混种不同生态型富集植物对镉胁迫樱桃幼苗磷钾养分吸收的影响

石 军，黄廷友，褚旭东，林立金，廖明安

(1．四川省绵阳市农业科学研究院，四川 绵阳 621023;2．四川农业大学 园艺学院，四川 雅安 625014;3．四川省雅安水土保持生态环境监测分站，四川 雅安 625000)

在农业生产中，混种是主要的农业生产模式之一，在我国具有悠久的历史，目前在世界各国尤其在发展中国家被广泛采用［1］。混种是指把生育期相近、农艺性状相近，抗性基因不同品种的种子或幼苗按一定的比例混合后种植［2］。混种后，不同植物可多层次地利用地上的光能资源和地下水分及养分资源，提高植物复合群体的产量［3-5］。同时，混种后的植物形成多样性的基因或物种，能调控农田小气候，减少病虫害发生，提高单位土地面积的生产力［6-7］。在果树研究上，李会科［8］通过在苹果园种植白三叶和黑麦草，发现二者都能提高土壤中水解氮、速效磷和速效钾的含量;何炎森［9］发现在琯溪蜜柚果园中种草，能够显著提高土壤中氮磷钾的含量;李华［10］也通过研究证实，在葡萄园行间种草，不仅土壤中的养分含量有所增加，葡萄叶片中的养分也有不同程度的增加。另外在柑桔园、桃园等也有相同的发现［11-12］。在重金属胁迫下，由于植物产生的根际效应，会使体内生理生化发生一系列变化。前人对重金属胁迫下植物叶绿素合成、光合作用与呼吸作用、细胞膜透性、抗氧化酶活性以及体内物质和代谢等方面都进行了研究［13-14］，但是对于营养养分吸收方面的报道较少。

四川省汉源县有丰富的金属矿产资源，矿产资源的开采、运输、冶炼、尾矿堆积等活动对矿区周围农田土壤造成严重的镉污染［15］，影响了当地的水果(特别是樱桃)的长足发展。鉴于此，本研究以镉富集植物小飞蓬(Conyza canadensis L．Cronq．)［16］、镉超富集植物龙葵(Solanum nigrum L．)［17］、镉和铅富集植物马唐(Digitaria sanguinalis L．Scop．)［18-19］和2个樱桃品种(甜心樱桃、那翁樱桃)为材料，研究不同生态型富集植物在镉胁迫下对樱桃植株磷和钾吸收的影响，以期为铅锌矿区樱桃园土壤镉污染修复提供参考。

1 材料与方法

1．1 试验材料

2011年8—9月从唐家山铅锌矿(四川汉源县)和四川农业大学新区农场农田(雅安雨城区)分别收集不同生态型的小飞蓬、龙葵和马唐种子。樱桃品种为甜心樱桃和那翁樱桃，为常见的品种，在市场上采购。

1．2 试验设计

试验于2011年10月—2012年7月在四川农业大学新区农场进行。2011年10月将2种生态型的小飞蓬种子播种于四川农业大学新区农场农田的土壤中进行育苗;2012年4月，将不同生态型的龙葵、马唐种子和樱桃种子播种于四川农业大学新区农场农田的土壤中进行育苗。矿区土壤基本理化性质为:pH 8．17，有机质 26．56 g/kg，全氮 1．16 g/kg，全磷 1．93 g/kg，全钾 0．59 g/kg，全镉 193．24 mg/kg，碱解氮13．14mg/kg，速效磷 0．26mg/kg，速效钾 7．98 mg/kg，有效态镉 16．78 mg/kg;农田土壤(非污染土壤)为紫色土，其基本理化性质为:pH 6．94，有机质 43．64 g/kg，全氮3．63 g/kg，全磷0．38 g/kg，全钾17．54 g/kg，全镉0．103mg/kg，碱解氮 195．00 mg/kg，速效磷 6．25 mg/kg，速效钾 191．13 mg/kg，有效态镉 0．022 mg/kg。

