混種不同生態(tài)型富集植物對(duì)鎘脅迫櫻桃幼苗磷鉀養(yǎng)分吸收的影響

石 軍，黃廷友，褚旭東，林立金，廖明安

(1．四川省綿陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川 綿陽(yáng) 621023;2．四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，四川 雅安 625014;3．四川省雅安水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)分站，四川 雅安 625000)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，混種是主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式之一，在我國(guó)具有悠久的歷史，目前在世界各國(guó)尤其在發(fā)展中國(guó)家被廣泛采用［1］?；旆N是指把生育期相近、農(nóng)藝性狀相近，抗性基因不同品種的種子或幼苗按一定的比例混合后種植［2］?；旆N后，不同植物可多層次地利用地上的光能資源和地下水分及養(yǎng)分資源，提高植物復(fù)合群體的產(chǎn)量［3-5］。同時(shí)，混種后的植物形成多樣性的基因或物種，能調(diào)控農(nóng)田小氣候，減少病蟲害發(fā)生，提高單位土地面積的生產(chǎn)力［6-7］。在果樹研究上，李會(huì)科［8］通過在蘋果園種植白三葉和黑麥草，發(fā)現(xiàn)二者都能提高土壤中水解氮、速效磷和速效鉀的含量;何炎森［9］發(fā)現(xiàn)在琯溪蜜柚果園中種草，能夠顯著提高土壤中氮磷鉀的含量;李華［10］也通過研究證實(shí)，在葡萄園行間種草，不僅土壤中的養(yǎng)分含量有所增加，葡萄葉片中的養(yǎng)分也有不同程度的增加。另外在柑桔園、桃園等也有相同的發(fā)現(xiàn)［11-12］。在重金屬脅迫下，由于植物產(chǎn)生的根際效應(yīng)，會(huì)使體內(nèi)生理生化發(fā)生一系列變化。前人對(duì)重金屬脅迫下植物葉綠素合成、光合作用與呼吸作用、細(xì)胞膜透性、抗氧化酶活性以及體內(nèi)物質(zhì)和代謝等方面都進(jìn)行了研究［13-14］，但是對(duì)于營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分吸收方面的報(bào)道較少。

四川省漢源縣有豐富的金屬礦產(chǎn)資源，礦產(chǎn)資源的開采、運(yùn)輸、冶煉、尾礦堆積等活動(dòng)對(duì)礦區(qū)周圍農(nóng)田土壤造成嚴(yán)重的鎘污染［15］，影響了當(dāng)?shù)氐乃?特別是櫻桃)的長(zhǎng)足發(fā)展。鑒于此，本研究以鎘富集植物小飛蓬(Conyza canadensis L．Cronq．)［16］、鎘超富集植物龍葵(Solanum nigrum L．)［17］、鎘和鉛富集植物馬唐(Digitaria sanguinalis L．Scop．)［18-19］和2個(gè)櫻桃品種(甜心櫻桃、那翁櫻桃)為材料，研究不同生態(tài)型富集植物在鎘脅迫下對(duì)櫻桃植株磷和鉀吸收的影響，以期為鉛鋅礦區(qū)櫻桃園土壤鎘污染修復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

2011年8—9月從唐家山鉛鋅礦(四川漢源縣)和四川農(nóng)業(yè)大學(xué)新區(qū)農(nóng)場(chǎng)農(nóng)田(雅安雨城區(qū))分別收集不同生態(tài)型的小飛蓬、龍葵和馬唐種子。櫻桃品種為甜心櫻桃和那翁櫻桃，為常見的品種，在市場(chǎng)上采購(gòu)。

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2011年10月—2012年7月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)新區(qū)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。2011年10月將2種生態(tài)型的小飛蓬種子播種于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)新區(qū)農(nóng)場(chǎng)農(nóng)田的土壤中進(jìn)行育苗;2012年4月，將不同生態(tài)型的龍葵、馬唐種子和櫻桃種子播種于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)新區(qū)農(nóng)場(chǎng)農(nóng)田的土壤中進(jìn)行育苗。礦區(qū)土壤基本理化性質(zhì)為:pH 8．17，有機(jī)質(zhì) 26．56 g/kg，全氮 1．16 g/kg，全磷 1．93 g/kg，全鉀 0．59 g/kg，全鎘 193．24 mg/kg，堿解氮13．14mg/kg，速效磷 0．26mg/kg，速效鉀 7．98 mg/kg，有效態(tài)鎘 16．78 mg/kg;農(nóng)田土壤(非污染土壤)為紫色土，其基本理化性質(zhì)為:pH 6．94，有機(jī)質(zhì) 43．64 g/kg，全氮3．63 g/kg，全磷0．38 g/kg，全鉀17．54 g/kg，全鎘0．103mg/kg，堿解氮 195．00 mg/kg，速效磷 6．25 mg/kg，速效鉀 191．13 mg/kg，有效態(tài)鎘 0．022 mg/kg。

