不同种植模式下重金属污染对牧草叶片光合特性和重金属含量的影响

邹文桐, 王艳君, 曹智, 金美芳, 林茂兹

不同种植模式下重金属污染对牧草叶片光合特性和重金属含量的影响

邹文桐, 王艳君, 曹智, 金美芳, 林茂兹

(福建师范大学福清分校海洋与生化工程学院, 福建 福清 350300)

为探索不同种植模式下重金属污染对牧草生理特性的影响，皇竹草()、黑麦草()和龙须草()采用单作和间作模式，研究了重金属污染对其叶片光合参数、光合色素和重金属含量的影响。结果表明，与单作相比，间作下皇竹草叶片的叶绿素(Chl) a、Chl a+b和类胡萝卜素(Car)含量极显著上升，净光合作用速率(Pn)、气孔导度(Gs)、细胞间隙CO2浓度(Ci)和Chl b含量极显著下降，但蒸腾速率(Tr)的差异不显著；黑麦草和龙须草叶片的Ci、Car含量极显著增加，Pn、Tr、Gs、Chl a、Chl b和Chl a+b显著或极显著下降(龙须草Chl a除外)。除龙须草的铜含量极显著降低外，3种牧草叶片和总生物量和重金属含量均极显著上升。与对照相比，低浓度污染的皇竹草叶片的光合参数、光合色素含量及叶片和总生物量极显著提高，而黑麦草和龙须草叶片的Pn、Tr、Gs、Ci、叶片和总生物量极显著减少，光合色素含量极显著增加，但黑麦草的Tr、Ci、叶片生物量及黑麦草和龙须草的Chl b差异不显著；重金属污染使3种牧草叶片的重金属含量均极显著上升。种植模式×重金属污染互作对牧草叶片的光合参数、光合色素含量、干质量及重金属含量的影响均极显著。因此，在复合污染土壤间作3种牧草有利于叶片干物质的积累和重金属的吸收，单作更有利于提高叶片的光合作用能力；且皇竹草对重金属污染的适应性强于黑麦草和龙须草。

重金属；污染；牧草；种植模式；光合特性

随现代工业的迅速发展，矿区土壤的重金属污染日趋严重。2014年的调查表明全国约1/6耕地面积的土壤都存在重金属超标现象，且南方较北方严重，其中工业废弃地污染的重金属元素主要以铅、镉、锌为主[1]。福建长汀的稀土矿废弃地重金属污染元素主要以铅、镉、锌为主[2]；紫金山铜矿废弃地主要以锌、铜、镉为主[3]。众多研究表明，福建矿区土壤中的重金属都不是单一的，而是多种元素相互作用的复合重金属污染，且主要以铅镉铜锌复合污染为主，造成土壤和农作物污染，进而危害人类的健康[4]。

目前，对土壤重金属复合污染研究多集中在铅镉锌[5]、铜镉锌[6]、铅镉[7]、铅锌[8]、镉锌[9]、铜铅[10]、铜锌[11]等复合污染上，而对铅镉铜锌复合污染的研究很少。有研究表明，皇竹草()的光合作用受镉胁迫[12]，铅、镉对龙须草()的生理生化特性和光合作用有影响[13]，重金属污染对黑麦草()光合作用的影响研究较少，主要开展了对铀的吸收研究[14]。皇竹草、龙须草和黑麦草均可用于造纸, 具有回收利用的经济价值。因此，本试验开展铅镉铜锌复合污染对间作皇竹草、黑麦草和龙须草的光合作用和叶片生物量影响的研究，探讨重金属复合污染对间作和单作牧草生长代谢的影响，从而为间作技术在福建矿区铅镉铜锌复合污染土壤的修复应用中提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

供试牧草为多年生的皇竹草()和黑麦草()，以及野生的龙须草()。采集福建师范大学福清分校笃思公园未受重金属污染的土壤，参照《土壤农业化学分析方法》[15]测定土壤理化性状，pH为7.860，有机质含量为43.81 g/kg、碱解氮、速效磷、速效钾、交换性钙和镁含量分别为105.0、49.81、217.5、3 951和142.5mg/kg；另外，有效铅、有效镉、有效铜和有效锌含量分别为0.03、0.10、0.92和2.76 mg/kg，总铅、总镉、总铜和总锌含量分别为24.64、0.38、4.21和11.73 mg/kg。

1.2 试验设计

采用双因素(2×3)随机区组设计，因素A为间作、单作2个种植模式；因素B为对照(CK)、低浓度和高浓度3个铅镉铜锌复合污染水平。低浓度重金属复合污染液用400 mg/kgPb(NO3)2+15 mg/kgCdCl2+300 mg/kgCuSO4+300 mg/kg ZnSO4配制, 高浓度重金属复合污染液用800 mg/kgPb(NO3)2+ 30 mg/kgCdCl2+600 mg/kgCuSO4+600 mg/kgZnSO4配制。将采集的新鲜土壤拣去植物残叶、杂质及大石子后晒干铺平在大麻袋上，将复合污染溶液连续分批少量地加入土壤并混合均匀，制成重金属复合污染土壤。然后将2 kg土壤倒入桶内老化处理1个月后测定土壤重金属含量，对照土壤的Pb2+、Cd2+、Cu2+和Zn2+含量分别为23.55、0.350、4.450和12.24 mg/kg；低浓度污染土壤的相应离子含量分别为402.1、14.92、285.7和293.3 mg/kg; 高浓度污染土壤的相应离子含量分别为764.3、30.09、575.5和589.6 mg/kg。

