于保港，秦 麗，湛方棟，祖艷群，李 博，王吉秀，李 元

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

近年來(lái)，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)礦產(chǎn)資源的需求與日俱增，從而導(dǎo)致土壤重金屬污染現(xiàn)象十分嚴(yán)峻[1]，全國(guó)土壤污染超標(biāo)率達(dá)16.1%[2]。土壤中的重金屬被植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)后，會(huì)使植物的生理代謝活動(dòng)發(fā)生紊亂，從一定程度上影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，甚至可能導(dǎo)致植物的死亡[3]。重金屬污染土壤的研究在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)[4]。富集植物與作物間作可促進(jìn)富集植物吸收土壤中的重金屬，抑制作物體內(nèi)重金屬的累積量，同時(shí)不需中斷農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，具有良好的實(shí)施性和發(fā)展?jié)撃躘5－7]。

重金屬進(jìn)入植物體內(nèi)后，會(huì)以不同的化學(xué)結(jié)合形態(tài)存在于不同的組織器官中，從而影響重金屬在植物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化[8－10]。植物體內(nèi)的重金屬與磷酸鹽、硝酸鹽、蛋白質(zhì)、草酸鹽、果膠酸鹽、氨基酸鹽等結(jié)合后會(huì)形成不同的化學(xué)形態(tài)，不同結(jié)合形態(tài)的重金屬在植物體內(nèi)的遷移能力不同，這是植物耐重金屬的重要機(jī)理[11－12]。Cd在小麥、水稻和卷心菜體內(nèi)以活性較低的NaCl提取態(tài)、醋酸提取態(tài)和鹽酸提取態(tài)為主[13－14]；Pb在小麥、水稻、玉米和結(jié)縷草體內(nèi)以活性較低的醋酸提取態(tài)和鹽酸提取態(tài)為主[15－16]。Cd富集植物長(zhǎng)柔毛委陵菜體內(nèi)的NaCl提取態(tài)、去離子水提取態(tài)、乙醇提取態(tài)Cd的含量占總Cd的86%～96%，Cd濃度的增加促使活性較高的化學(xué)形態(tài)Cd向活性較低的形態(tài)轉(zhuǎn)變[17]。隨著Zn處理濃度的增加，再力花體內(nèi)乙醇提取態(tài)Zn的比例顯著性降低，而氯化鈉提取態(tài)、水提取態(tài)Zn的比例則提高[18]。

莎草是云南本土的重金屬富集植物，具有生長(zhǎng)快、生物量大等特點(diǎn)。盆栽和大田試驗(yàn)均表明，莎草對(duì)土壤Pb、Cd有較強(qiáng)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力[19]。但是對(duì)于間作體系中，兩種植物體內(nèi)不同化學(xué)形態(tài)的重金屬含量的生理機(jī)制仍不太清楚。本研究的內(nèi)容是：（1）間作對(duì)莎草和蠶豆生物量和生理指標(biāo)的影響；（2）間作對(duì)莎草與蠶豆根際有效態(tài)重金屬含量與體內(nèi)不同化學(xué)形態(tài)重金屬含量的差異與變化規(guī)律；（3）根際有效態(tài)重金屬含量與莎草和蠶豆體內(nèi)不同化學(xué)形態(tài)的重金屬的相關(guān)性。其目的是探討間作模式下莎草與蠶豆體內(nèi)Pb、Cd、Zn的累積機(jī)制，從而為利用間作技術(shù)對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)提供有益的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試植物：莎草（Cyperus glomeratus L.）種子采自于云南會(huì)澤鉛鋅礦區(qū)，于3月初育苗，播種前用10%的H2O2對(duì)種子消毒30 min，使用烤煙基質(zhì)和漂盤育苗，待苗長(zhǎng)到6～7 cm高時(shí)，選擇長(zhǎng)勢(shì)良好、大小均一的幼苗進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。蠶豆（Vicia faba L.）品種為“馬尼拉”，購(gòu)自會(huì)澤縣者海鎮(zhèn)某農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，播種前用10%的H2O2對(duì)種子進(jìn)行消毒10 min，然后播種到土壤中進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。

