續(xù)斷菊與蠶豆間作下土壤部分化學(xué)特征與Cd形態(tài)分布狀況研究

譚建波，湛方棟，劉寧寧，李　元，祖艷群

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

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續(xù)斷菊與蠶豆間作下土壤部分化學(xué)特征與Cd形態(tài)分布狀況研究

譚建波，湛方棟，劉寧寧，李元，祖艷群*

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

摘要：通過田間試驗(yàn)，研究間作和單作兩種種植模式下植物根際土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷和不同形態(tài)Cd分布狀況變化，考察綜合因素對土壤重金屬Cd形態(tài)分布狀況與續(xù)斷菊（Sonchus asper L.Hj11）和蠶豆（Vicia faba L.）兩種植物吸收Cd的影響。結(jié)果表明：隨著植物的生長，單作蠶豆與單作續(xù)斷菊土壤pH值沒有顯著變化，間作土壤pH值下降0.11個單位；間作土壤有機(jī)質(zhì)比單作蠶豆和單作續(xù)斷菊分別增加12.64％和20.13％；隨著植物的生長，間作與單作蠶豆堿解氮含量分別顯著增加139.87％、155.15％；間作與單作續(xù)斷菊土壤速效鉀含量接近，變幅在5％左右，單作蠶豆下降10.60％；不同種植模式土壤速效磷含量均呈現(xiàn)下降趨勢，間作顯著下降7％左右，單作蠶豆與續(xù)斷菊下降量接近；各時期Cd各形態(tài)含量分布為可交換態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>有機(jī)物結(jié)合態(tài)；成熟期間作Cd可交換態(tài)含量比單作蠶豆與單作續(xù)斷菊分別下降21.98％、22.13％，碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)物結(jié)合態(tài)含量沒有差異性；間作蠶豆生物量相比單作降低了24.77％，間作續(xù)斷菊生物量相比單作增加15.29％；單作蠶豆根、葉、豆莢與籽粒Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著大于間作蠶豆，間作續(xù)斷菊地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著大于單作，根部無差異。總之，間作增強(qiáng)了續(xù)斷菊對Cd的吸收，降低了蠶豆對Cd的吸收。

關(guān)鍵詞：間作；根際土壤；速效養(yǎng)分；鎘

譚建波，湛方棟，劉寧寧，等.續(xù)斷菊與蠶豆間作下土壤部分化學(xué)特征與Cd形態(tài)分布狀況研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，35（1）：53-60.

TAN Jjan-bo，ZHAN Fang-dong，LIU Njng-njng，et a1. Soj1 chemjca1 propertjes and Cd form djstrjbutjon jn Viciafabaand Sonchus asper jntercroppjng system [J]. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（1）：53-60.

礦糧復(fù)合區(qū)，指該區(qū)域不僅歸屬于糧食主產(chǎn)區(qū)，同時歸屬于礦產(chǎn)資源主產(chǎn)區(qū)，是礦產(chǎn)和糧食復(fù)合主產(chǎn)區(qū)的簡稱[1]。在我國的礦糧復(fù)合區(qū)，礦產(chǎn)資源的開?導(dǎo)致農(nóng)田土壤及其生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染日益嚴(yán)重，受重金屬含量超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品主要產(chǎn)自中、輕度重金屬污染的礦糧復(fù)合區(qū)。會澤縣是云南省大型的鉛鋅礦之一[2-3]，長期的土法冶煉對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，尤其對農(nóng)田土壤肥力造成影響[4]。

間作是我國農(nóng)業(yè)的重要耕作模式之一，合理間作在增加作物產(chǎn)量、提高土地利用率、有效利用光熱資源、促進(jìn)水分和養(yǎng)分吸收利用、增強(qiáng)作物抗病性等方面有著巨大優(yōu)勢，在提高農(nóng)業(yè)資源利用率、增加產(chǎn)量等方面已有較深入的研究[5-7]，而在重金屬中、輕度污染的礦糧復(fù)合區(qū)農(nóng)田，通過將某種重金屬的低累積作物與相應(yīng)的重金屬富集植物或其他非食用?濟(jì)作物種植在一起，可以同時?變多種影響土壤重金屬有效態(tài)含量的土壤理化因素，從而有可能實(shí)現(xiàn)在修復(fù)土壤重金屬污染的同時，收獲達(dá)到一定衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)產(chǎn)品，達(dá)到治理和生產(chǎn)同時進(jìn)行的目的[8-10]。針對當(dāng)前我國農(nóng)田污染特別是重金屬污染日趨嚴(yán)重的背景，選擇合適的植物，組成具有一定功能的農(nóng)業(yè)復(fù)合體系，以實(shí)現(xiàn)對污染農(nóng)田的邊生產(chǎn)邊修復(fù)，是一符合我國國情的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新措施[11-12]。

