物，生物量小，生長緩慢，吸收重金屬緩慢，使得修復(fù)時(shí)間漫長，效率低，效果不理想，限制了植物修復(fù)的推廣。

間作措施在中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用歷史悠久。將農(nóng)作物與超富集植物進(jìn)行間作，可以實(shí)現(xiàn)“邊生產(chǎn)邊修復(fù)”的理念。利用間作種植，形成一套高效修復(fù)土壤重金屬污染的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)在污染土壤上作物安全生產(chǎn)的種植模式（蔣成愛等，2009；衛(wèi)澤斌等，2010）。本研究采用本土超累積植物續(xù)斷菊（sonchus asper L.Hill）與玉米（Zea mays L.）間作，期望能夠去除農(nóng)用地中含量過高的Cd、Pb等重金屬，同時(shí)使農(nóng)產(chǎn)品玉米的重金屬含量下降，為超累積植物與農(nóng)作物間作條件下污染農(nóng)用地的植物修復(fù)系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及實(shí)驗(yàn)方法

選取玉米（會(huì)單4號(hào)）、續(xù)斷菊（本土植物）為試驗(yàn)材料，于2014年4月至2014年9月進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)地位于云南省會(huì)澤縣者海鎮(zhèn)瑪色卡村，海拔2100 m，年平均氣溫12.6 ℃，年降水量840 mm。土壤背景值：有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.1 g·kg-1，全磷15.8 g·kg-1，速效磷 28.2 mg·kg-1，速效鉀 122 mg·kg-1；CEC 28.2 cmol·kg-1；鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù) 25 mg·kg-1，鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)600 mg·kg-1；pH值5.5。

種植模式分為玉米與續(xù)斷菊間作、玉米單作和續(xù)斷菊單作 3個(gè)模式。單作續(xù)斷菊株行距均是 10 cm；單作玉米株距是20 cm，行距是30 cm。間作模式為1行玉米，2行續(xù)斷菊，玉米株距是20 cm，續(xù)斷菊株行距均是 10 cm，玉米和續(xù)斷菊行距 10 cm。每個(gè)種植模式重復(fù)3次，小區(qū)間筑梗，隨機(jī)排列，共9個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為15 m2（3 m×5 m）。續(xù)斷菊種子采自會(huì)澤 Pb/Zn礦區(qū)，播種前種子用10%的H2O2消毒30 min，使用烤煙型基質(zhì)和漂盤育苗，待苗長到5～6 cm，選擇長勢(shì)良好，大小均一的幼苗在玉米播種時(shí)（4月15日）進(jìn)行移栽。玉米播種期是2014年4月15日，拔節(jié)期是6月15日，抽穗期是7月15日，成熟期是8月15日。

1.2 采樣方法及預(yù)處理

在玉米拔節(jié)期（6月15日），抽穗期（7月15日），成熟期（8月15日）均取樣，每次單作小區(qū)取3株玉米或續(xù)斷菊及根際土壤，間作小區(qū)取3株玉米和對(duì)應(yīng)3株續(xù)斷菊及根際土壤，帶回實(shí)驗(yàn)室處理。

將續(xù)斷菊分成地上和地下2部分，玉米分成根、莖、葉、果實(shí)（成熟期）4部分，分別用自來水沖洗后，再用去離子水沖洗干凈，晾干后于105 ℃殺青30 min，然后70 ℃烘干至恒質(zhì)量，分別測(cè)定干物質(zhì)量。烘干樣品用粉碎機(jī)全部粉碎、混勻，過0.25 mm篩后裝袋備用。

土壤樣品避光自然風(fēng)干，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，過0.25 mm篩備用。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及計(jì)算方法

土壤樣品和植物樣品分別用濃硝酸-濃鹽酸-高氯酸、硝酸-高氯酸消煮后測(cè)定Cd、Pb含量，Cd、Pb含量的測(cè)定分別采用石墨爐-原子吸收光譜法、火焰-原子吸收光譜法。