供試土壤：將云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山山地紅壤與鉛鋅礦礦渣土按1∶1比例混勻，其理化性質(zhì)為：pH 7.69，有機(jī)質(zhì) 26.12 g·kg－1，全 N 1.73 g·kg－1，全 P 1.92 g·kg－1，全 K 6.55 g·kg－1，速效 P 27.6 mg·kg－1，速效 K 211.9 mg·kg－1，堿解 N 56.61 mg·kg－1，總 Pb 3 427.2 mg·kg－1，總 Cd 40.0 mg·kg－1，總 Zn 825.1 mg·kg－1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)于2016年4—7月在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)溫室大棚中進(jìn)行，采用莎草單作、蠶豆單作、莎草/蠶豆間作3種種植方式，每種種植方式設(shè)3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)用盆長(zhǎng)、寬、高分別為 50、30、30 cm，每盆裝風(fēng)干過(guò)2 mm篩的土壤5 kg。單作莎草和蠶豆留苗2株，株距均為20 cm；莎草/蠶豆間作留苗2株，一株莎草、一株蠶豆，莎草與蠶豆的株距為20 cm，保證與單作的密度相同。每2 d澆一次水，每次澆水以不滲漏為準(zhǔn)。移栽后種植90 d，在植物生長(zhǎng)旺期收獲植物，收獲的同時(shí)采用抖土法采集植物根際土壤，混合均勻后取適量土樣帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

1.3 樣品處理與分析

將莎草和蠶豆分成地上部和地下部（根部）兩部分，先分別用自來(lái)水沖洗，然后再用去離子水沖洗干凈，自然晾干后在105℃條件下殺青30 min，再于70℃烘干至恒重，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(guò)0.25 mm篩并裝袋備用。植物體內(nèi)丙二醛的含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[20]，可溶性糖含量采用蒽酮法測(cè)定[20]，葉綠素含量采用乙醇浸提，分光光度法測(cè)定[20]。

土壤有效態(tài)Pb、Cd、Zn含量用二乙烯三胺五乙酸（DTPA）提?。╩∶m=1∶2），原子吸收分光光度法測(cè)定[18]。植物體內(nèi)不同化學(xué)形態(tài)Pb、Cd、Zn的測(cè)定：準(zhǔn)確稱取鮮樣0.500 0 g，嚴(yán)格按照以下順序加入相關(guān)試劑：

（1）加入80%乙醇20 mL，提取醇溶性蛋白質(zhì)、氨基酸鹽等為主的物質(zhì)（FE）。

研磨勻漿后轉(zhuǎn)入50mL的塑料離心管，在25℃恒溫振蕩 22 h 后，5000 r·min－1離心 10 min，倒出上清液。再加入10 mL 80%的乙醇，25℃恒溫振蕩1 h，5000 r·min－1離心10 min，倒出上清液。合并兩次上清液。

（2）向（1）中第2次離心得到的沉淀中加入去離子水，主要提取水溶性有機(jī)酸鹽、重金屬的磷酸二氫鹽 [M（H2PO4）2]等（FW）。

（3）按上法依次再加入 1 mol·L－1氯化鈉，用于提取以果膠酸鹽、與蛋白質(zhì)呈結(jié)合態(tài)或吸著態(tài)的重金屬等（FNaCl）；加入2%醋酸，用于提取難溶的重金屬磷酸鹽等（FHAc）；加入 0.6 mol·L－1鹽酸，主要提取草酸鹽等（FHCl）。

經(jīng)5次提取后的殘?jiān)‵R）用少量去離子水轉(zhuǎn)移至三角瓶中，于電熱板蒸干，加入2 mL濃硝酸和幾滴高氯酸，消煮至澄清，定容至50 mL。提取液中3種重金屬形態(tài)的測(cè)定以提取劑為對(duì)照，火焰原子吸收法測(cè)定。

植物 Cd、Pb、Zn 累積特征用富集系數(shù)（Enrichment coefficient，EC）、轉(zhuǎn)移因子（Transfer factor，TF）和生物轉(zhuǎn)移因子（Biological transfer factor，BTF）表示：