土壤中的重金屬進(jìn)入植物體內(nèi)能對植物產(chǎn)生毒害作用，輕則植物體的代謝過程發(fā)生紊亂，生長發(fā)育受阻，重則導(dǎo)致植物死亡[13]。土壤中能直接被植物吸收的重金屬生物有效態(tài)含量決定重金屬對植物的危害程度，土壤中有效態(tài)重金屬含量越高，作物生長所受到的危害越大。決定土壤重金屬生物有效性的因素主要包括土壤重金屬全量水平、土壤酸堿度、有機(jī)質(zhì)含量、土壤氧化還原水平、陽離子交換量、土壤礦物組成、土壤質(zhì)地和類型以及土壤中各元素間的相互作用等，通常認(rèn)為pH和有機(jī)質(zhì)是主要的影響因素[14-16]。

植物對Cd的吸收和累積受多種因素影響，包括植物種類、Cd形態(tài)和根際土壤理化性質(zhì)等方面。為了探究續(xù)斷菊與蠶豆間作后根際理化性質(zhì)?變及對Cd形態(tài)的影響，本文以Cd富集植物續(xù)斷菊與蠶豆作為研究材料，通過田間試驗(yàn)，研究間作和單作兩種種植模式下植物根際土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷和不同形態(tài)Cd分布狀況變化，考察綜合因素影響下對土壤重金屬Cd形態(tài)分布狀況與續(xù)斷菊和蠶豆兩種植物吸收Cd的影響，豐富間作對植物根際理化環(huán)境影響的相關(guān)信息，明確蠶豆與續(xù)斷菊間作對Cd形態(tài)分布狀況與續(xù)斷菊和蠶豆兩種植物吸收Cd的影響，進(jìn)而為促進(jìn)重金屬污染農(nóng)用地修復(fù)實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與方法

本試驗(yàn)選取蠶豆（尼加拉）、續(xù)斷菊（當(dāng)?shù)刂亟饘俑患参铮樵囼?yàn)材料，于2014年9月至2015年4月進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)地點(diǎn)位于云南省會澤縣者海鎮(zhèn)瑪色卡村（103°38'12″E、26°34'21″N），平均海拔2120 m，礦區(qū)氣候溫和，雨量充沛，屬溫帶山地半潮濕氣候，具有獨(dú)特的高原季風(fēng)氣候和豐富的立體氣候特點(diǎn)。土壤背景值為：全磷15.8 g.kg-1，速效磷28.2 mg.kg-1，速效鉀122 mg.kg-1，堿解氮59.98 mg.kg-1，有機(jī)質(zhì)16.1 g.kg-1，鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)25 mg.kg-1，pH5.5。

試驗(yàn)設(shè)置續(xù)斷菊｜蠶豆間作（2行續(xù)斷菊，1行蠶豆）、蠶豆單作、續(xù)斷菊單作3種種植模式，3個重復(fù)。續(xù)斷菊單作、蠶豆單作、間作株行距均是10 cm。每個小區(qū)面積為3 m×2 m，小區(qū)間筑埂，隨機(jī)排列，共9個小區(qū)。蠶豆與續(xù)斷菊株行距均為10 cm，均為單株種植，行距和株距設(shè)置均為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民廣泛?用模式，符合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況。續(xù)斷菊使用烤煙型基質(zhì)和漂盤育苗，待苗長到5～6 cm，選擇長勢良好、大小均一的幼苗在蠶豆播種時（9月26日）進(jìn)行移栽。

施肥用量為磷肥（P2O5）75 kg.hm-2，鉀肥（K2O）75 kg.hm-2。蠶豆、續(xù)斷菊全部磷鉀肥基施，不追施磷鉀肥，不施氮肥。按常規(guī)方法進(jìn)行田間管理。