Cd、Pb累積特征用富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移因子表示，其計(jì)算公式分別為：

續(xù)斷菊富集系數(shù)=植物地上部重金屬含量/土壤重金屬含量（李元等，2008）；

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=植物地上部含量/根部含量（秦麗等，2013）；

有效轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=植物地上部含量×地上部生物量/(根部含量×根部生物量)（秦麗等，2013）；

收獲指數(shù)=籽粒質(zhì)量/總質(zhì)量（夏海勇等，2013）。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行常規(guī)分析，土壤與植物之間、植物地上部與根之間重金屬含量的差異性、相關(guān)性采用SPSS軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育時(shí)期續(xù)斷菊與玉米生物量

拔節(jié)期和抽穗期，續(xù)斷菊生物量均是地上部大于根部，且間作續(xù)斷菊地上部大于單作續(xù)斷菊地上部（表1）。成熟期，間作續(xù)斷菊地上部干質(zhì)量（生物量）顯著大于單作續(xù)斷菊地上部干質(zhì)量。間作后，續(xù)斷菊生物量相比單作增加，3個(gè)時(shí)期分別增加了1.35%、14.29%、31.55%。

表1 續(xù)斷菊不同生育期生物量Table 1 Biomass of S. asper in different growth periods g·plant-1

在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，無論是間作還是單作，玉米生物量均為：莖>葉>根（表2）。間作玉米的總生物量（根+莖+葉）大于單作，玉米的根、莖、葉各部分生物量均為：間作>單作。間作玉米和單作玉米均是籽粒干質(zhì)量最大，且間作玉米籽粒干重顯著大于單作玉米籽粒干重（表2）?？傮w來看，間作玉米生物量相比單作提高了29.02%。

表2 玉米不同生育期生物量Table 2 Biomass of Z. Mays in different growth period g·plant-1

2.2 不同生育期玉米不同部位Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)

玉米各部位Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)由拔節(jié)期向成熟期呈遞減規(guī)律，間作玉米成熟期根、莖、葉Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)于拔節(jié)期分別降低了 24.51%、29.06%、55.32%，單作玉米成熟期根、莖葉Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)于拔節(jié)期分別降低了22.05%、7.20%、45.02%，同一部位，間作Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降大于單作（圖1）。

圖1 玉米不同部位不同時(shí)期Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 1 Cd contents of different parts of Z. mays in different growth periods

拔節(jié)期，單作與間作玉米Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布均為：根>葉>莖，間作玉米根、莖、葉之間沒有差異性，而單作玉米的根部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著大于莖、葉部分，且間作玉米根、莖葉平均 Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)（13.97 mg·kg-1）小于單作平均Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)（14.54 mg·kg-1）；抽穗期，間作玉米Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布為：根>葉>莖，單作分布為：根>莖>葉，均是根部 Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著大于莖葉部分，且間作玉米根、莖、葉平均Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)（10.41 mg·kg-1）小于單作平均Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)（11.90 mg·kg-1）；成熟期，單作與間作玉米根、莖、葉、籽粒Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異顯著，大小順序?yàn)椋焊?莖>籽粒>葉，且間作玉米根、莖、葉、籽粒平均Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)（8.74 mg·kg-1）小于單作平均Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)（10.94 mg·kg-1）。

拔節(jié)期到抽穗期，玉米各部位 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，抽穗期到成熟期，Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，且成熟期根莖 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于拔節(jié)期，葉則大于拔節(jié)期（圖2）。