富集系數(shù)（EC）=植物體內(nèi)重金屬含量（mg·kg－1）/土壤中重金屬含量（mg·kg－1）

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）=植物地上部重金屬含量（mg·kg－1）/地下部重金屬含量（mg·kg－1）

生物轉(zhuǎn)移因子（BTF）=植物地上部重金屬含量（mg·kg－1）×地上部生物量（g）/根部重金屬含量（mg·kg－1）×根部生物量（g）

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Duncan氏新復(fù)極差法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析，采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行常規(guī)分析，利用Origin 9.0作圖軟件繪圖，并采用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作對(duì)莎草、蠶豆生物量與生理指標(biāo)的影響

與蠶豆間作后，莎草地上部和根部生物量與單作相比顯著減少（圖 1），地上部減少了 54.55%（P＜0.05），根部減少了41.67%（P＜0.05）。無(wú)論單作還是間作，莎草生物量均表現(xiàn)為地上部＞根部。與莎草間作后，蠶豆地上部生物量相比于單作顯著增加了11.71%（P＜0.05），而根部無(wú)顯著變化（圖1）。無(wú)論單作還是間作，蠶豆生物量均表現(xiàn)為地上部＞根部。

與單作相比，間作蠶豆后莎草葉片可溶性糖含量顯著減少了36.39%（P＜0.05），葉綠素含量顯著減少了33.33%（P＜0.05），丙二醛含量無(wú)明顯變化（圖2）。與莎草間作后，蠶豆葉片的葉綠素含量、丙二醛含量與可溶性糖的含量相比于單作而言均無(wú)顯著變化（圖2）。

2.2 間作對(duì)土壤有效態(tài)Pb、Cd、Zn含量的影響

圖1 間作對(duì)莎草、蠶豆生物量的影響Figure 1 Effects of intercropping on the biomass of Cyperus glomeratus L.and Vicia faba L.

圖2 間作對(duì)莎草、蠶豆生理指標(biāo)的影響Figure 2 Effects of intercropping on the physiological index of Cyperus glomeratus L.and Vicia faba L.

與蠶豆間作后，莎草根際土壤有效態(tài)Pb的含量與單作相比顯著增加了9.45%（圖3），而Cd和Zn含量均無(wú)顯著性變化。與莎草間作后，蠶豆根際土壤有效態(tài)Pb、Cd和Zn含量與單作相比均顯著降低（圖3），分別降低了14.88%、24.50%和12.38%。

2.3 間作體系中植物體內(nèi)各化學(xué)提取態(tài)Pb、Cd、Zn的含量

2.3.1 Pb化學(xué)提取態(tài)含量

單作莎草地上部Pb提取態(tài)分布為FNaCl（37.84%）＞FR（21.21%）＞FHAc（15.73%）＞FHCl（12.77%）＞FE（10.56%）＞FW（1.89%）；間作莎草地上部Pb提取態(tài)分布為FNaCl（33.60%）＞FR（22.27%）＞FE（13.90%）＞FHAc（12.86%）＞FHCl（12.44%）＞FW（4.93%）。與單作相比，莎草地上部FE－Pb 的含量顯著增加了 23.43%，F(xiàn)NaCl－Pb、FHAc－Pb 和FHCl－Pb的含量顯著減少了 20.11%、30.54%、8.64%（圖4）。無(wú)論單作還是間作，莎草根部Pb提取態(tài)分布為FNaCl（34.49%）＞FR（18.33%）＞FHCl（16.31%）＞FE（13.42%）＞FHAc（12.56%）＞FW（4.88%），與單作相比，間作使莎草根部 FE、FNaCl、FHAc、FHCl和 FRPb 的含量顯著增加了 6.92%、15.48%、14.37%、17.80%、9.06%（圖4）。

圖3 莎草與蠶豆根際土壤有效態(tài)Pb、Cd和Zn含量Figure 3 Available Pb，Cd and Zn contents in rhizosphere soil of Cyperus glomeratus L.and Vicia faba L.