2012年4月，将取自四川农业大学新区农场的土壤风干，用21 cm×20 cm(直径×高)塑料盆装入过6．72 mm(3 目)筛的风干土 2．0 kg，加入 10mg/kg 镉［20］(以 CdCl2·2．5H2O 分析纯形式加入土壤中)，保持土壤湿润，放置30 d，不定期翻土混合，使土壤充分混合均匀。

2012 年 5 月移栽植物幼苗，幼苗移栽前每盆施入复合肥 5 g(m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=18∶10∶12)，混匀。不同生态型的小飞蓬(6片真叶展开)、马唐(3叶1心)和龙葵(6片真叶展开)幼苗单种每盆分别种植4株，2个品种的樱桃(6片真叶展开)幼苗单种每盆分别种植3株。混种的富集植物和樱桃幼苗分别种植2株，每个处理重复3次。盆与盆之间的距离为15 cm，完全随机摆放。在整个生长过程中不定期的交换盆与盆的位置减弱边际效应对的影响，并及时去除其它杂草，防治病虫害。

1．3 测定项目与方法

移栽70 d后取样，将植物地上部分、地下部分和土壤分别封装。植物样品用自来水将泥土洗净后，再用去离子水反复冲洗，于105℃下杀青15 min，70℃烘至恒质量，称量。土壤风干后过1 mm筛用于测定速效磷含量和速效钾含量。植物全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮，钼锑抗比色法测定;植物全钾含量采用H2SO4-H2O2消煮，火焰分光光度计法测定［21］。土壤速效磷含量采用NaHCO3提取，钼锑抗比色法测定;土壤速效钾含量采用NH4OAc提取，火焰分光光度计法测定［21］。

1．4 数据处理方法

数据采用DPS系统进行方差分析(Duncan新复极差法进行多重比较)。

2 结果与分析

2．1 不同生态型富集植物对镉胁迫樱桃植株磷钾吸收的影响

2．1．1 不同生态型富集植物对镉胁迫樱桃植株钾吸收的影响 从表1可以看出，对于甜心樱桃，与小飞蓬和马唐混种后根系和地上部分钾含量均有不同程度的增高(P＜0．05)，但是不同生态型的龙葵与甜心樱桃混种根系和地上部分效果都不显著(P＞0．5)，且有下降趋势。就根系而言，甜心樱桃与小飞蓬(矿山)混种后钾含量较单种提高了25．56%，混种马唐(农田)钾含量较单种增加了26．35%;而龙葵(农田)和龙葵(矿山)与甜心樱桃混种后根系钾含量分别下降了7．91%、1．84%。就地上部分而言，甜心樱桃与小飞蓬(矿山)混种后，其地上部分钾含量较单种提高了60．38%，而龙葵(矿山)和马唐(矿山)与甜樱桃混种后地上部分钾含量较单种差异不显著(P＞0．5)。

表1 不同生态型富集植物对镉胁迫樱桃植株钾吸收的影响Tab．1 The different ecotype of accumulator plants affected potassium absorption of cherry under cadm ium stress

对于那翁樱桃，小飞蓬(矿山)与其混种后根系和地上部分钾含量都较单种有显著的提高(P＜0．05)，而2种不同生态型的龙葵对于那翁樱桃钾含量效果不显著甚至降低了其钾含量。就根系而言，那翁樱桃与马唐(矿山)混种后钾含量较单种提高了24．79%，与小飞蓬(农田)和小飞蓬(矿山)混种后钾含量较单种分别提高了14．25%、15．67%，而与其他3种生态型的植物混种后，根系钾含量较单种都有不同程度的降低(7．12%～11．97%)。就地上部分而言，那翁樱桃与小飞蓬(矿山)混种后地上部分钾含量较单种提高了56．52%，与小飞蓬(农田)、龙葵(矿山)无显著差异(P＞0．05)，而与龙葵龙田、马唐(农田)和马唐(矿山)混种后，钾含量都有不同程度的下降(27．95%～63．78%)。