拔節(jié)期與抽穗期，單作與間作玉米 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布為：根>莖>葉。拔節(jié)期，單作與間作玉米各部位 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異顯著，且間作玉米根莖葉平均Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)（52.10 mg·kg-1）小于單作Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)（56.42 mg·kg-1）；抽穗期，間作玉米各部位Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異顯著，單作玉米根部 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著大于莖、葉，且間作玉米根、莖、葉平均 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)（65.30 mg·kg-1）小于單作Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)（71.34 mg·kg-1）；成熟期，間作玉米Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布為：根>葉>莖>籽粒，單作玉米Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布為：根>籽粒>葉>莖，均是根部顯著大于其他器官，且間作玉米根、莖、葉平均Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)（44.90 mg·kg-1）小于單作Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)（51.97 mg·kg-1）。

2.3 不同生育期續(xù)斷菊不同部位Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)及Cd、Pb累積特征

間作與單作續(xù)斷菊根部、地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)從拔節(jié)期到成熟期呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，間作續(xù)斷菊根部與地上部 Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加 16.88、15.45 mg·kg-1，單作續(xù)斷菊根部與地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加5.5、10.09 mg·kg-1，間作根部、地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加量大于單作（圖3）。在拔節(jié)期、成熟期，單作與間作續(xù)斷菊Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布均是地上部顯著大于根部。

圖2 玉米不同部位不同時(shí)期Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 2 Different parts Pb contents of Zea mays L. in different periods

間作、單作續(xù)斷菊地上部 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)在不同生育期沒有顯著差異，根部 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)從抽穗期到成熟期呈增加趨勢(shì)，單作續(xù)斷菊根部 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加量（112.77 mg·kg-1）大于間作增加量（54.99 mg·kg-1）。整個(gè)生育期，單作與間作續(xù)斷菊均是根部Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著大于地上部（圖4）。

圖3 不同時(shí)期續(xù)斷菊Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 3 Cd contents of S. asper. in different growth periods

3個(gè)時(shí)期，單作與間作續(xù)斷菊Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1，間作續(xù)斷菊Cd平均轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)1.13，單作續(xù)斷菊Cd平均轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)1.16，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在拔節(jié)期為間作大于單作，抽穗期與成熟期均為間作小于單作；間作與單作續(xù)斷菊有效轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與富集系數(shù)均大于1，且隨著時(shí)間的推移逐漸增加，相比于拔節(jié)期，成熟期的間作續(xù)斷菊有效轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與富集系數(shù)分別增加了 26.09%、89.74%，單作分別增加了78.65%、69.23%，3個(gè)時(shí)期有效轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與富集系數(shù)均為間作大于單作。

圖4 不同時(shí)期續(xù)斷菊Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 4 Pb contents of S. asper in different growth periods

3個(gè)時(shí)期，間作與單作續(xù)斷菊Pb轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)、富集系數(shù)均小于1（表3），間作Pb平均轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與平均富集系數(shù)分別為0.55、0.24，單作分別為0.56、0.25。續(xù)斷菊由拔節(jié)期到成熟期，間作續(xù)斷菊轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)降低了22.41%，單作降低了34.43%，但有效轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)間作增加8.25%，單作增加6.94%。

表3 續(xù)斷菊轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與富集系數(shù)Table 3 The enrichment coefficient and transport coefficients of S. asper

2.4 不同生育期土壤Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)

在整個(gè)生育期，Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)在土壤中均是單作玉米>單作續(xù)斷菊>間作。間作、單作種植模式下土壤Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有下降，土壤Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降幅度大小為：間作>單作續(xù)斷菊>單作玉米。土壤 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降幅度大小為：單作續(xù)斷菊>單作玉米>間作。間作模式能顯著降低土壤Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從拔節(jié)期到成熟期土壤Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降25.99%，土壤Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降6.78%；單作續(xù)斷菊模式同樣有利于土壤Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低，從拔節(jié)期到成熟期土壤 Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降23.19%，土壤 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降7.53%；單作玉米模式對(duì)土壤Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)有同樣的降低效果，從拔節(jié)期到成熟期土壤Cd下降14.78%，下降效果沒有間作、單作續(xù)斷菊兩種種植模式明顯，土壤Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降7.23%，下降幅度與間作、單作玉米模式無明顯差別（圖5、圖6）。