單作蠶豆地上部Pb提取態(tài)分布為FNaCl（37.15%）＞FR（21.21%）＞FHAc（16.21%）＞FE（11.99%）＞FHCl（9.67%）＞FW（3.78%）；間作蠶豆地上部Pb提取態(tài)分布為FNaCl（42.32%）＞FR（23.93%）＞FE（11.66%）＞FHCl（10.81%）＞FHAc（8.74%）＞FW（2.51%），與單作相比，間作蠶豆地上部 FE－Pb、FW－Pb 和 FHAc－Pb 的含量顯著減少了 16%、42.6%和53.42%（圖4）。無(wú)論單作還是間作，蠶豆根部Pb提取態(tài)分布為FNaCl（36.88%）＞FR（20.39%）＞FHCl（14.93%）＞FE（12.46%）＞FHAc（11.79%）＞FW（3.55%），與莎草間作后，蠶豆根部 FE－Pb、FW－Pb、FHAc－Pb 和FHCl－Pb的含量顯著減少了 23.78%、16.02%、14.35%、44.76%（圖 4）。

2.3.2 Cd化學(xué)提取態(tài)含量

無(wú)論單作還是間作，莎草地上部和根部FE－Cd均未檢出。單作莎草地上部Cd提取態(tài)分布為FNaCl（48.40%）＞FHCl（23.39%）＞FW（14.08%）＞FHAc（8.97%）＞FR（5.26%）；間作后莎草地上部Cd提取態(tài)分布為FNaCl（49.06%）＞FHCl（24.35%）＞FW（15.52%）＞FR（8.84%）＞FHAc（2.22%）；與單作相比，間作使莎草地上部FHAc－Cd的含量顯著減少了78.92%，F(xiàn)R－Cd的含量顯著提高了43.45%（圖5）。無(wú)論單作還是間作，莎草根部Cd提取態(tài)分布為FNaCl（37.69%）＞FHCl（33.77%）＞FW（18.86%）＞FR（5.00%）＞FHAc（4.67%）；與蠶豆間作后，莎草根部 FNaCl－Cd、FHCl－Cd 和 FR－Cd 的含量顯著增加了291.67%、30.01%和26.14%（圖5）。

圖4 植物體內(nèi)Pb各化學(xué)提取態(tài)含量Figure 4 Concentration of Pb in different chemical forms of Cyperus glomeratus L.and Vicia faba L.

無(wú)論單作還是間作，蠶豆地上部和根部FE－Cd均未檢出。蠶豆地上部Cd提取態(tài)分布為FHCl（45.46%）＞FW（24.87%）＞FNaCl（16.15%）＞FHAc（8.82%）＞FR（4.70%）。與單作相比，間作使蠶豆地上部FHCl－Cd的含量顯著降低了10.76%（圖5）。單作蠶豆根部Cd提取態(tài)分布為FNaCl（31.68%）＞FHCl（31.26%）＞FW（17.63%）＞FHAc（13.63%）＞FR（5.80%）；間作后蠶豆根部 Cd提取態(tài)分布為FHCl（44.63%）＞FNaCl（24.75%）＞FW（19.26%）＞FHAc（8.66%）＞FR（2.70%）。與莎草間作后，蠶豆根部FW－Cd、FNaCl－Cd 和 FHAc－Cd 的含量顯著減少了 25.59%、46.80%和 56.74%（圖 5）。

2.3.3 Zn化學(xué)提取態(tài)含量

無(wú)論單作還是間作，莎草地上部Zn提取態(tài)分布為FHAc（28.92%）＞FW（22.19%）＞FNaCl（19.68%）＞FHCl（18.94%）＞FE（7.23%）＞FR（3.05%）；與單作相比，間作使莎草地上部FE－Zn的含量顯著增加了12.5%，而FNaCl－Zn和 FHAc－Zn的含量顯著減少了 46.37%和29.49%（圖6）。單作莎草根部Zn提取態(tài)分布為FHAc（26.79%）＞FNaCl（24.18%）＞FW（23.16%）＞FHCl（15.85%）＞FE（6.82%）＞FR（3.21%）；間作莎草根部Zn提取態(tài)分布為FHAc（27.54%）＞FW（22.69%）＞FNaCl（22.11%）＞FHCl（17.31%）＞FE（7.07%）＞FR（3.28%）。與蠶豆間作后，莎草根部 FE－Zn、FHAc－Zn 和 FHCl－Zn 的含量顯著增加了17.22%、16.24%和23.54%（圖6）。