老化处理1个月后，选取长势一致的皇竹草、黑麦草和龙须草移栽至塑料桶中，间作是每种牧草2株分别种在3桶中交替摆放；单作为每种牧草6株分别种在9桶中，摆放在一起。每处理3次重复。间作和单作盆栽试验同时进行，总计36桶。移栽牧草后常规管理，定期浇水保持土壤湿度。

1.3 方法

光合指标的测定 土壤经复合重金属老化1个月后，分别将皇竹草、黑麦草和龙须草移栽至塑料桶中，在旺长期选择天气晴朗的条件下，在上午8:30-11:30用CIRAS-2光合作用测定系统(美国汉莎科学仪器有限公司)测定牧草上部叶片(空间取向和角度尽量一致)的净光合作用速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和细胞间隙CO2浓度(Ci), 测定的光照强度为1 000mol/(m2·s)[16]。每株测1片叶片，重复3次，每处理重复3次。

光合色素含量的测定 旺长期采集牧草同一叶位的叶片用95%乙醇提取光合色素，用722型可见分光光度计测定叶绿素(Chl) a、Chl b、类胡萝卜素(Car)含量[17]，每处理重复3次。

生物量的测定 移栽90 d后收获牧草，洗净用吸水纸吸干表面水分，皇竹草按叶、茎和根分开；黑麦草和龙须草按地上部、地下部分开, 各部分在105℃下杀青10 min，再80℃烘至恒定，然后称量各部位的干物质质量[16]。

重金属含量的测定 采用干灰化法制备重金属含量测定样品，用火焰原子吸收分光光度计测定牧草不同部位的铅、镉、铜和锌的含量[18]。

1.4 数据分析

数据取3次重复的平均值，用DPS2005软件进行方差分析，利用Duncan氏新复极差法进行差异显著性检验，以<0.05和<0.01分别表示处理间差异显著和极显著。

2 结果和分析

2.1 对牧草叶片光合作用的影响

由表1可见，间作模式下，皇竹草叶片的Pn、Tr、Gs和Ci均随重金属浓度的升高呈先增后减的变化趋势，且均以低浓度的最大，Tr、Gs和Ci比对照(CK)分别极显著提高了46.40%、52.18%和144.78%，而高浓度处理的比低浓度处理的有所下降，但Pn仍显著提高了18.44%。黑麦草的Pn、Tr和Ci均随复合重金属浓度的增加呈先升后降的变化趋势，且均以低浓度处理的最大，分别比CK极显著提高了33.10%、20.23%和22.05%，Gs则急剧下降，以高浓度处理的最低，比CK极显著降低了35.97%。龙须草的光合参数随土壤复合重金属浓度的增加而降低，高浓度处理的Pn、Tr、Gs和Ci均最小，分别比CK极显著下降38.53%、45.77%、41.52%和28.82%。

单作模式下，随土壤复合重金属浓度的增加,皇竹草叶片的Ci呈先增后减的变化趋势，低浓度处理比CK增加5.53%，无显著差异，高浓度处理则极显著下降了21.65%；而Pn、Tr、Gs呈逐渐升高的变化趋势，高浓度处理的最大，分别比CK极显著提高了104.13%、57.62%和153.34%。黑麦草和龙须草的Pn、Tr、Gs和Ci均呈下降的趋势，且均以高浓度处理的最小，分别比CK极显著降低了49.31%、16.80%、20.17%、42.44%和57.65%、38.60%、56.55%、50.11%。

随铅镉铜锌复合浓度的增加，皇竹草叶片的Pn、Tr、Gs和Ci均呈增加的趋势，均以高浓度处理的最大，分别比CK极显著上升了42.04%、35.44%、82.14%和48.23%；黑麦草的Pn和Gs呈下降的趋势，以高浓度处理的最小，分别比CK极显著减少了47.14%和26.94%，Tr和Ci呈先升后降的趋势，与CK的差异均不显著；龙须草的Pn、Tr、Gs和Ci呈下降的趋势，高浓度处理的最小，分别比CK极显著降低了53.24%、41.75%、51.50%和39.40%。

2.2 对牧草叶片光合色素含量的影响

从表2可见, 间作模式下，皇竹草和龙须草叶片Chl a、Chl b、Chl a+b和Car含量均随土壤铅镉铜锌复合浓度的增加呈先增后减的变化趋势,且均以低浓度处理的最大，分别比CK极显著增加了44.59%、96.30%、52.17%、12.50%和46.36%、40.74%、45.26%、77.78%。黑麦草叶片Chl a、Chl b、Chl a+b含量也呈先升后降的变化规律，以低浓度处理的最大，分别比CK极显著增加了18.37%、34.78%和22.31%；Car含量则逐渐增加，低、高浓度处理的比CK显著增加了13.33%和43.33%。