2．1．2 不同生态型富集植物对镉胁迫樱桃植株磷吸收的影响 从表2可以看出，甜心樱桃和龙葵(农田)混种对于甜心樱桃根系和地上部分磷含量是最优的，较单种分别提高了9．01%、33．45%。就根系而言，除去马唐(矿山)，甜心樱桃和其他几种不同生态型富集植物混种后磷含量较单种差异都不显著(P＞0．05)，而甜心樱桃与马唐(矿山)混种后根系磷含量降低了18．59%;就地上部分来看，甜心樱桃与马唐(矿山)混种后，其磷含量降低了17．08%，而与其他种类混种后磷含量都有不同程度的增加(P＜0．05)，尤其是龙葵(农田)和小飞蓬(农田)，分别提高了33．46%、31．67%。

对于那翁樱桃，其和小飞蓬(农田)混种后根系和地上部分磷含量都比较高，较单种分别提高了15．65%、26．95%。就根系而言，几种混种方式和那翁樱桃单种差异都不显著(P＞0．05)。就地上部分来说，2种不同生态型的小飞蓬与那翁樱桃混种后，那翁樱桃地上部磷含量都有较大提高，与小飞蓬(农田)和小飞蓬(矿山)混种后分别提高了26．95%、16．17%，相反与2种不同生态型的马唐混种后那翁樱桃地上部磷含量都不同程度的降低，分别为44．31%、46．41%。

表2 不同生态型富集植物对镉胁迫樱桃植株磷吸收的影响Tab．2 The different ecotype of accumulator p lants affected phosphorus absorption of cherry under cadm ium stress

2．2 混种樱桃对不同生态型富集植物植株磷钾吸收的影响

2．2．1 混种樱桃对不同生态型富集植物植株钾吸收的影响 从表3可以看出，混种对于不同生态型的小飞蓬、马唐和龙葵根系的钾含量都有不同程度的提高(马唐矿山与甜樱桃混种除外)。就根系而言，纵向比较可知单种小飞蓬钾含量要大大高于其他种类，与甜心樱桃和那翁樱桃混种后2种生态型的小飞蓬钾含量也要远远高于其他种类。

就地上部分而言，混种甜心樱桃和那翁樱桃对于3种不同生态型的植物钾含量都有所提高，特别是对于马唐:马唐(农田)与甜心樱桃和那翁樱桃混种后地上部钾含量较单种分别提高了206．42%、217．17%，马唐(矿山)与甜心樱桃和那翁樱桃混种后地上部钾含量较单种分别提高了68．75%、109．95%。但是仍然以2种不同生态型小飞蓬的钾含量更高，所以推测，小飞蓬是一种吸收钾元素比较高的植物。

表3 混种樱桃对不同生态型富集植物植株钾吸收的影响Tab．3 Intercropping w ith cherry affected potassium absorption of different ecotype of accumulator p lants

表4 混种樱桃对不同生态型富集植物植株磷吸收的影响Tab．4 Intercropping w ith cherry affected phosphorus absorp tion of different ecotype of accumulator p lants

2．2．2 混种樱桃对不同生态型镉富集植物植株磷吸收的影响 从表4可以看出，混种后3种不同生态型的植物不管是根系还是地上部分较单种时的磷含量都有有增加，说明混种对于提高几种植物的磷含量具有显著的作用。就根系而言，小飞蓬(农田)不管是单种还是与樱桃混种，其磷含量都要显著的高于其他种类，而马唐的磷含量最低。就地上部分来看，虽然含量最高的小飞蓬(农田)，但是混种对于马唐(农田)磷含量影响最大，混种甜心樱桃和那翁樱桃后磷含量分别较单种提高了80．73%、102．18%。综上可以得知，小飞蓬(农田)是一种吸收磷含量最高的植物，而通过混种，含磷量提高最多的是马唐(农田)，这说明了不管是混种甜心樱桃还是那翁樱桃都有利于马唐(农田)对磷的转运。