單作蠶豆地上部Zn提取態(tài)分布為：FHAc（27.93%）＞FW（22.06%）＞FNaCl（21.79%）＞FHCl（18.75%）＞FE（6.63%）＞FR（2.84%）；間作蠶豆地上部Zn提取態(tài)分布為：FHAc（30.29%）＞FW（22.37%）＞FHCl（19.20%）＞FNaCl（16.74%）＞FE（8.05%）＞FR（3.34%）。與單作相比，間作使蠶豆地上部FNaCl－Zn和FHAc－Zn的含量顯著減少了 44.64%和21.86%（圖6）。單作時(shí)蠶豆根部Zn提取態(tài)分布為FHAc（27.94%）＞FNaCl（24.75%）＞FW（19.22%）＞FHCl（18.03%）＞FE（7.00%）＞FR（3.07%）；間作蠶豆根部Zn的提取形態(tài)分布為：FHAc（36.02%）＞FHCl（19.71%）＞FNaCl（17.44%）＞FW（16.89%）＞FE（8.31%）＞FR（1.62%）。與莎草間作后，蠶豆根部 FE－Zn、FW－Zn、FNaCl－Zn、FHCl－Zn 和 FR－Zn 的含量顯著減少了14.90%、37.05%、49.52%、21.68%和62.31%（圖6）。

2.4 間作對(duì)莎草和蠶豆重金屬累積特征的影響

圖5 植物體內(nèi)Cd各化學(xué)提取態(tài)含量Figure 5 Concentration of Cd in different chemical forms of Cyperus glomeratus L.and Vicia faba L.

圖6 植物體內(nèi)Zn各化學(xué)提取態(tài)含量Figure 6 Concentration of Zn in different chemical forms of Cyperus glomeratus L.and Vicia faba L.

表1 莎草與蠶豆的Cd、Pb、Zn累積特征Table 1 Accumulation characteristics of Pb，Cd and Zn in Cyperus glomeratus L.and Vicia faba L.

由表1可以看出，蠶豆與莎草間作后，Cd、Pb和Zn的富集系數(shù)與蠶豆單作相比顯著減少了43.75%、53.33%和39%，Zn的生物轉(zhuǎn)移因子顯著降低了17.39%，而轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均無(wú)顯著性變化。莎草與蠶豆間作后，Cd的富集系數(shù)與生物轉(zhuǎn)移因子與莎草單作相比顯著增加了51.92%和39.23%。

2.5 土壤有效態(tài) Pb、Cd、Zn 與植物體內(nèi) Pb、Cd、Zn 含量的回歸分析

土壤有效態(tài)Cd的含量與蠶豆根部總Cd、FNaCl-Cd、FHAc-Cd和FR-Cd含量呈極顯著正相關(guān)（表2），與地上部總Cd、FHCl-Cd和FW-Cd呈顯著正相關(guān)，與莎草根部FW-Cd呈極顯著性正相關(guān)。土壤有效態(tài)Pb的含量與蠶豆根部總Pb、FW-Pb、FHCl-Pb，與莎草根部總Pb、FE-Pb、FNaCl-Pb、FHCl-Pb，與蠶豆地上部 FE-Pb、FWPb、FHAc-Pb，與莎草地上部總Pb、FNaCl-Pb的含量均具有顯著的正相關(guān)性。土壤有效態(tài)Zn的含量與蠶豆根部總 Zn、FE-Zn、FW-Zn、FNaCl-Zn、FHCl-Zn、FR-Zn，與蠶豆地上部總Zn、FNaCl-Zn、FHAc-Zn的含量均具有顯著的正相關(guān)性，而與莎草體內(nèi)的總Zn和不同化學(xué)形態(tài)的Zn含量均無(wú)顯著的相關(guān)性。