2012年4月，將取自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)新區(qū)農(nóng)場(chǎng)的土壤風(fēng)干，用21 cm×20 cm(直徑×高)塑料盆裝入過6．72 mm(3 目)篩的風(fēng)干土 2．0 kg，加入 10mg/kg 鎘［20］(以 CdCl2·2．5H2O 分析純形式加入土壤中)，保持土壤濕潤(rùn)，放置30 d，不定期翻土混合，使土壤充分混合均勻。

2012 年 5 月移栽植物幼苗，幼苗移栽前每盆施入復(fù)合肥 5 g(m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=18∶10∶12)，混勻。不同生態(tài)型的小飛蓬(6片真葉展開)、馬唐(3葉1心)和龍葵(6片真葉展開)幼苗單種每盆分別種植4株，2個(gè)品種的櫻桃(6片真葉展開)幼苗單種每盆分別種植3株?；旆N的富集植物和櫻桃幼苗分別種植2株，每個(gè)處理重復(fù)3次。盆與盆之間的距離為15 cm，完全隨機(jī)擺放。在整個(gè)生長(zhǎng)過程中不定期的交換盆與盆的位置減弱邊際效應(yīng)對(duì)的影響，并及時(shí)去除其它雜草，防治病蟲害。

1．3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

移栽70 d后取樣，將植物地上部分、地下部分和土壤分別封裝。植物樣品用自來(lái)水將泥土洗凈后，再用去離子水反復(fù)沖洗，于105℃下殺青15 min，70℃烘至恒質(zhì)量，稱量。土壤風(fēng)干后過1 mm篩用于測(cè)定速效磷含量和速效鉀含量。植物全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮，鉬銻抗比色法測(cè)定;植物全鉀含量采用H2SO4-H2O2消煮，火焰分光光度計(jì)法測(cè)定［21］。土壤速效磷含量采用NaHCO3提取，鉬銻抗比色法測(cè)定;土壤速效鉀含量采用NH4OAc提取，火焰分光光度計(jì)法測(cè)定［21］。

1．4 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)采用DPS系統(tǒng)進(jìn)行方差分析(Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較)。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同生態(tài)型富集植物對(duì)鎘脅迫櫻桃植株磷鉀吸收的影響

2．1．1 不同生態(tài)型富集植物對(duì)鎘脅迫櫻桃植株鉀吸收的影響 從表1可以看出，對(duì)于甜心櫻桃，與小飛蓬和馬唐混種后根系和地上部分鉀含量均有不同程度的增高(P＜0．05)，但是不同生態(tài)型的龍葵與甜心櫻桃混種根系和地上部分效果都不顯著(P＞0．5)，且有下降趨勢(shì)。就根系而言，甜心櫻桃與小飛蓬(礦山)混種后鉀含量較單種提高了25．56%，混種馬唐(農(nóng)田)鉀含量較單種增加了26．35%;而龍葵(農(nóng)田)和龍葵(礦山)與甜心櫻桃混種后根系鉀含量分別下降了7．91%、1．84%。就地上部分而言，甜心櫻桃與小飛蓬(礦山)混種后，其地上部分鉀含量較單種提高了60．38%，而龍葵(礦山)和馬唐(礦山)與甜櫻桃混種后地上部分鉀含量較單種差異不顯著(P＞0．5)。

表1 不同生態(tài)型富集植物對(duì)鎘脅迫櫻桃植株鉀吸收的影響Tab．1 The different ecotype of accumulator plants affected potassium absorption of cherry under cadm ium stress

對(duì)于那翁櫻桃，小飛蓬(礦山)與其混種后根系和地上部分鉀含量都較單種有顯著的提高(P＜0．05)，而2種不同生態(tài)型的龍葵對(duì)于那翁櫻桃鉀含量效果不顯著甚至降低了其鉀含量。就根系而言，那翁櫻桃與馬唐(礦山)混種后鉀含量較單種提高了24．79%，與小飛蓬(農(nóng)田)和小飛蓬(礦山)混種后鉀含量較單種分別提高了14．25%、15．67%，而與其他3種生態(tài)型的植物混種后，根系鉀含量較單種都有不同程度的降低(7．12%～11．97%)。就地上部分而言，那翁櫻桃與小飛蓬(礦山)混種后地上部分鉀含量較單種提高了56．52%，與小飛蓬(農(nóng)田)、龍葵(礦山)無(wú)顯著差異(P＞0．05)，而與龍葵龍?zhí)?、馬唐(農(nóng)田)和馬唐(礦山)混種后，鉀含量都有不同程度的下降(27．95%～63．78%)。