单作模式下，皇竹草叶片的Chl a、Chl b、Chl a+b和Car含量均随土壤铅镉铜锌复合浓度的增加呈先增后减的变化趋势，均以低浓度处理最高,分别比CK极显著增加了7.91%、33.33%、13.30%和41.03%。黑麦草叶片的Chl a、Chl b、Chl a+b含量则呈下降的趋势，以高浓度处理最小, 分别比CK极显著减少了23.76%、36.36%和23.41%; 低浓度处理的Car含量比CK显著提高10.34%，而高浓度处理的显著低于CK。龙须草叶片的Chl a、Chl b、Chl a+b和Car含量均逐渐降低，以高浓度处理的最小，分别比CK极显著降低了9.56%、40.43%、17.03%和25.00%。

表1 不同种植模式下重金属污染对牧草叶片光合作用的影响

PS: 皇竹草; LP: 黑麦草; JE: 龙须草; 1: 单作; 2: 间作; 3: 平均; Pn: 净光合速率; Tr: 蒸腾速率; Gs: 气孔导度; Ci: 胞间CO2浓度。同列数据后不同小写和大写字母分别表示差异显著(<0.05)和极显著(<0.01)。下表同。

PS:; LP:; JE:; 1: Monoculture; 2: Intercropping; 3: Mean; Pn: Net photosynthetic rate; Tr: Transpiration rate; Gs: Stomatal conductance; Ci: Intercellular CO2concentration. Data followed different small and capital letters within column indicate significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively. The same is following Tables.

表2 不同种植模式下重金属污染对牧草叶片光合色素含量的影响

随铅镉铜锌复合浓度的增加，皇竹草和龙须草叶片的Chl a、Chl b、Chl a+b和Car含量均呈先增后减的趋势，均以低浓度处理的最大，分别比CK增加了25.15%、58.82%、30.84%、27.91%和19.51%、2.70%、15.00%、29.03%，除龙须草Chl b含量与CK差异不显著外，其余均达极显著差异;黑麦草叶片的Chl a、Chl b和Chl a+b含量呈先升后降的趋势，以低浓度处理的最大，分别比CK增加了3.60%、3.57%和3.60%，除Chl b与CK的差异不显著，其余均达极显著差异，Car含量呈递增的趋势,以高浓度处理最大，比CK极显著提高了17.24%。

2.3 对牧草叶片和总生物量的影响

由表3可知，间作模式下，随土壤铅镉铜锌复合浓度的增加，皇竹草叶生物量呈先升后降的趋势, 低浓度处理的最高，比CK极显著增加51.76%;黑麦草的地上部生物量呈逐渐增加的趋势，以高浓度处理的最高，比CK极显著增加88.89%；龙须草的地上部生物量呈递减的趋势，以高浓度处理的最小，比CK极显著减少42.86%。单作模式下,皇竹草叶生物量随土壤铅镉铜锌复合浓度的增加呈先升后减的变化趋势，低浓度处理的最高，比CK极显著增加29.09%；黑麦草的地上部生物量呈下降的趋势，高浓度处理的最小，比CK极显著降低50.00%；龙须草的地上部生物量呈下降的趋势,高浓度处理的最小，比CK极显著降低60.00%。

总体来说，间作下的3种牧草的叶片和总生物量均极显著高于单作。随铅镉铜锌复合浓度的增加, 皇竹草的叶片和总生物量均呈先增后减的趋势，以低浓度处理的最大，叶片生物量比CK极显著增加44.15%，总生物量与CK的差异不显著；黑麦草的叶片生物量呈增加的趋势，高浓度处理比CK极显著提高22.22%，总生物量呈递减的趋势; 龙须草的叶片和总生物量均呈下降的趋势，以高浓度处理的最小，分别比CK极显著减少52.17%和53.66%。

2.4 对牧草叶片重金属含量的影响

由表4可见，在单作模式下，3种牧草叶片的Pb、Cd、Cu、Zn含量均随铅镉铜锌复合浓度的升高呈上升的趋势，高浓度处理极显著高于CK，皇竹草分别提高32.39、14.96、197.3、155.0 mg/kg, 黑麦草提高42.72、25.80、49.13和461.0 mg/kg, 龙须草提高32.63、6.28、283.9和77.85 mg/kg。

表3 不同种植模式下重金属污染对牧草叶片和总生物量的影响

表4 不同种植模式下重金属污染对牧草叶片重金属含量的影响

在间作模式下，3种牧草叶片的Pb、Cd、Cu和Zn含量均随铅镉铜锌复合浓度的升高呈增加的趋势, 高浓度处理极显著高于CK，皇竹草提高42.42、25.87、233.3、160.7 mg/kg，黑麦草提高52.82、37.86、68.24和510.4 mg/kg，龙须草提高39.31、13.03、218.4和85.24 mg/kg。