3 討論

3.1 間作對(duì)生物量與生理指標(biāo)的影響

不同的植物品種、類別以及植物的不同組織、器官都會(huì)對(duì)重金屬的耐性機(jī)理產(chǎn)生顯著性的差異[21]，并且大量研究表明，間作會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生兩種作用：促進(jìn)或者抑制。本次實(shí)驗(yàn)中，于單作而言，莎草與蠶豆間作后，莎草地上部和根部的生物量顯著減少了54.55%和41.67%，而蠶豆地上部的生物量顯著增加了11.71%，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是，蠶豆的競(jìng)爭(zhēng)能力更強(qiáng)，莎草與蠶豆間作之后，蠶豆能夠在競(jìng)爭(zhēng)中獲得更多的生長(zhǎng)空間，并且能最大限度地獲取土壤中的氮、磷、鉀和水分等能源與物質(zhì)，而莎草在競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)的狀態(tài)，所以導(dǎo)致了其生物量顯著性降低[7]。重金屬會(huì)對(duì)植物的細(xì)胞膜產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞作用，導(dǎo)致細(xì)胞的選擇透性功能喪失，而使植物體內(nèi)發(fā)生一系列對(duì)自身生長(zhǎng)不利的生理生化反應(yīng)[22]，間作后莎草葉片葉綠素含量顯著減少了33.33%、可溶性糖含量顯著減少了36.39%，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是莎草與蠶豆間作后，莎草體內(nèi)吸收累積了大量的重金屬，Pb、Cd、Zn與葉綠體中的蛋白質(zhì)結(jié)合或者取代了葉綠體中的Fe2+、Mg2+等，使得葉綠體結(jié)構(gòu)與功能遭到嚴(yán)重的破壞、葉綠素被分解、葉綠素的合成酶被抑制[23]，從而導(dǎo)致莎草的光合作用系統(tǒng)被損壞，造成體內(nèi)不溶性糖和蛋白質(zhì)的分解以及運(yùn)輸受阻[24]。本次實(shí)驗(yàn)中，間作相比單作對(duì)兩種植物體內(nèi)丙二醛的含量均無(wú)顯著性的變化，表明間作對(duì)兩種植物的膜系統(tǒng)傷害程度與單作相比影響是不顯著的。