1.2采樣方法及預(yù)?理

分別在蠶豆幼苗期（10月31日）、花蕾期（12月31日）、成熟期（3月31日）對單作和間作小區(qū)?樣，每小區(qū)每次隨機(jī)多點(diǎn)?樣作為一個混合樣品，?用抖土法收集根際土壤。土壤樣品陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，剔除樣品中植物根系、有機(jī)殘渣以及可見侵入體，用木質(zhì)工具碾碎并用瑪瑙研缽研磨，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝筮^1 mm和0.25 mm篩備用。

將續(xù)斷菊分成地上和地下兩部分，蠶豆分成根、莖、葉、豆莢、籽粒5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 mjn，然后70℃烘干至恒重，分別測定干物質(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。

1.3土壤理化性質(zhì)及Cd形態(tài)測定

土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷的測定方法參照鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》和呂貽忠《土壤學(xué)實(shí)驗(yàn)》。不同形態(tài)（可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)物結(jié)合態(tài)）的Cd含量?用Tessjer連續(xù)浸提-原子吸收分光光度法測定（4520-TF原子吸收分光光度計，蘇州）。

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?用石墨爐-原子吸收光譜法測定Cd含量。

1.4數(shù)據(jù)?理方法

數(shù)據(jù)?用Exce1 2003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、各Cd形態(tài)之間的差異性、相關(guān)性?用SPSS17.0軟件分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同種植模式對土壤pH值、有機(jī)質(zhì)影響

不同種植模式下，單作蠶豆與單作續(xù)斷菊pH值在整個生育期沒有出現(xiàn)差異性，間作土壤pH值呈下降趨勢，成熟期相對于幼苗期下降0.11個單位（表1）。成熟期，間作土壤有機(jī)質(zhì)含量比單作蠶豆和單作續(xù)斷菊分別增加12.64％、20.13％（表2）。

表1　不同種植模式土壤pH值Tab1e 1 Soj1 pH va1ues jn djfferent croppjng systems

表2　不同種植模式土壤有機(jī)質(zhì)含量（g.kg-1）Tab1e 2 Soj1 organjc matter content jn djfferent croppjng systems（g.kg-1）

2.2不同種植模式對土壤速效養(yǎng)分影響

2.2.1土壤堿解氮含量

由圖1可見，間作與單作蠶豆土壤堿解氮含量從幼苗期至成熟期均表現(xiàn)出遞增趨勢，成熟期堿解氮含量相對于幼苗期分別顯著增加139.87％、155.15％，間作與單作蠶豆土壤堿解氮含量在每個蠶豆生育期變化量接近；單作續(xù)斷菊土壤堿解氮含量?下降（幼苗期至花蕾期）、后上升（花蕾期至成熟期），最終相對于幼苗期增加13.01％。間作與單作蠶豆成熟期土壤堿解氮含量分別為152.32、152.99 mg.kg-1，均比單作續(xù)斷菊增加32.75％左右。

圖1　不同種植模式土壤堿解氮含量Fjgure 1 Soj1 avaj1ab1e N content jn djfferent croppjng systems

2.2.2土壤速效鉀含量

由圖2可見，間作與單作續(xù)斷菊土壤速效鉀含量接近，整個生育期速效鉀含量變化沒有差異性；成熟期單作蠶豆速效鉀含量相對于幼苗期下降10.60％。間作與單作續(xù)斷菊成熟期土壤速效鉀含量分別為216.64、218.81 mg.kg-1，顯著大于單作蠶豆土壤速效鉀含量175.06 mg.kg-1。

2.2.3土壤速效磷含量

不同種植模式土壤速效磷含量從幼苗期至成熟期均呈現(xiàn)下降趨勢，間作顯著下降7％左右，單作蠶豆與單作續(xù)斷菊下降量接近，且每個生育期的間作速效磷含量均大于單作續(xù)斷菊、單作蠶豆。由圖3可知，在三個生育期內(nèi)間作件下根際速效磷的含量，與單作蠶豆相比，其變化幅度分別為6.90％、1.19％、3.47％；與單作續(xù)斷菊相比，其變化幅度分別為7.14％，2.65％、3.19％[計算式（PI-PS）/PS；PI為間作件下的根際速效磷含量，PS為單作件下根際速效磷含量]。