总体上看，间作的3种牧草叶片Pb、Cd、Cu、Zn含量均极显著高于单作。随铅镉铜锌复合浓度的增加，3种牧草叶片的Pb、Cd、Cu、Zn含量均呈增加的趋势，高浓度处理的极显著高于CK，皇竹草分别增加37.41、20.41、215.3和157.8 mg/kg; 黑麦草增加47.77、31.83、58.68和485.7 mg/kg; 龙须草增加35.97、9.65、251.2和81.54 mg/kg。

2.5 方差分析

方差分析表明(表5)，除种植模式对皇竹草的Tr影响不显著外，种植模式、重金属污染和种植模式×重金属污染互作对皇竹草、黑麦草和龙须草叶片光合参数的影响均达到极显著水平。同时，除种植模式对龙须草叶片的Chl a+b含量的影响仅达显著水平，对Chl a含量的影响不显著外，种植模式、重金属污染浓度及其互作对3种牧草叶片的Chl a、Chl b、Chl a+b和Car含量的影响均达极显著水平。从表6可见，种植模式、重金属污染及其互作对3种牧草叶片生物量、总生物量和Pb、Cd、Cu和Zn含量的影响均达到极显著水平。

表5 种植模式和重金属污染对牧草叶片光合作用和光合色素影响的F值

*:<0.05; **:<0.01。A: 种植模式; B: 重金属污染。下表同。

*:<0.05; **:<0.01. A: Planting pattern; B: Heavy metal pollution. The same is following Table.

表6 种植模式和重金属污染对牧草叶片生物量和重金属含量影响的F值

3 结论和讨论

叶绿素可以吸收、转化及传递光能，在光合反应中起着至关重要的作用。叶绿素含量会直接影响植物的光合作用，光合作用不仅与叶片的叶绿素含量有关，还与Pn、Tr、Gs、Ci等有关[19–20]。本研究结果表明，低浓度重金属污染下，间作的皇竹草光合作用参数和光合色素含量均高于单作，黑麦草和龙须草的光合色素含量高于单作、光合作用参数低于单作，说明间作使皇竹草光反应中心吸收较多的光能，促进光合参数的增加，但是光合色素含量并不是决定光合作用的决定性因素，因此黑麦草和龙须草的光合作用参数在间作下并未得到提高，可能与牧草品种等有关。这与杨晶[21]的研究结果一致。高浓度重金属污染下间作的3种牧草光合特性均低于单作，与单作相比，间作皇竹草叶片的光合色素含量极显著上升，光合作用参数极显著下降；黑麦草和龙须草叶片的Ci、Car极显著增加，Pn、Tr、Gs、Chl a、Chl b和Chl a+b极显著减少，可能是间作系统中，尤其在高污染逆境环境中，不同植物的地上部会竞争性利用光照和热量[22]，导致光合作用参数和光合色素有所降低。从单一或总体重金属污染来看，与单作相比，间作3种牧草的叶片生物量和总生物量及重金属含量均极显著上升，可能是间作加快了不同植物共生期间的养分转化，改善土壤的养分状况，提高植物对有效养分的吸收，以确保植物在间作期间所需养分的供给，还能改善作物的铁营养状况，提高作物的生物量[23]等。间作体系主要是通过改变3种牧草根系的分泌物、土壤酶活性、土壤微生物等根际环境，间接改变土壤中重金属铅镉铜锌的有效性，最终直接提高牧草对铅镉铜锌的吸收累积[21]。这与前人[23–25]的研究结果类似。因此选择合适的植物间作可以提高富集植物吸收重金属的量。

重金属胁迫会影响植物的光合作用，导致碳固定和同化效率降低[14]。胁迫使活性氧在细胞中积累，大量的活性氧扩散到叶绿体，可加速叶绿素的分解，进而影响光合作用[26]。重金属污染胁迫造成植物许多生理活动异常，使生长发育受阻，但其对植物的影响存在剂量效应[27]。本研究结果表明，皇竹草和黑麦草叶片的光合参数随重金属胁迫程度上升而上升，而龙须草叶片的光合参数则下降。这与前人[28–29]的研究结果相近。低浓度下牧草通过提高气孔导度、蒸腾速率等从而增强光合速率，这是一种对最初伤害进行自我保护的应激代谢活动，植物应激产生大量的代谢产物同铅镉铜锌结合以解毒，这也是牧草的适应性反应[30]。高浓度铅镉铜锌的胁迫导致激活的代谢系统加速损伤，引起牧草体内营养元素的不平衡，造成代谢失调，抑制生长,从而减少叶的同化面积，缩短叶的寿命，造成光合速率下降；另外，铅镉铜锌还引起气孔开度减少甚至关闭，CO2不能进入叶片，叶片内淀粉的水解作用加强，光合产物运出又较缓慢，结果造成糖分累积，呼吸消耗增加，光合速率降低。皇竹草叶片的光合作用参数随重金属污染浓度保持持续上升，可能是皇竹草对重金属污染的耐性强于黑麦草和龙须草。3种牧草叶片的光合色素含量均呈现低促高抑现象，与前人[28,31]的研究结果相似，可能是在低浓度时，牧草的适应性大于重金属铅镉铜锌复合的毒害作用，从而表现出积极的刺激效果，随着铅镉铜锌复合浓度的加大，铅镉铜锌进入细胞内作用于几种叶绿素合成酶(原叶绿素酸脂还原酶、S-氨基乙酞丙酸合成酶、胆色素原脱氨酶)的肤链中富含-SH基的部分，抑制了酶活性，从而阻碍了叶绿素的合成[32]，还有可能是由于铅镉铜锌取代了其中的Fe3+、Zn2+和Mg2+，破坏了叶绿体的结构和功能活性，进而表现出抑制和毒害作用[27]。重金属胁迫使皇竹草的叶生物量和总生物量呈低促高抑现象，可能是低浓度铅镉铜锌复合污染能刺激某些酶的活性，促进植物生长，随着复合污染程度的增加，保护反应消失，导致植物生长量下降[29]。而重金属胁迫使黑麦草和龙须草的叶生物量和总生物量下降,可能是黑麦草和龙须草对重金属的耐性比皇竹草低，光合作用参数和光合色素含量的变化也导致生物量的下降，同时生物量还与作物种类、土壤等因素密切相关[33–34]。3种牧草叶片的重金属含量在重金属胁迫下极显著增加，说明他们对重金属铅镉铜锌均具有一定吸收能力，这与前人[10–11]的结论相近。