3.2 間作對(duì)Pb、Cd、Zn在莎草與蠶豆體內(nèi)化學(xué)形態(tài)分配的影響

研究表明，重金屬離子在植物細(xì)胞中不能以大量游離態(tài)的形式存在，多是與多肽、氨基酸、磷酸鹽、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)等有機(jī)物結(jié)合，以螯合物的形式存在，這些有機(jī)化合物都含有大量的金屬離子配位基團(tuán)，在維持重金屬對(duì)植物的毒害方面具有顯著性意義[25]。采用差速離心技術(shù)與化學(xué)試劑逐步提取的方法，可將Pb、Cd、Zn的化學(xué)提取態(tài)分為乙醇提取態(tài)、去離子水提取態(tài)、氯化鈉提取態(tài)、醋酸提取態(tài)、鹽酸提取態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)。隨著提取劑極性的增強(qiáng)，所提取出來(lái)的Pb、Cd、Zn的活性和在植物體內(nèi)遷移轉(zhuǎn)化的能力逐漸減弱[26]。本實(shí)驗(yàn)中，莎草與蠶豆體內(nèi)的Pb以中性的氯化鈉提取態(tài)為主，其次是殘?jiān)鼞B(tài)與醋酸提取態(tài)，說(shuō)明莎草與蠶豆體內(nèi)Pb主要以果膠酸鹽、蛋白質(zhì)結(jié)合或吸著態(tài)的化學(xué)形態(tài)存在[1]。間作后，莎草根部各化學(xué)形態(tài)Pb含量顯著增加，且莎草體內(nèi)Pb的總量（各種化學(xué)形態(tài)之和）大于單作（表3），說(shuō)明間作促進(jìn)了莎草對(duì)土壤中Pb的吸收，吸收的Pb主要積累在根部。同時(shí)，間作后，莎草根際土壤有效態(tài)Pb含量顯著增加，回歸分析表明，莎草地上部和根部Pb含量均與土壤有效態(tài)Pb含量顯著正相關(guān)，所以可以推斷出，莎草與蠶豆的間作體系在一定程度上改變了莎草的根際環(huán)境，活化了莎草根際土壤中的Pb，從而促使莎草吸收更多土壤中的Pb[27]。與單作相比，間作后蠶豆根部Pb、Cd、Zn的各種化學(xué)形態(tài)含量顯著降低，根部Pb、Cd、Zn總量（各種化學(xué)形態(tài)含量之和）均顯著降低（表3），且與蠶豆根際土壤有效態(tài)Cd、Zn含量顯著正相關(guān)（表2）；間作蠶豆地上部各種化學(xué)形態(tài)Pb、Zn含量和總量（表3）均顯著減少，且與蠶豆根際土壤有效態(tài)Pb、Cd、Zn含量顯著正相關(guān)（表2）。同時(shí)蠶豆體內(nèi)Pb、Cd、Zn的富集系數(shù)也顯著降低，說(shuō)明與莎草間作后，蠶豆體內(nèi)無(wú)論是活性較強(qiáng)還是較弱的提取態(tài)Pb、Zn含量均顯著降低，間作抑制了蠶豆對(duì)土壤Pb、Cd、Zn的吸收。同時(shí)，間作后蠶豆體內(nèi)Pb、Cd、Zn的總吸收量降低了2.4%、2.5%和21.8%（表4）。

表2 土壤有效態(tài)Pb、Cd、Zn與植物體內(nèi)Pb、Cd、Zn含量的回歸分析（n=6）Table 2 Regression analysis between available Pb，Cd and Zn contents in rhizosphere soil and contents of Pb，Cd and Zn in Cyperus glomeratus L.and Vicia faba L.（n=6）

植物對(duì)重金屬的累積量為植物體內(nèi)重金屬含量與植物生物量的乘積。由于蠶豆生物量較大，因此，無(wú)論單作還是間作，蠶豆地上部和根部Pb、Cd、Zn的累積量均大于莎草（表4）。這說(shuō)明間作促進(jìn)了蠶豆的生長(zhǎng)，在一定程度上稀釋了蠶豆體內(nèi)Pb、Cd、Zn的濃度。

Cd具有毒性強(qiáng)、污染范圍廣、累積過(guò)程不可逆等特點(diǎn)，是農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的非必需元素，過(guò)量的Cd不僅會(huì)對(duì)植物的正常生理功能造成損壞，進(jìn)入食物鏈后還會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重的威脅[29]。本實(shí)驗(yàn)中，Cd在莎草和蠶豆體內(nèi)的化學(xué)形態(tài)以氯化鈉提取態(tài)和鹽酸提取態(tài)為主，說(shuō)明Cd在植物體內(nèi)與多肽、草酸鹽、果膠酸鹽等多種金屬配位體結(jié)合，這樣既可以使游離態(tài)Cd的含量有所減少，從而使Cd的有效性和移動(dòng)性顯著降低，還可以使Cd2+沉積在細(xì)胞壁上或者將金屬?gòu)?fù)合物從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到液泡中，是植物對(duì)Cd具有較強(qiáng)耐性的重要機(jī)理[30]。植物對(duì)Cd的耐受性與氯化鈉提取態(tài)的含量具有顯著的正相關(guān)性[25]，莎草與蠶豆體內(nèi)氯化鈉提取態(tài) Cd分別占總 Cd的43.05%與23.92%，說(shuō)明莎草對(duì)Cd具有較強(qiáng)的耐受性。與單作相比，莎草體內(nèi)去離子水提取態(tài)、鹽酸提取態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量均有顯著增加現(xiàn)象，蠶豆體內(nèi)去離子水提取態(tài)、氯化鈉提取態(tài)、醋酸提取態(tài)、鹽酸提取態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量均有顯著減少的現(xiàn)象，同時(shí)，間作后，蠶豆Cd的富集系數(shù)顯著降低，而轉(zhuǎn)移系數(shù)與生物轉(zhuǎn)移因子的變化不明顯，此現(xiàn)象說(shuō)明重金屬Cd主要存在于蠶豆根部，而可食部分（地上部）的含量顯著減少。