圖5 不同時(shí)期土壤Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 5 Cd contents of soil in different growth periods

3 討論

本試驗(yàn)表明，在拔節(jié)期與抽穗期，間作對(duì)續(xù)斷菊和玉米根部生物量沒有影響，但能顯著提高間作玉米莖部和葉部生物量；成熟期，間作在顯著提高續(xù)斷菊地上部生物量的同時(shí)，也顯著提高了間作玉米生物量。蔣成愛等（2009）研究表明玉米和東南景天間作，顯著提高了富集植物東南景天的生物量。間作條件下的玉米生物量與續(xù)斷菊生物量比單作時(shí)顯著增加的原因可能是間作條件下續(xù)斷菊與玉米互相促進(jìn)光合作用（焦念元等，2013a，2013b）、增加了土壤養(yǎng)分、維持土壤肥力、提高養(yǎng)分利用效率（呂越等，2014；蘇本營等 2013）。因此，在對(duì)輕中度重金屬污染的土壤進(jìn)行植物修復(fù)時(shí)，可以通過超積累植物與農(nóng)作物的間作促進(jìn)超積累植物生物量，加強(qiáng)對(duì)污染土壤的修復(fù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在污染土壤上農(nóng)作物的安全生產(chǎn)。

圖6 不同時(shí)期土壤Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 6 Pb contents of soil in different growth periods

間作條件下能夠顯著增加了玉米的生物量（秦歡等，2012），本實(shí)驗(yàn)研究表明，續(xù)斷菊與玉米間作后，間作玉米籽粒產(chǎn)量高于單作玉米籽粒產(chǎn)量，間作玉米籽粒產(chǎn)量的收獲指數(shù)（0.39）與單作玉米籽粒產(chǎn)量的收獲指數(shù)（0.35）出現(xiàn)差異性，間作在提高籽粒產(chǎn)量的同時(shí)，卻降低了玉米籽粒中Cd的濃度?？赡艿脑蚴情g作時(shí)提高了玉米籽粒產(chǎn)量，導(dǎo)致玉米籽粒Cd元素濃度的“稀釋效應(yīng)”，有研究表明氮肥施用導(dǎo)致較高的玉米籽粒產(chǎn)量，使玉米籽粒中重金屬Zn元素濃度產(chǎn)生“稀釋效應(yīng)”（Feil等，2005；夏海勇等，2013），間作后玉米籽粒鉻的濃度會(huì)降低（An等，2011）。另一可能的原因是間作玉米Cd從營養(yǎng)器官向籽粒的轉(zhuǎn)移或再活化速率受到抑制，從而其質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于單作玉米，有研究表明在適宜條件和施用Zn肥情況下，高N肥施用能夠促進(jìn)營養(yǎng)器官對(duì) Fe和 Zn的吸收和再活化（Kutman等，2011）。夏海勇等（2013）研究表明玉米與蠶豆、鷹嘴豆和大豆間作，使間作玉米籽粒Fe、Mn、Cu和 Zn濃度降低，是由 Fe、Mn、Cu和Zn從營養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移或再活化的比例降低所致。在間作體系中，通過根系分泌物對(duì)根際環(huán)境的pH、Eh等物理、化學(xué)性質(zhì)，以及土壤酶活性、根際周圍土壤中微生物種群分布等對(duì)土壤重金屬的有效性以及植物對(duì)重金屬的吸收產(chǎn)生重要影響（陳英旭等，2000；梁開明等，2014；常學(xué)秀等，2000）。所以導(dǎo)致間作后玉米Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于單作的可能原因是續(xù)斷菊與玉米間作后，通過根系分泌有機(jī)酸與Cd進(jìn)行螯合作用，降低土壤pH，提高土壤 Cd的活化效率（土壤有效態(tài)鎘/土壤全鎘），而續(xù)斷菊是Cd的超積累植物，對(duì)Cd具有強(qiáng)吸收作用（秦麗等，2013）。從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，雖然成熟期間作續(xù)斷菊轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)小于單作，但是間作續(xù)斷菊根部、地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于單作續(xù)斷菊，且間作有效轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于單作，說明間作后續(xù)斷菊的轉(zhuǎn)運(yùn)能力強(qiáng)于單作。衛(wèi)澤斌等（2005）研究表明，間作方式可以提高植物對(duì)重金屬的提取效率。將重金屬富集植物和農(nóng)作物間作對(duì)污染土壤進(jìn)行植物修復(fù)，富集植物能抑制農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收量，同時(shí)能提高富集植物對(duì)重金屬的提取效率。玉米與續(xù)斷菊在間作體系下，既能提高玉米產(chǎn)量，又能增強(qiáng)超積累植物對(duì)Cd的吸收，是一種“雙贏”模式。

