植物间作对土壤重金属吸收积累的影响

陈献科

摘要：采用种植技术，研究植物在不同间作方式下对重金属吸收积累的影响。结果表明：作物在单作中，自身对重金属吸收积累的影响不大;在间作中，对重金属含量影响较大。还讨论了不同分隔作物间作方式对羽扇豆和鹰嘴豆Pb、Cd含量的影响。作物根际土壤溶液Pb含量随着作物的生长而不断降低，但Cd含量却不断提高。不同分隔间作方式对作物根际土壤溶液Pb、Cd含量也有一定影响。

关键词：间作;镉;重金属;玉米;羽扇豆;鹰嘴豆

1 土壤重金属的污染现状，以及影响和危害

土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量有害元素含量超过背景值，过量沉积引起含量过高的统称。主要有汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）和类金属砷（As）等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌（Zn）、铜（Cu）、镍（Ni）等元素;污染源主要是由于长期人为活动引起的大气沉降、矿产资源的不合理开发以及化肥、农药的大量施用等，且发生的地域和规模在逐渐扩大，危害在不断加深，不仅危害土壤生态系统，而且严重威胁食品安全和人类健康。在人体中累积达到一定程度，会造成重疾（如癌症、乌脚病和畸形儿等）。

2 间作、混作

间作是一茬有两种或两种以上生育季节相近的作物，在同一块田地上成行或成带（多行）间隔种植的方式。混作是将两种或两种以上生育季节相近的作物按一定比例混合种在同一块田地上的种植方式。多不分行，或在同行内混播或在株间点播。

3 间作对重金属吸收积累的影响

3.1 间作促进双方重金属吸收积累

3.1.1 不同的间作方式对玉米吸收积累Cd的影响

与玉米间作的作物，它自身在大量吸收Cd的同时促进了玉米对Cd的吸收，如油菜与玉米间作，它自身吸收积累Cd的含量已经很高，与其间作的玉米Cd含量也会随之而升高，而且其根的Cd含量达到了玉米单作时的1.9倍。玉米分别与眉豆、扁豆、鹰嘴豆、紫花苜蓿、印度芥菜间作种植时，结果显示，根系间的相互作用都有利于双方根系对土壤中Cd的吸收和积累，这与黄益宗等的结论相一致。

3.1.2 水稻种间的间作方式对根对Cd的浓度和吸收积累的影响

从水稻的整个成长过程来看，对Cd的吸收累积量的变化会随水稻生物量的增加而增加。

3.2 间作促进一方、但抑制另一方重金属的吸收积累

3.2.1 种间根系相互作用对Cd浓度和吸收积累的影响

在水稻和小麦间作种间根系相互作用中，两作物地上部还有小麦籽粒对Cd的吸收和累积受到抑制，却促进了水稻籽粒对Cd的吸收积累。

3.2.2 间作杉木对茶树叶片中重金属含量的影响

杉木与茶树间作时，茶园茶树叶片的重金属含量均低于单作茶园，其中Pb、 Mn、Zn含量差异达极显著水平，Cu含量差异达显著水平。说明杉木和茶树间作可以增加茶树对重金属的吸收积累，降低茶树在种植中重金属的含量。林带对减少茶叶重金属含量，改善茶叶品质起到明显作用，这与文献报道结果一致。

4 间作影响重金属的吸收积累的机理

4.1 不同的间作方式对玉米吸收积累Cd的影响

间作作物对Cd吸收量的情况分析，可能与油菜根系分泌有机酸有关，因为油菜通常能分泌较高水平的柠檬酸和苹果酸，增加土壤中Cd的活性，进而使玉米根系对Cd的吸收也相应增加。籽粒苋是另一个具有极强Cd富集能力的植物，地上部和 Cd含量远高于其他几种植物。

4.2 种间根系相互作用对Cd浓度和吸收积累的影响

一是转移和再分配。二是在分孽期、抽穗期与小麦发生相互作用的过程中生长受抑制，从而在小麦收获后表现出恢复作用。从抽穗期至成熟期主要是营养物质向籽粒的分配和转移，因此对水稻恢复生长主要还是加强营养物质向籽粒的转移。对水稻而言，小麦收获后，残留在土体中的根可能对Cd在土壤中的活性有影响。