本研究结果表明，种植模式×重金属污染互作对牧草叶片的光合参数、光合色素含量、生物量和重金属含量的影响基本上达极显著水平。在复合污染土壤中，间作3种牧草有利于叶片干物质的积累和重金属的吸收，单作更有利于提高叶片的光合作用能力；重金属胁迫下，不同种植模式皇竹草叶片光合特性、生物量和吸收重金属能力整体强于黑麦草和龙须草，说明种植模式与重金属污染具有一定的相关性。但是，种植模式×重金属污染交互作用的影响比较复杂，与作物种类、重金属污染种类和浓度、土壤种类、间作系统中如何合理安排不同植物的种植时间、空间布局等因素密切相关，因此,有关种植模式×重金属污染交互作用仍有待于深入研究。在实际应用中应综合考虑二者的关系，以确定不同种植模式下，各种牧草在重金属污染下的适应能力以及达到最大程度吸收土壤中的重金属，达到土壤修复的目的。

[1] ZHAO M. Status, reason, harmfulness and remediation of heavy metal contaminated soil [J]. Resour Economiz Environ Prot, 2016(4): 181, 184. doi: 10.3969/j.issn.1673-2251.2016.04.152.赵铭. 土壤重金属污染现状、原因、危害及修复研究[J]. 资源节约与环保, 2016(4): 181,184. doi: 10.3969/j.issn.1673-2251.2016.04.152.

[2] WANG Y S, HOU X L, WU P F, et al.2014, 14(4): 259–262. doi: 10.13637/j.issn.1009-6094.2014. 04.056.王友生, 侯晓龙, 吴鹏飞, 等. 长汀稀土矿废弃地土壤重金属污染特征及其评价[J]. 安全与环境学报, 2014, 14(4): 259–262. doi: 10. 13637/j.issn.1009-6094.2014.04.056.

[3] HOU X L, ZHUANG K, LIU A Q, et al. Comparison of soil quality at different revegetation stages of mining wasteland at Zijinshan Gold- copper Mine Fujian Province [J]. Chin Agric Sci Bull, 2012, 28(14): 258–263. doi: 10.3969/j.issn.1000-6850.2012.14.051.侯晓龙, 庄凯, 刘爱琴, 等. 福建紫金山金铜矿废弃地不同植被恢复阶段土壤质量比较[J]. 中国农学通报, 2012, 28(14): 258–263. doi: 10.3969/j.issn.1000-6850.2012.14.051.

[4] LIAO J B, WEN Z W, RU X, et al. Distribution and migration of heavy metals in soil and crops affected by acid mine drainage: Public health implications in Guangdong Province, China [J]. Ecotoxicol Environ Safety2016, 124: 460–469. doi: 10.1016/j.ecoenv.2015.11.023.

[5] GUO H J. Studies on remediation and treatment of Pb, Zn and Cd contaminated soil [D]. Zhengzhou: Zhongyuan University of Technology, 2017: 4–5. 郭红江. Pb、Zn、Cd复合重金属污染土壤的修复与处理研究[D]. 郑州: 中原工学院, 2017: 4–5.

[6] LIU C. Remidiation of heavy metal contaminated soil by intercroppingwith[D]. Hangzhou: Zhejiang Agriculture & Forestry University, 2017: 4–5. 刘晨. 毛竹-伴矿景天间作修复重金属污染土壤研究 [D]. 杭州: 浙江农林大学, 2017: 4–5.

[7] WANG M K. Effects of legume-gramineae intercropping on phyto- remediation of Pb, Cd contaminated soil [D]. Xianyang: Northwest Agriculture & Forestry University, 2017: 5–6. 王梦珂. 豆科-禾本科间作对铅镉污染土壤的植物络合诱导修复的影响 [D]. 咸阳: 西北农林科技大学, 2017: 5–6.