2．3 混种对植物生物量的影响

2．3．1 不同混种方式对樱桃生物量的影响 由表5可以看出，对于甜心樱桃和那翁樱桃，混种都不同程度的降低了生物量(P＜0．05)，其生物量大小依次为单种，混小飞蓬，混马唐，混龙葵。就甜心樱桃，与小飞蓬(农田)和小飞蓬(矿山)混种后，生物量分别下降了43．75%、48．8%;与龙葵(农田)和龙葵(矿山)混种后，生物量分别下降了63．64%、76．14%;与马唐(农田)和马唐(矿山)混种后，生物量都下降了53．84%。

就那翁樱桃而言，与小飞蓬(农田)和小飞蓬(矿山)混种后，生物量分别下降了47．34%、47．87%;与龙葵(农田)和龙葵(矿山)混种后，生物量分别下降了68．62%、80．85%;与马唐(农田)和马唐(矿山)混种后，生物量分别下降了 64．89%、59．57%。

表5 不同混种方式对樱桃整株生物量的影响Tab．5 The different intercroppingmode affected biomass of whole cherry

2．3．2 不同混种方式对不同生态型富集植物植株生物量的影响 由表6可知，对于生长在农田的植物，不管混种甜心樱桃还是那翁樱桃都较单种降低了其生物含量，小飞蓬混甜心樱桃和那翁樱桃比单种分别降低了53．42%、26．03%;龙葵与甜心樱桃和那翁樱桃混种后生物量比单种分别降低了7．43%、15．54%;马唐与甜心樱桃和那翁樱桃混种后生物量比单种分别降低了30．14%、35．16%。

对于生长在矿山的植物，小飞蓬混甜心樱桃和那翁樱桃比单种分别增加了10．53%、15．79%;龙葵与甜心樱桃和那翁樱桃混种后生物量比单种分别降低了20．00%、12．22%;马唐与甜心樱桃和那翁樱桃混种后生物量比单种分别降低了58．16%、55．44%。

表6 不同混种方式对不同生态型富集植物植株生物量的影响Tab．6 The different intercroppingmode affected biomass of different ecotype of accumulator plants

3 结论与讨论

混种利用生物的多样性，通过品种之间的合理搭配，能够有效地提高土地利用率和生产率，不仅能增加作物的产量、改善质量，同时还能防治病虫害［22］。在混种方面研究的最多的是玉米和大豆2种作物，前人经过研究发现二者混种能够增加植株内矿质营养，比如在豆科/禾本科混种体系中，由于豆科作物的固氮作用，使种间氮素的促进作用更加明显，同时为了满足禾本科作物对养分的需求，豆科作物固定的氮素会向禾本科作物中转移［23-24］。另外Ta和Faris［25］在对苜宿/梯木草的研究中证实了这一现象，梯木草吸收氮的25%来源于苜宿自身固氮的转移。李淑敏等［26］通过研究发现玉米/鹰嘴豆混种促进了玉米对有机磷的吸收。本试验结果表明，樱桃与不同生态条件下的富集植物混种后，植株根系和地上部分吸收的磷钾含量是不相同的。樱桃与小飞蓬混种后植株磷钾含量都显著增加，而与龙葵和马唐混种后磷钾含量变化不大，甚至降低。与樱桃相反，混种之后，不同生态条型富集植物根系和地上部分的磷钾含量都有不同程度的增加。这与不同植物之间对磷钾养分的竞争吸收有关，也与前人的研究［25-26］一致。同时，混种后，樱桃和不同生态型富集植物的生物量都较单种都降低了，这与樱桃和富集植物的生长空间竞争有关。说明在镉胁迫条件下，针对不同的植物种类，要选择不同的富集植物，才能起到增加养分的目的。而对于樱桃来说，与小飞蓬混种能够更好的吸收土壤中的养分。

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