圖2　不同種植模式土壤速效鉀含量Fjgure 2 Soj1 avaj1ab1e K content jn djfferent croppjng systems

圖3　不同種植模式土壤速效磷含量Fjgure 3 Soj1 avaj1ab1e P content jn djfferent croppjng systems

2.3不同種植模式對Cd形態(tài)影響

圖4顯示三種種植模式Cd各形態(tài)含量分布狀況在不同生育期均表現(xiàn)為可交換態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>有機(jī)物結(jié)合態(tài)；三個生育期均是間作件下可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)物結(jié)合態(tài)四種形態(tài)含量總和小于單作蠶豆與單作續(xù)斷菊。

圖4　不同生育期不同種植模式Cd形態(tài)分布狀況Fjgure 4 Djstrjbutjon of Cd fractjons jn djfferent croppjng systems at djfferent growth stages

可交換態(tài)含量在間作種植模式下，成熟期相比幼苗期顯著下降17.48％，單作續(xù)斷菊沒有顯著變化，可交換態(tài)平均含量4.77 mg.kg-1，單作蠶豆在幼苗期與花蕾期顯著下降；整個生育期，間作、單作續(xù)斷菊、單作蠶豆三種種植模式碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)物結(jié)合態(tài)含量均未出現(xiàn)差異性，碳酸鹽結(jié)合態(tài)平均含量分別為3.51、3.73、3.80 mg.kg-1，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)平均含量分別為2.52、2.68、2.91 mg.kg-1，有機(jī)物結(jié)合態(tài)平均含量均在1.59 mg.kg-1左右。

成熟期可交換態(tài)含量間作比單作蠶豆與單作續(xù)斷菊分別下降21.98％、22.13％，碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)物結(jié)合態(tài)沒有差異性。

2.4不同種植模式對蠶豆與續(xù)斷菊生物量、Cd含量影響

間作蠶豆的單株總生物量（根+莖+葉+豆莢+籽粒）小于單作蠶豆，單作蠶豆與間作蠶豆均是籽粒干質(zhì)量（生物量）最大，且間作蠶豆籽粒干質(zhì)量顯著小于單作蠶豆籽粒干質(zhì)量（圖5），間作后相比單作降低了39.98％?？傮w來看，間作蠶豆單株生物量相比單作降低了24.77％。間作與單作續(xù)斷菊單株生物量均表現(xiàn)為地上部>根部，間作續(xù)斷菊地上部干質(zhì)量顯著大于單作續(xù)斷菊地上部干質(zhì)量（圖5）。間作后，續(xù)斷菊單株生物量相比單作增加15.29％。

圖5　不同種植模式蠶豆、續(xù)斷菊植株生物量Fjgure 5 Bjomass of V. faba and S. asper jn djfferent croppjng systems（g.p1ant-1）

成熟期，單作與間作蠶豆根、葉、豆莢與籽粒Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異顯著，單作與間作均是根部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，籽粒Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)最?。▓D6），且間作蠶豆根、莖、葉、豆莢與籽粒平均Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)（5.86 mg.kg-1）小于單作平均Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)（7.06 mg.kg-1）。

圖6　不同種植模式蠶豆各器官Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fjgure 6 Content of Cd jn djfferent parts of V. faba jn djfferent croppjng systems

成熟期間作續(xù)斷菊地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)19.29 mg. kg-1顯著大于單作續(xù)斷菊地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)13.26 mg.kg-1，間作與單作續(xù)斷菊根部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為19.69、18.67 mg.kg-1，沒有差異性（圖7）。間作后續(xù)斷菊的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)0.98大于單作續(xù)斷菊轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)0.71，間作有效轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)3.13大于單作1.95 [續(xù)斷菊轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=植物地上部含量/根部含量；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）]。

圖7　不同種植模式續(xù)斷菊各器官Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fjgure 7 Content of Cd jn djfferent parts of S. asper jn djfferent croppjng systems