有机质在土壤中易矿化和分解成有机酸类物质而影响到重金属的有效性，同样影响植物的吸收。这说明这些物质被证明能与Cd结合，并且增加Cd的移动性，因此有可能促进水稻对Cd吸收。另一方面，残留的小麦根部分也可能分解成有机质 ，增加水稻根系阳离子交换量，从而促进Cd的吸收。

4.3 间作杉木对茶树叶片中重金属含量的影响

一是杉木自身具有适应重金属机制，通过根部吸收的重金属在植物体内与特有的蛋白质和酶结合，或生成无毒的有机络合物留在植物体内，或输运至液泡，或集于部分器官（如叶子、树皮）;二是间作杉木的生长增加了整片茶树上层郁闭度，有效降低内部温度，增加湿度，减少植物蒸腾量，也减少茶树根对水分的吸收，从而减缓重金属离子向茶树迁移。另外，间作杉木对土壤重金属的吸收在一定程度上也减少茶树对重金属元素的吸收。

5 展望未来

众多植物间作和混作的研究例子，启示我们，选择适当的作物种类，利用生物多样性提高生态系统稳定性的原理有利于降低作物对重金属的吸收 。

在玉米单作或与其他植物间作中发现，玉米的根、茎和叶中，铅、镉含量间存在着明显的相关性，说明这两种重金属在根系的吸收以及向茎、 叶部的转移过程具有协同性。植物的生物量可以反映出该种植物在逆境条件下与正常无胁迫条件下生长的偏离程度。植株生物量和重金属吸收量大的植物才更有希望進行土壤重金属污染的植物修复。

总体来说，研究成果多数适用于高污染区域的治理。对于轻度污染的农田如果放弃作物生产全部种植富集植物，会影响粮食生产。如果能够在种植农作物的农田引入功能植物与其间混作，实现边生产边修复，不失为一种值得探索的路子。农田重金属污染是当前农业环境领域重点研究的关注点之一，土壤重金属污染对作物生长及人体健康存在极大威胁，开展土壤重金属污染治理技术研究具有重要现实意义。

而综合考虑经济、生态效益和持续、安全的农业生产，对于轻微污染的农田间作要优于单作，因为间作既保障了农田的正常生产和粮食作物的安全，同时逐步在修复污染的农田土壤，对于解决中国人多地少现状有一定的现实意义。

参考文献：

[1] 涂书新，孙锦荷，郭智芬，等.植物根系分泌物与根际营养关系评述[J].土壤与环境，2000（01）.

[2] 李德华，贺立源，李建生，等.一种根系分泌物中有机酸的前处理和高效液相色谱检测方法[J].植物生理学通讯，2004（02）.

[3] 李凝玉，李志安，丁永祯，等.不同作物与玉米间作对玉米吸收积累镉的影响[J].应用生态学报，2008（06）.

[4] 黄益宗，朱永官，胡 莹，等.玉米和羽扇豆、鹰嘴豆间作对作物吸收积累Pb、Cd的影响[J].生态学报，2006（05）.

[5] 徐晟徽，郭书海，胡筱敏，等 .沈阳张士灌区重金属污染再评价及镉的形态分析[J].应用生态学报，2007（09）.

[6] 郭观林，周启星.土壤 - 植物系统复合污染研究[J].应用生态学报，2003（05）.

[7] 代全林，袁剑刚，方炜，等.玉米各器官积累 Pb 能力的品种间差异[J].植物生态学报，2005（06）.

[8] 程旺大，张国平，姚海根，等.晚粳稻子粒中砷、镉、铬、镍、铅等重金属含量的品种和粒位效应[J].中国水稻科学，2005（03）.

[9] 文秋红，于丽华.玉米自交系富集镉能力和最佳收获时期[J].生态学报，2006（26）.

[10] 曹莹，黄瑞冬，赵艺欣.铅和镉复合胁迫下玉米对镉吸收特性的研究[J].生态学杂志，2006（11）.

（作者单位：广宁县环境保护监测站）