2．1．2 不同生態(tài)型富集植物對(duì)鎘脅迫櫻桃植株磷吸收的影響 從表2可以看出，甜心櫻桃和龍葵(農(nóng)田)混種對(duì)于甜心櫻桃根系和地上部分磷含量是最優(yōu)的，較單種分別提高了9．01%、33．45%。就根系而言，除去馬唐(礦山)，甜心櫻桃和其他幾種不同生態(tài)型富集植物混種后磷含量較單種差異都不顯著(P＞0．05)，而甜心櫻桃與馬唐(礦山)混種后根系磷含量降低了18．59%;就地上部分來(lái)看，甜心櫻桃與馬唐(礦山)混種后，其磷含量降低了17．08%，而與其他種類混種后磷含量都有不同程度的增加(P＜0．05)，尤其是龍葵(農(nóng)田)和小飛蓬(農(nóng)田)，分別提高了33．46%、31．67%。

對(duì)于那翁櫻桃，其和小飛蓬(農(nóng)田)混種后根系和地上部分磷含量都比較高，較單種分別提高了15．65%、26．95%。就根系而言，幾種混種方式和那翁櫻桃單種差異都不顯著(P＞0．05)。就地上部分來(lái)說(shuō)，2種不同生態(tài)型的小飛蓬與那翁櫻桃混種后，那翁櫻桃地上部磷含量都有較大提高，與小飛蓬(農(nóng)田)和小飛蓬(礦山)混種后分別提高了26．95%、16．17%，相反與2種不同生態(tài)型的馬唐混種后那翁櫻桃地上部磷含量都不同程度的降低，分別為44．31%、46．41%。

表2 不同生態(tài)型富集植物對(duì)鎘脅迫櫻桃植株磷吸收的影響Tab．2 The different ecotype of accumulator p lants affected phosphorus absorption of cherry under cadm ium stress

2．2 混種櫻桃對(duì)不同生態(tài)型富集植物植株磷鉀吸收的影響

2．2．1 混種櫻桃對(duì)不同生態(tài)型富集植物植株鉀吸收的影響 從表3可以看出，混種對(duì)于不同生態(tài)型的小飛蓬、馬唐和龍葵根系的鉀含量都有不同程度的提高(馬唐礦山與甜櫻桃混種除外)。就根系而言，縱向比較可知單種小飛蓬鉀含量要大大高于其他種類，與甜心櫻桃和那翁櫻桃混種后2種生態(tài)型的小飛蓬鉀含量也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他種類。

就地上部分而言，混種甜心櫻桃和那翁櫻桃對(duì)于3種不同生態(tài)型的植物鉀含量都有所提高，特別是對(duì)于馬唐:馬唐(農(nóng)田)與甜心櫻桃和那翁櫻桃混種后地上部鉀含量較單種分別提高了206．42%、217．17%，馬唐(礦山)與甜心櫻桃和那翁櫻桃混種后地上部鉀含量較單種分別提高了68．75%、109．95%。但是仍然以2種不同生態(tài)型小飛蓬的鉀含量更高，所以推測(cè)，小飛蓬是一種吸收鉀元素比較高的植物。

表3 混種櫻桃對(duì)不同生態(tài)型富集植物植株鉀吸收的影響Tab．3 Intercropping w ith cherry affected potassium absorption of different ecotype of accumulator p lants

表4 混種櫻桃對(duì)不同生態(tài)型富集植物植株磷吸收的影響Tab．4 Intercropping w ith cherry affected phosphorus absorp tion of different ecotype of accumulator p lants

2．2．2 混種櫻桃對(duì)不同生態(tài)型鎘富集植物植株磷吸收的影響 從表4可以看出，混種后3種不同生態(tài)型的植物不管是根系還是地上部分較單種時(shí)的磷含量都有有增加，說(shuō)明混種對(duì)于提高幾種植物的磷含量具有顯著的作用。就根系而言，小飛蓬(農(nóng)田)不管是單種還是與櫻桃混種，其磷含量都要顯著的高于其他種類，而馬唐的磷含量最低。就地上部分來(lái)看，雖然含量最高的小飛蓬(農(nóng)田)，但是混種對(duì)于馬唐(農(nóng)田)磷含量影響最大，混種甜心櫻桃和那翁櫻桃后磷含量分別較單種提高了80．73%、102．18%。綜上可以得知，小飛蓬(農(nóng)田)是一種吸收磷含量最高的植物，而通過混種，含磷量提高最多的是馬唐(農(nóng)田)，這說(shuō)明了不管是混種甜心櫻桃還是那翁櫻桃都有利于馬唐(農(nóng)田)對(duì)磷的轉(zhuǎn)運(yùn)。