3　討論

3.1間作對Cd形態(tài)分布狀況的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，幼苗期單作續(xù)斷菊土壤堿解氮含量顯著大于間作和單作蠶豆，隨著時間的推移，間作和單作蠶豆土壤堿解氮含量呈增長趨勢，但間作土壤堿解氮含量變化率在花蕾期后大于單作蠶豆，成熟期時均比單作續(xù)斷菊增加32.75％左右。可能由于豆科植物生長初期，植株所需氮量多來源于土壤本身，其主要原因是作物根系尚未發(fā)育完善，結(jié)瘤和固氮過程尚未啟動，隨著植株根系的發(fā)達(dá)，固氮能力增強(qiáng)[17]。此外，可能是豆科與非豆科作物間作，由于非豆科作物可以更多地利用土壤氮素，降低高氮件下的“氮阻礙”作用，提高豆科作物的固氮比率[18]，豆科作物固定的氮素，可以部分通過根際轉(zhuǎn)移到非豆科作物中，?善了非豆科作物的供氮件，從而有利于非豆科作物生長[19]。蠶豆｜續(xù)斷菊間作，間作續(xù)斷菊生物量的增加主要源于可利用光能的增加以及大豆固氮對續(xù)斷菊氮營養(yǎng)的貢獻(xiàn)，而間作蠶豆生物量的減少則主要由于續(xù)斷菊對蠶豆的遮光，減少了蠶豆可利用的光能[20-21]。蠶豆、大豆通過生物固氮作用，將更多的土壤氮素留給與之間作的玉米使用，從而有利于玉米氮的吸收和積累[22]。在成熟期的間作土壤堿解氮比單作續(xù)斷菊增加32.75％左右，間作Cd可交換態(tài)含量比單作續(xù)斷菊下降22.13％，氮素的硝化作用生成HNO2、HNO3，促進(jìn)土壤中重金屬溶解而發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化[23]。

試驗(yàn)結(jié)果表明根際速效磷含量隨時間的推移呈下降趨勢，間作根際速效磷含量相對于單作蠶豆、續(xù)斷菊模式提高7％左右，表明間作促進(jìn)了根際磷的活化?？赡苁怯捎陂g作件下對根際磷養(yǎng)分的活化作用明顯強(qiáng)于單作，使更多的閉蓄態(tài)磷轉(zhuǎn)化為速效磷，提高了根際磷養(yǎng)分的含量[24]。豆科作物固氮過程中釋放出H+，酸化根際土壤，活化土壤中難溶性磷，供另一作物利用[25]。單作蠶豆與單作續(xù)斷菊件下根際速效磷含量在整個蠶豆生育期無明顯變化，間作根際速效磷明顯下降7.16％，可能是間作延緩了作物根系的衰老，使蠶豆和續(xù)斷菊根系在生育后期仍保持較強(qiáng)的根系活力，有一定的養(yǎng)分吸收能力所致[26]。成熟期間作根際速效磷含量相對于單作蠶豆、續(xù)斷菊模式提高7％左右，間作Cd可交換態(tài)含量比單作蠶豆與單作續(xù)斷菊分別下降21.98％、22.13％，當(dāng)土壤中速效磷的含量充足時，重金屬元素會與之形成難溶性磷酸鹽，降低重金屬元素在根際土壤中的活動性和移動性[27]。

成熟期間作根際速效鉀含量顯著大于單作蠶豆，間作Cd可交換態(tài)含量比單作蠶豆下降21.98％，可能是由于土壤顆粒對K+離子的解吸附作用，使K+離子很容易與重金屬元素發(fā)生置換而降低重金屬元素在根際土壤中的生物利用度[23]?？傊傩У?、磷與重金屬元素呈負(fù)相關(guān)，速效鉀與重金屬元素呈正相關(guān)[27]。