在本研究中，不同時(shí)期下玉米、續(xù)斷菊對(duì)Cd、Pb的積累能力不同，與任立民等（2006）研究發(fā)現(xiàn)并總結(jié)出同一植物吸收積累不同重金屬元素的能力是不同的結(jié)論一致，而且同一植物不同器官對(duì)同一種重金屬元素的吸收富集能力也有很大的差異（陳建軍等，2014）。Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)在玉米植株不同器官分布依次為根部>莖部>籽粒>葉部，且間作、單作玉米根部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)與莖、葉籽粒出現(xiàn)顯著差異，說明根部更容易累積Cd。根中含量較高可能與Cd進(jìn)入根的皮層細(xì)胞后和根內(nèi)蛋白質(zhì)、多糖類、核酸等化合成為穩(wěn)定的大分子絡(luò)合物或不穩(wěn)定性有機(jī)大分子而沉積有關(guān)（張旭紅等，2008）。重金屬在植物體內(nèi)的分布規(guī)律是在新陳代謝旺盛的器官（如根部）蓄積量較大，而營養(yǎng)儲(chǔ)存器官（如莖部、葉片、果實(shí)、籽粒）蓄積量則較少（關(guān)共湊等，2006）。而隨時(shí)間的推移，間作與單作玉米根、莖、葉部Pb積累量先上升后下降，在成熟期根莖積累量均下降到最小，原因可能是玉米根部在拔節(jié)期生長旺盛，對(duì)Pb大量吸收，因?yàn)楦糠e累較多Pb，根部的代謝加強(qiáng)，導(dǎo)致 Pb從根部不斷向莖葉部分遷移，同時(shí)根部化學(xué)性狀的改變以及根系分泌物等作用抑制了根部的吸收機(jī)能，使根部從土壤中吸收的 Pb逐漸減少（關(guān)共湊等，2006；曠遠(yuǎn)文等，2003；徐衛(wèi)紅等，2006；吳林坤等，2014）。因此，隨著時(shí)間的推移，在根部積累的Pb就越來越少。

4 結(jié)論

Cd在玉米植株不同部位的積累隨時(shí)間的變化是：間作與單作玉米根、莖、葉部積累量均在拔節(jié)期最大，隨著時(shí)間的推移，其積累的重金屬越來越少。Pb在玉米植株不同部位的積累隨時(shí)間的變化是：間作與單作玉米根、莖、葉部積累量先上升后下降，根莖積累量均下降到最小，葉積累量抽穗期和成熟期都大于拔節(jié)期。

Cd、Pb在土壤中被玉米與續(xù)斷菊吸收以后，對(duì)于玉米，主要集中在根部；對(duì)于續(xù)斷菊地上部主要集中Cd，根部主要積累Pb。Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)在玉米植株不同器官分布依次為根部>莖部>籽粒>葉部；在續(xù)斷菊中分布為地上部>根部，且在間作體系下，能顯著減少玉米根莖葉和籽粒Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)，能增加續(xù)斷菊對(duì)Cd的積累量。玉米根、莖、葉、籽粒中重金屬元素積累量分布是：w(Pb)> w(Cd)。