2．3 混種對(duì)植物生物量的影響

2．3．1 不同混種方式對(duì)櫻桃生物量的影響 由表5可以看出，對(duì)于甜心櫻桃和那翁櫻桃，混種都不同程度的降低了生物量(P＜0．05)，其生物量大小依次為單種，混小飛蓬，混馬唐，混龍葵。就甜心櫻桃，與小飛蓬(農(nóng)田)和小飛蓬(礦山)混種后，生物量分別下降了43．75%、48．8%;與龍葵(農(nóng)田)和龍葵(礦山)混種后，生物量分別下降了63．64%、76．14%;與馬唐(農(nóng)田)和馬唐(礦山)混種后，生物量都下降了53．84%。

就那翁櫻桃而言，與小飛蓬(農(nóng)田)和小飛蓬(礦山)混種后，生物量分別下降了47．34%、47．87%;與龍葵(農(nóng)田)和龍葵(礦山)混種后，生物量分別下降了68．62%、80．85%;與馬唐(農(nóng)田)和馬唐(礦山)混種后，生物量分別下降了 64．89%、59．57%。

表5 不同混種方式對(duì)櫻桃整株生物量的影響Tab．5 The different intercroppingmode affected biomass of whole cherry

2．3．2 不同混種方式對(duì)不同生態(tài)型富集植物植株生物量的影響 由表6可知，對(duì)于生長(zhǎng)在農(nóng)田的植物，不管混種甜心櫻桃還是那翁櫻桃都較單種降低了其生物含量，小飛蓬混甜心櫻桃和那翁櫻桃比單種分別降低了53．42%、26．03%;龍葵與甜心櫻桃和那翁櫻桃混種后生物量比單種分別降低了7．43%、15．54%;馬唐與甜心櫻桃和那翁櫻桃混種后生物量比單種分別降低了30．14%、35．16%。

對(duì)于生長(zhǎng)在礦山的植物，小飛蓬混甜心櫻桃和那翁櫻桃比單種分別增加了10．53%、15．79%;龍葵與甜心櫻桃和那翁櫻桃混種后生物量比單種分別降低了20．00%、12．22%;馬唐與甜心櫻桃和那翁櫻桃混種后生物量比單種分別降低了58．16%、55．44%。

表6 不同混種方式對(duì)不同生態(tài)型富集植物植株生物量的影響Tab．6 The different intercroppingmode affected biomass of different ecotype of accumulator plants

3 結(jié)論與討論

混種利用生物的多樣性，通過品種之間的合理搭配，能夠有效地提高土地利用率和生產(chǎn)率，不僅能增加作物的產(chǎn)量、改善質(zhì)量，同時(shí)還能防治病蟲害［22］。在混種方面研究的最多的是玉米和大豆2種作物，前人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)二者混種能夠增加植株內(nèi)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，比如在豆科/禾本科混種體系中，由于豆科作物的固氮作用，使種間氮素的促進(jìn)作用更加明顯，同時(shí)為了滿足禾本科作物對(duì)養(yǎng)分的需求，豆科作物固定的氮素會(huì)向禾本科作物中轉(zhuǎn)移［23-24］。另外Ta和Faris［25］在對(duì)苜宿/梯木草的研究中證實(shí)了這一現(xiàn)象，梯木草吸收氮的25%來(lái)源于苜宿自身固氮的轉(zhuǎn)移。李淑敏等［26］通過研究發(fā)現(xiàn)玉米/鷹嘴豆混種促進(jìn)了玉米對(duì)有機(jī)磷的吸收。本試驗(yàn)結(jié)果表明，櫻桃與不同生態(tài)條件下的富集植物混種后，植株根系和地上部分吸收的磷鉀含量是不相同的。櫻桃與小飛蓬混種后植株磷鉀含量都顯著增加，而與龍葵和馬唐混種后磷鉀含量變化不大，甚至降低。與櫻桃相反，混種之后，不同生態(tài)條型富集植物根系和地上部分的磷鉀含量都有不同程度的增加。這與不同植物之間對(duì)磷鉀養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)吸收有關(guān)，也與前人的研究［25-26］一致。同時(shí)，混種后，櫻桃和不同生態(tài)型富集植物的生物量都較單種都降低了，這與櫻桃和富集植物的生長(zhǎng)空間競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)。說(shuō)明在鎘脅迫條件下，針對(duì)不同的植物種類，要選擇不同的富集植物，才能起到增加養(yǎng)分的目的。而對(duì)于櫻桃來(lái)說(shuō)，與小飛蓬混種能夠更好的吸收土壤中的養(yǎng)分。

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