試驗(yàn)結(jié)果表明Cd各形態(tài)中占絕對優(yōu)勢的是可交換態(tài)，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)物結(jié)合態(tài)含量很少，而碳酸鹽結(jié)合態(tài)含量居中，與宋菲等[28]對紅壤、棕壤中重金屬形態(tài)分布研究一致。間作種植模式下Cd可交換態(tài)含量在成熟期比幼苗期顯著下降17.48％，而單作續(xù)斷菊種植模式Cd可交換態(tài)含量沒有顯著差異，其原因可能是：①由于在大量有機(jī)質(zhì)件下，植物生長更快，生物量更大，對土壤中Cd的吸收更多，導(dǎo)致成熟期土壤中可交換態(tài)含量降低[29]。②在間作體系中，根系分泌物對根際環(huán)境物理、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土壤重金屬的有效性以及植物對重金屬的吸收產(chǎn)生重要影響[30-32]，所以導(dǎo)致間作后Cd可交換態(tài)含量下降可能原因是續(xù)斷菊與蠶豆間作后，通過根系分泌有機(jī)酸與Cd進(jìn)行螯合作用，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Cd具有強(qiáng)吸收作用[33]。③pH值通過影響土壤表面電荷性質(zhì)和鎘離子的存在形態(tài)而影響鎘離子的吸附，植物根系分泌物H2CO3及其他酸性物質(zhì)可降低根際土壤的pH值，pH能夠影響無機(jī)碳含量，影響碳酸鹽的形成和溶解，促進(jìn)植物碳酸鹽結(jié)合態(tài)對重金屬的吸收，因此使鎘化學(xué)形態(tài)在交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)之間轉(zhuǎn)移。間作種植模式下土壤pH值下降0.11個單位，形成較多的碳酸鹽絡(luò)合物而使鎘有效性降低[29]。④有機(jī)質(zhì)是一種有效的吸附劑，有機(jī)質(zhì)通過?變土壤表面負(fù)電荷數(shù)量以及與鎘離子發(fā)生不同的化學(xué)反應(yīng)而起作用，能極大地降低重金屬離子的活度[29]。蔣煜峰等[34]在土壤中加入腐植酸后，使土壤溶液中的有機(jī)質(zhì)含量增加，同時提高了土壤中鐵錳氧化物的活性，使鐵錳氧化物結(jié)合重金屬的能力增強(qiáng)，隨著腐植酸濃度的增大，這種作用越強(qiáng)，使氧化物結(jié)合重金屬離子的能力增強(qiáng)，土壤中氧化物結(jié)合態(tài)的重金屬離子含量增加。有機(jī)肥的施用促使交換態(tài)Cd向鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)與有機(jī)物結(jié)合態(tài)Cd轉(zhuǎn)化[35]，形成的絡(luò)合物穩(wěn)定性較高，導(dǎo)致鎘有效性相對較低[36]。范文宏等[37]?用連續(xù)提取法分析沉積物添加胡敏酸后，重金屬（Cd，Cu，Zn，Pb和Nj）的形態(tài)分布狀況結(jié)果顯示：隨著胡敏酸的加入，重金屬的可交換態(tài)含量都不同程度的降低，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)含量不同程度的增加，有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)含量有所提高。

成熟期，間作土壤有機(jī)質(zhì)含量比單作蠶豆和單作續(xù)斷菊分別增加12.64％、20.13％，間作可交換態(tài)含量比單作蠶豆與單作續(xù)斷菊分別下降21.98％、22.13％。土壤中有機(jī)質(zhì)的增加?變土壤中重金屬元素的化學(xué)形態(tài)分布[29]。張亞麗等[38]研究結(jié)果表明：施用有機(jī)肥后，土壤有效態(tài)鎘含量顯著降低，降幅約為40％。污染土壤中鎘的形態(tài)與腐殖質(zhì)較高性能的絡(luò)合作用有關(guān)，腐殖質(zhì)含量高，強(qiáng)力的吸附和絡(luò)合作用造成Cd可交換態(tài)降低，而其他形態(tài)含量增加。因此，對重金屬污染土壤進(jìn)行治理和修復(fù)時可利用土壤有機(jī)質(zhì)含量對重金屬形態(tài)的影響。

3.2間作對蠶豆和續(xù)斷菊吸收Cd的影響

從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，成熟期間作續(xù)斷菊轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于單作，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，對Cd累積能力增強(qiáng)。衛(wèi)澤斌等[39]研究表明，間作方式可以提高植物對重金屬的提取效率。成熟期間作蠶豆根、葉、豆莢Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著小于單作蠶豆，說明間作降低了根、葉、豆莢對重金屬Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)，使間作蠶豆籽粒Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著小于單作。玉米｜續(xù)斷菊間作成熟期，單作玉米根、莖、葉、籽粒Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著大于間作玉米，單作續(xù)斷菊根部、地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異顯著小于間作續(xù)斷菊[40]。將富集植物和農(nóng)作物間作用于污染土壤的植物修復(fù)，富集植物能抑制農(nóng)作物對重金屬的吸收量，同時能提高富集植物對重金屬的提取效率。蠶豆與續(xù)斷菊在間作體系下，既能增強(qiáng)富集植物續(xù)斷菊對Cd的吸收，又能降低農(nóng)作物蠶豆對Cd的吸收，是一種“雙贏”模式。