表3 莎草與蠶豆體內(nèi)Pb、Cd和Zn的含量（mg·kg-1）Table 3 Contents of Pb，Cd and Zn in Cyperus glomeratus L.and Vicia faba L.（mg·kg-1）

表 4 莎草與蠶豆體內(nèi) Pb、Cd、Zn 的累積量（μg·盆-1）Table 4 Accumulation of Pb，Cd and Zn in Cyperus glomeratus L.and Vicia faba L.（μg·pot-1）

Zn是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素之一，參與植物細(xì)胞內(nèi)某些酶的合成，在植物的生理代謝過(guò)程中有著不可忽視的重要作用，過(guò)多或過(guò)少都會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育受阻[31]。在本次實(shí)驗(yàn)中，Zn在莎草和蠶豆體內(nèi)的化學(xué)形態(tài)以醋酸提取態(tài)、去離子水提取態(tài)和氯化鈉提取態(tài)占優(yōu)，說(shuō)明莎草與蠶豆體內(nèi)的Zn以多種形態(tài)存在，可能與植物絡(luò)合素、有機(jī)酸、多糖和金屬硫蛋白等多種金屬螯合物結(jié)合。與單作相比，莎草體內(nèi)乙醇提取態(tài)、醋酸提取態(tài)和鹽酸提取態(tài)Zn均有顯著性增加的現(xiàn)象，蠶豆體內(nèi)在5種化學(xué)提取形態(tài)下的Zn含量均有顯著減少的現(xiàn)象，其原因可能是Zn在植物體中能與多種金屬配位體結(jié)合，這些配位體通過(guò)聯(lián)合作用，共同參與植物體內(nèi)Zn的分布與解毒[18]。表明間作體系會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸、蛋白質(zhì)以及氨基酸等水溶態(tài)和酯溶態(tài)有機(jī)配位體，這些有機(jī)配位體在解毒Zn毒害過(guò)程中起重要作用[32]。并且據(jù)前人研究表明：重金屬Cd和Zn之間存在某種特定的交互作用，Zn能夠與Cd競(jìng)爭(zhēng)非專性粘膜上的吸附點(diǎn)，因此Zn含量的這種變化也可能是由于重金屬Cd、Zn的復(fù)合污染造成的[33]。因此，富集植物莎草與作物蠶豆間作，可以在一定程度上減輕重金屬Pb、Cd、Zn對(duì)蠶豆的毒害作用，但Pb、Cd、Zn在莎草和蠶豆體內(nèi)主要與何種配位體結(jié)合，還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

（1）間作后莎草生物量顯著降低，可溶性糖與葉綠素含量顯著減少；蠶豆地上部的生物量增加。

（2）與蠶豆間作后，莎草根際土壤有效態(tài)Pb的含量顯著增加。莎草體內(nèi)Pb、Cd以氯化鈉提取態(tài)為主，Zn以醋酸、去離子水和氯化鈉提取態(tài)為主；間作后莎草體內(nèi)乙醇提取態(tài)Pb、Zn含量、殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量顯著增加。

（3）與莎草間作后，蠶豆根際土壤有效態(tài)Pb、Cd、Zn的含量顯著增加。蠶豆體內(nèi)Pb、Cd、Zn的含量和累積量，Pb、Cd、Zn 的富集系數(shù)都顯著降低，Pb、Cd 在蠶豆各部位的化學(xué)形態(tài)以活性較低的氯化鈉提取態(tài)和鹽酸提取態(tài)為主，Zn在蠶豆各部位的化學(xué)形態(tài)以醋酸提取態(tài)、去離子水提取態(tài)和氯化鈉提取態(tài)為主。

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