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Distribution Characteristics of Pb and Cd in Different Parts of Sonchus asper and Zea mays in An Intercropping System

TAN Jianbo, CHEN Xing, GUO Xianhua, LI Yuan, ZU Yuanqun*
College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China

This experiment was to use the method of phytoremediation to repair the polluted farmland by Cd and Pb around lead-zinc mine area in Huize. Hyperaccumulator compositae (Sonchus asper L.Hill) and maize (Zea mays L.) were intercropped in polluted farmland, expecting to not only reduce the heavy metal pollution in soil but also obtain qualified agricultural products. By field plot experiments , plant biomass and heavy metal contents in different organs were determined and we studied the plants on Pb, Cd distribution characteristics in different organs under intercropping system of maize and compositae. The results indicated that: (1) The biomass of intercropping compositae was increased by 31.55% than the monoculture and the biomass of intercropping maize was increased by 29.02% than the monoculture. (2) From jointing stage to maturity stage, the mass fraction of Cd in all organs of maize was decreased by monoculture or intercropping. The Cd mass fraction in roots, stems and leaves by intercropping maize was decreased by 24.51%，29.06%，55.32%. The Cd mass fraction in roots, stems and leaves by monoculture maize was decreased by 22.05%，7.20%，45.02%. In different periods, the Cd contents of roots and leaves by intercropping maize were lower than the monoculture. The Cd content of roots showed significant difference at heading stage and maturity stage. The Cd content of leaves was significant difference at maturity stage. The Cd content of stems at heading stage and maturity stage in monoculture was higher than the intercropping and had significant difference at maturity stage. The Pb mass fraction in all organs of maize increased firstly, and then decreased and the Pb mass fraction in roots and stems at maturity stage was lower than the jointing stage and the Pb mass fraction of leaves at the maturity stage was higher than the jointing stage. In different periods, the Pb contents of roots and leaves by intercropping maize were lower than the monoculture. The Pb content of roots at heading stage and maturity stage had significant difference. The Cd and Pb contents of maize grain were significantly lower than that of monoculture. (3) The Cd mass fraction of the compositae increased with the time passing and the Cd content of overground plant part by intercropping was significantly higher than the monoculture. At heading stage and maturity stage, the Cd content of roots by intercropping was significantly higher than the monoculture. The Cd mass fraction of roots and overground plant part by intercropping increased by 16.88, 15.45 mg·kg-1, respectively. The Cd mass fraction of roots and overground part under monoculture increased by 5.5, 10.09 mg·kg-1, respectively. (4) The Cd and Pb mass fraction in soil was decreased, both monoculture and intercropping. It decreased by 25.99% under intercropping. It decreased by 23.19% under monoculture compositae and 14.78% under monoculture maize. The Pb mass fraction in soil decreased by 6.78% under intercropping, and 7.53% under monoculture compositae and 7.23% under monoculture maize. The results showed that compositae and maize intercropping systems not only promoted Cd accumulation of all organs of compositae but also inhibited Cd accumulation of all organs of maize.

Maize; Sonchus asper L. Hill; intercropping; Cd; Pb; soil remediation

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.04.023

X173

A

1674-5906（2015）04-0700-08

譚建波，陳興，郭先華，李元，祖艷群. 續(xù)斷菊與玉米間作系統(tǒng)不同植物部位Cd、Pb分配特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(4): 700-707.

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國家自然科學(xué)-云南省聯(lián)合基金項(xiàng)目（U1202236）

譚建波（1990年生），男，碩士研究生，主要從事土壤重金屬污染與修復(fù)生態(tài)學(xué)研究。E-mail: 237958437@qq.com *通信作者：祖艷群（1966年生），女，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail: 649332092@qq.com

2014-12-29