[8] YI X Y, JIANG L J, CHEN J Z, et al. Effects of lead/zinc railings on photosynthetic characteristics and antioxidant enzyme system ofL. [J]. Chin J Ecol, 2016, 35(4): 880–887. doi: 10. 13292/j.1000-4890.201604.009.易心钰, 蒋丽娟, 陈景震, 等. 铅锌尾矿渣对蓖麻光合特性及抗氧化酶系统的影响[J]. 生态学杂志, 2016, 35(4): 880–887. doi: 10. 13292/j.1000-4890.201604.009.

[9] HOU Q Q. Effects of soil contaminants from Cd and Zn on soil enzyme activities and plant ryegrass recovery [D]. Xi’an: Chang’an University, 2018: 4–5. 侯琪琪. Cd、Zn土壤污染物对土壤酶活性及修复植物黑麦草的影响研究[D]. 西安: 长安大学, 2018: 4–5.

[10] ZHU J F, LI M H, XIE P J, et al. Phytoremediation of single and combined pollution of Cu and Pb by,, and[J]. Chin J Eco-Agric, 2018, 26(2): 303– 313. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.170363.朱剑飞, 李铭红, 谢佩君, 等. 紫花苜蓿、黑麦草和狼尾草对Cu、Pb复合污染土壤修复能力的研究[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(2): 303–313. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.170363.

[11] QIAN H Y, WANG X X, JIANG P L, et al. The endurance and the restorative effect of coatinuous stubbles ryegrass on Cu, Zn pollution in soil [J]. Acta Agric Univ Jiangxi, 2004, 26(5): 801–804. doi: 10.13836/ j.jjau.2004183.钱海燕, 王兴祥, 蒋佩兰, 等. 黑麦草连茬对铜、锌污染土壤的耐性及其修复作用[J]. 江西农业大学学报, 2004, 26(5): 801–804. doi: 10. 13836/j.jjau.2004183.

[12] YI Z C, HE J B, CHENG H, et al. Effects of Cd polluted soil on the modular growth and physiological characteristics of[J]. J Agro-Environ Sci, 2014, 33(2): 276–282. doi: 10.11654/ jaes.2014.02.011.易自成, 贺俊波, 程华, 等. 镉对皇竹草构件生长及生理特性的影响[J]. 农业环境科学学报, 2014, 33(2): 276–282. doi: 10.11654/jaes. 2014.02.011.

[13] ZHANG L Q, LIN P, LI Y Z. Effects of combined pollution of Pb and Cd on photosynthesis of[J]. Hunan For Sci Technol, 2008, 35(6): 54–56,58. doi: 10.3969/j.issn.1003-5710.2008.06.014.张力群, 林鹏, 李有志. Pb、Cd复合污染对龙须草光合作用的影响[J]. 湖南林业科学, 2008, 35(6): 54–56,58. doi: 10.3969/j.issn.1003- 5710.2008.06.014.

[14] ZHAO J W, LUO X G, WANG Z, et al. Photosynthetic response of ryegrass to uranium stress and the absorption characteristics of enriched uranium [J]. J Agro-Environ Sci, 2019, 38(11): 2456–2464. doi: 10.11654/jaes.2019-0235.赵继武, 罗学刚, 王焯, 等. 黑麦草对铀胁迫的光合响应及铀吸收特性研究[J]. 农业环境科学学报, 2019, 38(11): 2456–2464. doi: 10.11654/jaes.2019-0235.

[15] LU R K. Analysis Method of Soil Agricultural Chemistry [M]. Beijing: Chinese Agricultural Science Press, 1999: 33–55,73–89,213–218. 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 1999: 33–55,73–89,213–218.

[16] ZOU W T, CHEN X F, XIONG D Z. Effects of Ca application on photosynthetic characteristics and dry weight ofleaf under different N levels [J]. J Plant Resour Environ, 2015, 24(1): 69–76. doi: 10.3969/j.issn.1674-7895.2015.01.10.邹文桐, 陈星峰, 熊德中. 不同氮水平下施钙量对烤烟叶片光合特性和干质量的影响[J]. 植物资源与环境学报, 2015, 24(1): 69–76. doi: 10.3969/j.issn.1674-7895.2015.01.10.

[17] LIU J M, LI J, WEN A H, et al. Responses of photosynthetic pigment and photosynthetic characteristics ofto drought stress [J]. Jiangsu Agric Sci, 2019, 47(9): 171–174. doi: 10.15889/j. issn.1002-1302.2019.09.038.刘济明, 李佳, 文爱华, 等. 米槁幼苗光合色素与光合特征对干旱胁迫的响应[J]. 江苏农业科学, 2019, 47(9): 171–174. doi: 10.15889/ j.issn.1002-1302.2019.09.038.

[18] CHEN B, PU H J, JIANG D H, et al. Determination method com- parison of lead’ cadmium and copper in tea [J]. J Yunnan Univ (Nat Sci), 2011, 33(S2): 457–460.陈保, 蒲泓君, 姜东华, 等. 茶叶中铅、镉、铜含量的测定方法比较[J]. 云南大学学报(自然科学版), 2011, 33(S2): 457–460.