4　結(jié)論

（1）間作模式下，土壤pH值下降0.11個單位，土壤有機(jī)質(zhì)比單作增加12.64％～20.13％，堿解氮含量顯著增加139.87％，速效磷含量顯著下降7％，速效鉀含量無顯著變化。

（2）間作Cd可交換態(tài)含量比單作顯著下降，其余形態(tài)沒有差異性。

（3）間作單株蠶豆生物量相比單作降低了24.77％，間作單株續(xù)斷菊生物量相比單作增加15.29％。

（4）單作蠶豆根、葉、豆莢與籽粒Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著大于間作蠶豆，間作續(xù)斷菊地上部Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著大于單作，根部無顯著性差異。總之，間作后增強(qiáng)續(xù)斷菊對Cd的吸收，降低蠶豆對Cd的吸收。

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Soil chemical properties and Cd form distribution in Vicia faba and Sonchus asper intercropping system

TAN Jjan-bo，ZHAN Fang-dong，LIU Njng-njng，LI Yuan，ZU Yan-qun*
（Co11ege of Resources and Envjronment，Yunnan Agrjcu1tura1 Unjversjty，Kunmjng 650201，Chjna）

Abstract：Intercroppjng food crops wjth p1ants wjth hjgh meta1-accumu1atjng abj1jty may reduce the accumu1atjon of meta1s jn the food crops. In thjs study，a fje1d p1ot experjment was conducted to examjne soj1 chemjca1 propertjes（pH va1ue，organjc matter，avaj1ab1e njtrogen，avaj1ab1e potassjum，and avaj1ab1e phosphorus），soj1 Cd form djstrjbutjon，and p1ant Cd accumu1atjon jn monocu1ture and jntercroppjng systems of Sonchus asper L. Hj11 and Vicia faba L. Resu1ts jndjcated that：（1）Durjng the experjmenta1 perjod，soj1 pH va1ues jn V. faba and S. asper monocu1turjng p1ots djd not sjgnjfjcant1y change，but dec1jned by 0.11 unjts jn jntercroppjng p1ot，compared wjth the jnjtja1 soj1.（2）Soj1 organjc matter content jn the jntercroppjng p1ot was 12.64％ and 20.13％ hjgher than that jn V. Faba monocu1ture and S. asper monocu1ture，respectjve1y.（3）Compared wjth the jnjtja1 soj1，jntercroppjng and monocroppjng V. faba jncreased soj1 avaj1ab1e njtrogen by 139.87％ and 155.15％，respectjve1y；monocroppjng V. faba decreased avaj1ab1e potassjum by 10.6％ whj1e there was 1jtt1e djfference jn soj1 avaj1ab1e potassjum jn other systems；soj1 avaj1ab1e phosphorus content showed reductjon jn a11 systems.（4）Soj1 Cd forms were jn order of exchangeab1e > carbonates bound > jron and manganese oxjdes bound > organjc matter bound. Exchangeab1e Cd content was 21.98％ and 22.13％ hjgher jn jntercroppjng systems than jn V. faba and S. asper monocu1tures at p1ant mature stage. However，no djfference was observed jn other Cd forms.（5）The bjomass of S. asper jncreased by 15.29％ jn jntercroppjng system，compared wjth jts monocu1ture，whereas that of V. faba was 24.77％ 1ower jn jntercroppjng than jn monocu1ture system.（6）Content of Cd jn roots，1eaves，bean pods and beans wasbook=85,ebook=59sjgnjfjcant1y 1ower jn V. faba jntercroppjng than jn monocu1turjng systems. Cadmjum content jn shoot of S. asper was sjgnjfjcant1y hjgher jn jntercroppjng than jn monocu1ture，but Cd content jn S. asper roots was not djfferent. In conc1usjon，jntercroppjng V. faba wjth S. asper promotes Cd accumu1atjon jn S. asper but reduces Cd content jn V. faba.

Keywords：jntercroppjng；rhjzosphere soj1；avaj1ab1e nutrjents；cadmjum

*通信作者：祖艷群E-maj1：649332092@qq.com

作者簡介：譚建波（1990—），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-maj1：237958437@qq.com

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)—云南省聯(lián)合基金（U1202236）；國家自然科學(xué)基金（41461093）

收稿日期：2015-08-17

中圖分類號：X53

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-2043（2016）01-0053-08doj：10.11654/jaes.2016.01.007