[19] TIAN Y H, YUAN H F, LONG Y F, et al. Influence of growth light intensity on photosynthetic characteristics in six varieties ofseedlings [J]. J Trop Subtrop Bot, 2012, 20(3): 270–276. doi: 10.3969/j.issn.1005-3395.2012.03.010.田耀华, 原惠芳, 龙云峰, 等. 生长光强对六个橡胶树品种幼苗光合特性的影响 [J]. 热带亚热带植物学报, 2012, 20(3): 270–276. doi: 10.3969/j.issn.1005-3395.2012.03.010.

[20] LÜ Q J, CAO J Y. Photosynthetic Characteristics of two color leaves of[J]. J Trop Subtrop Bot, 2020, 28(2): 177–184. doi: 10.11926/jtsb.4134.闾邱杰, 曹景怡. 竹柏2种颜色叶片的光合特性研究 [J]. 热带亚热带植物学报, 2020, 28(2): 177–184. doi: 10.11926/jtsb.4134.

[21] YANG J. The effect and mechanism of intercropping on heavy metal absorption of pepper and maize [D]. Shenyang: Shenyang University, 2016: 5–6,19. 杨晶. 辣椒与玉米间作对重金属吸收的影响及其机理的研究 [D]. 沈阳: 沈阳大学, 2016: 5–6, 19.

[22] WANG Y Y, WANG H F, LI Z, et al. Effect of intercropping shading on growth and yield of peanut [J]. J Shanxi Agric Sci, 2020, 48(2): 218– 221. doi: 10.3969/j.issn.1002-2481.2020.02.20.王钰云, 王宏富, 李智, 等. 间作遮阴对花生生长发育及产量的影响 [J]. 山西农业科学, 2020, 48(2): 218–221. doi: 10.3969/j.issn.1002- 2481.2020.02.20.

[23] CHEN X, GUO X H, ZU Y Q, et al. Accumulation characteristics of Cd and Pb inBroad bean/intercropping system [J]. J Yunnan Agric Univ (Nat Sci), 2016, 31(1): 167–172. doi: 10.16211/j. issn.1004-390X(n).2016.01.026.陈兴, 郭先华, 祖艳群, 等. 蚕豆与小花南芥间作体系中Cd, Pb在植物中的累积特征 [J]. 云南农业大学学报(自然科学版), 2016, 31 (1): 167–172. doi: 10.16211/j.issn.1004-390X(n).2016.01.026.

[24] LI Z Q, CHEN Z, CHEN G L, et al. Effects of maize-rape inter- cropping on Cd uptake and accumulation by maize [J]. Chin J Ecol, 2016, 35(1): 26–31. doi: 10.13292/j.1000-4890.201601.004.李志贤, 陈章, 陈国梁, 等. 镉富集植物油菜与玉米间作对玉米吸收积累镉的影响 [J]. 生态学杂志, 2016, 35(1): 26–31. doi: 10.13292/ j.1000-4890.201601.004.

[25] WANG X G. Remediation of cadmium and pyrene contaminated soil by monoculture and intercropping ofand[D]. Xianyang: Northwest A&F University, 2015: 5–6. 王效国. 大豆、龙葵单作和间作对镉、芘污染土壤的修复 [D]. 咸阳: 西北农林科技大学, 2015: 5–6.

[26] JIN J, YE Y X, LI D, et al. Effect of heavy metal (copper) coercion on maize [J].J Maize Sci, 2006, 14(3): 83–86. doi: 10.13597/j.cnki.maize.science.2006.03.024. 金进, 叶亚新, 李丹, 等. 重金属铜对玉米的影响 [J]. 玉米科学, 2006, 14(3): 83–86. doi: 10.13597/j.cnki.maize.science.2006.03.024.

[27] LIU A Z. Study on enrichment and tolerance ofto the individual pollution of heavy metal Cd and Pb [D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2006: 49–51. 刘爱中. 单一污染方式下龙须草对重金属镉和铅的富集与耐性研究 [D]. 长沙: 湖南农业大学, 2006: 49–51.

[28] WANG T. The effect of Pb and Zn compound stress on the physiology and heavy metals accumulation of two kinds ofplants [D]. Nanchang: Jiangxi University of Finance and Economics, 2016: 8–9. 王婷. Pb、Zn复合胁迫对两种苜蓿属植物生理及重金属富集作用的影响 [D]. 南昌: 江西财经大学, 2016: 8–9.

[29] YI X Y. Study on the responses ofL. to lead and zinc stress and their mechanisms [D]. Changsha: Central South University of Forestry and Technology, 2018: 4–6. 易心钰. 蓖麻对铅锌胁迫的响应及其机制研究 [D]. 长沙: 中南林业科技大学, 2018: 4–6.

[30] PRASAD M N V. Cadmium toxicity and tolerance in vascular plants [J]. Environ Exp Bot, 1995, 35(4): 525–545. doi: 10.1016/0098-8472 (95)00024-0.

[31] YAN Z Q, CHEN Y P, QU M M, et al. Effects of Cd stress on physiological characteristics of alfalfa and its Cd enrichment [J]. Guihaia, 2019, 39(2): 218–227. doi: 10.11931/guihaia.gxzw201801040.闫志强, 陈银萍, 蘧苗苗, 等. 镉胁迫对紫花苜蓿幼苗生理特性和镉富集的影响 [J]. 广西植物, 2019, 39(2): 218–227. doi: 10.11931/ guihaia.gxzw201801040.

[32] SMITH G C, BRENNAN E G, GREENHALGH B J. Cadmium sen- sitivity of soybean related to efficiency in iron utilization [J]. Environ Exp Bot, 1985, 25(2): 99–106. doi: 10.1016/0098-8472(85)90015-2.

[33] WANG X X. Study on effect of lead-zinc waste residues from mining tailing on chlorophyll fluorescence characteristics inL. [D]. Changsha: Central South University of Forestry and Technology, 2019: 4–5. 王旭旭. 铅锌矿区废渣对苦楝叶绿素荧光特性的影响研究 [D]. 长沙: 中南林业科技大学, 2019: 4–5.

[34] MU Z M, JIANG B B, PAN Y Z, et al. Effect of heavy metal stress on the growth and physiological characteristics of[J]. Pratac Sci, 2019, 36(2): 434–441. doi: 10.11829/j.issn.1001-0629. 2018-0225.牟祚民, 姜贝贝, 潘远智, 等. 重金属胁迫对天竺葵生长及生理特性的影响[J]. 草业科学, 2019, 36(2): 434–441. doi: 10.11829/j.issn. 1001-0629.2018-0225.

Effects of Heavy Metal Pollution on Photosynthetic Characteristics and Heavy Metal Contents in Forage Leaves under Different Planting Patterns

ZOU Wen-tong, WANG Yan-jun, CAO Zhi, JIN Mei-fang, LIN Mao-zi

(College of Ocean Science and Biochemistry Engineering, Fuqing Branch of Fujian Normal University,Fuqing 350300, Fujian,China)

In order to explore the effects of heavy metal pollution on physiological characters of forage under different planting patterns, three forages, such as,and,were single cropping and intercropping, the effects of heavy metal pollution on photosynthetic parameters, photo- synthetic pigments and heavy metal contents in leaves under different planting patterns were studied. The results showed that compared with monoculture, the contents of chlorophyll (Chl) a, Chl a+b and carotenoid (Car) ofleaves under intercropping increased significantly, while Pn, Gs, Ciand Chl b content decreased signi- ficantly, but there was no significant difference in transpiration rate (Tr). The Ciand Car content inandincreased significantly, while Pn, Tr, Gs, contents of Chl a, Chl b, and Chl a+b decreased significantly except of Chl a content in. The leaf and total biomass, heavy metal contents in three forage leaves increased significantly under intercropping, except that copper content ofdecreased significantly. Compared with control, the photosynthetic parameters, photosynthetic pigment content in leaves, leaf and total biomass ofwere significantly improved treated with low concentration heavy metal pollution, while the Pn, Tr, Gs, Ciin leaves, leaf and total biomass ofanddecreased significantly, and photo- synthetic pigment contents increased significantly, but there was no significant difference in Tr, Ci, leaf biomass ofand Chl b content inand. The contents of heavy metals in three forage leaves increased significantly under heavy metal pollution. The interaction of planting pattern×heavy metal pollution on photosynthetic parameters, photosynthetic pigment content, leaf and total biomass, and heavy metal content of forage leaves were significant. Therefore, on the heavy metal combined pollution soil, it was beneficial for accumulation of dry matter and absorption of heavy metals of three forages under intercropping, while under monoculture, it was more beneficial to improve their photosynthetic capacity. Under different planting patterns, the adaptability ofto heavy metal pollution was stronger than that ofand.

Heavy metal; Pollution; Forage; Planting pattern; Photosynthetic characteristics

10.11926/jtsb.4244

2020–05–07

2020–06–25

福建省自然科学基金项目(2019J01891)；福建省教育厅中青年项目(JT180617)；中央引导地方科技发展专项(2019L3013)；现代设施农业福建省高校工程研究中心开放课题(G2-KF1802)；近海流域环境测控治理福建省高校重点实验室开放课题(S1-KF1709)资助

This work was supported by the Project for Natural Science of Fujian Province (Grant No. 2019J01891),the Youth Project of Education Department of Fujian Province (Grant No. JT180617), the Special Project for Guiding Local Science and Technology Development by Central Government (Grant No. 2019L3013), the Open Project of Fujian Universities and Colleges Engineering Research Center of Modern Facility Agriculture (Grant No. G2-KF1802),and the Open Project of Key Laboratory of Measurement and Control System for Coastal Environment Fujian Universities and Colleges (Grant No. S1-KF1709).

邹文桐(1981~)，男，硕士，实验师，主要从事植物生理生化以及重金属污染土壤的植物修复等。E-mail: wtz_5267370@163.com