石 軍，黃廷友，褚旭東，林立金，廖明安

(1．四川省綿陽市農業(yè)科學研究院，四川 綿陽 621023;2．四川農業(yè)大學 園藝學院，四川 雅安 625014;3．四川省雅安水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測分站，四川 雅安 625000)

在農業(yè)生產中，混種是主要的農業(yè)生產模式之一，在我國具有悠久的歷史，目前在世界各國尤其在發(fā)展中國家被廣泛采用［1］。混種是指把生育期相近、農藝性狀相近，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］。混種后，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，提高植物復合群體的產量［3-5］。同時，混種后的植物形成多樣性的基因或物種，能調控農田小氣候，減少病蟲害發(fā)生，提高單位土地面積的生產力［6-7］。在果樹研究上，李會科［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，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，由于植物產生的根際效應，會使體內生理生化發(fā)生一系列變化。前人對重金屬脅迫下植物葉綠素合成、光合作用與呼吸作用、細胞膜透性、抗氧化酶活性以及體內物質和代謝等方面都進行了研究［13-14］，但是對于營養(yǎng)養(yǎng)分吸收方面的報道較少。

四川省漢源縣有豐富的金屬礦產資源，礦產資源的開采、運輸、冶煉、尾礦堆積等活動對礦區(qū)周圍農田土壤造成嚴重的鎘污染［15］，影響了當?shù)氐乃?特別是櫻桃)的長足發(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提供參考。

1 材料與方法

1．1 試驗材料

2011年8—9月從唐家山鉛鋅礦(四川漢源縣)和四川農業(yè)大學新區(qū)農場農田(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，在市場上采購。

1．2 試驗設計

試驗于2011年10月—2012年7月在四川農業(yè)大學新區(qū)農場進行。2011年10月將2種生態(tài)型的小飛蓬種子播種于四川農業(yè)大學新區(qū)農場農田的土壤中進行育苗;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業(yè)大學新區(qū)農場農田的土壤中進行育苗。礦區(qū)土壤基本理化性質為:pH 8．17，有機質 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;農田土壤(非污染土壤)為紫色土，其基本理化性質為:pH 6．94，有機質 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，將取自四川農業(yè)大學新區(qū)農場的土壤風干，用21 cm×20 cm(直徑×高)塑料盆裝入過6．72 mm(3 目)篩的風干土 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，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，每個處理重復3次。盆與盆之間的距離為15 cm，完全隨機擺放。在整個生長過程中不定期的交換盆與盆的位置減弱邊際效應對的影響，并及時去除其它雜草，防治病蟲害。

1．3 測定項目與方法

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。植物樣品用自來水將泥土洗凈后，再用去離子水反復沖洗，于105℃下殺青15 min，70℃烘至恒質量，稱量。土壤風干后過1 mm篩用于測定速效磷含量和速效鉀含量。植物全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮，鉬銻抗比色法測定;植物全鉀含量采用H2SO4-H2O2消煮，火焰分光光度計法測定［21］。土壤速效磷含量采用NaHCO3提取，鉬銻抗比色法測定;土壤速效鉀含量采用NH4OAc提取，火焰分光光度計法測定［21］。

1．4 數(shù)據(jù)處理方法

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

2 結果與分析

2．1 不同生態(tài)型富集植物對鎘脅迫櫻桃植株磷鉀吸收的影響

2．1．1 不同生態(tài)型富集植物對鎘脅迫櫻桃植株鉀吸收的影響 從表1可以看出，對于甜心櫻桃，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。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(農田)鉀含量較單種增加了26．35%;而龍葵(農田)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(農田)、龍葵(礦山)無顯著差異(P＞0．05)，而與龍葵龍?zhí)铩ⅠR唐(農田)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(農田)混種對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(農田)和小飛蓬(農田)，分別提高了33．46%、31．67%。

對于那翁櫻桃，其和小飛蓬(農田)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)。就地上部分來說，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遠高于其他種類。

就地上部分而言，混種甜心櫻桃和那翁櫻桃對于3種不同生態(tài)型的植物鉀含量都有所提高，特別是對于馬唐:馬唐(農田)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，小飛蓬是一種吸收鉀元素比較高的植物。

表3 混種櫻桃對不同生態(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的磷含量都有有增加，說明混種對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。就地上部分來看，雖然含量最高的小飛蓬(農田)，但是混種對于馬唐(農田)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(農田)，這說明了不管是混種甜心櫻桃還是那翁櫻桃都有利于馬唐(農田)對磷的轉運。

2．3 混種對植物生物量的影響

2．3．1 不同混種方式對櫻桃生物量的影響 由表5可以看出，對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 不同混種方式對不同生態(tài)型富集植物植株生物量的影響 由表6可知，對于生長在農田的植物，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%。

對于生長在礦山的植物，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率，不僅能增加作物的產量、改善質量，同時還能防治病蟲害［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礦質營養(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，使種間氮素的促進作用更加明顯，同時為了滿足禾本科作物對養(yǎng)分的需求，豆科作物固定的氮素會向禾本科作物中轉移［23-24］。另外Ta和Faris［25］在對苜宿/梯木草的研究中證實了這一現(xiàn)象，梯木草吸收氮的25%來源于苜宿自身固氮的轉移。李淑敏等［26］通過研究發(fā)現(xiàn)玉米/鷹嘴豆混種促進了玉米對有機磷的吸收。本試驗結果表明，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磷鉀養(yǎng)分的競爭吸收有關，也與前人的研究［25-26］一致。同時，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空間競爭有關。說明在鎘脅迫條件下，針對不同的植物種類，要選擇不同的富集植物，才能起到增加養(yǎng)分的目的。而對于櫻桃來說，與小飛蓬混種能夠更好的吸收土壤中的養(yǎng)分。

［1］Thrupp L A．Linking agricultural biodiversity and food security:the valuable role of agrobiodiversity for sustainable agriculture［J］．International Affairs，2000，76(2):283-297．

［2］李少峰，鐃文芳．混植對油菜主要農藝性狀及產量的影響［J］．耕作與栽培，2001(5):10-21．

［3］唐永金．混種栽培作物競爭的數(shù)學分析［J］．生物數(shù)學學報，1998，13(2):215-218．

［4］Vandermeer J．The ecology of intercropping［M］．Cambridge:Cambridge University Press，1989．

［5］李隆，李曉林，張福鎖．小麥/大豆間作條件下作物養(yǎng)分吸收利用對間作優(yōu)勢的貢獻［J］．植物營養(yǎng)與肥料學報，2000，6(2):140-146．

［6］Zhu Y Y，Chen H R，F(xiàn)an JH，et al．Genetic diversity and disease control in rice［J］．Nature，2000，406:707-716．

［7］Li C，He X，Zhu S，et al．Crop diversity for yield increase［J］．PLoSONE，2009，4(11):e8049．

［8］李會科，張廣軍，趙政陽，等．黃土高原旱地蘋果園生草對土壤養(yǎng)分的影響［J］．園藝學報，2007，34(2):447-480．

［9］何炎森，翁錦周，李瑞美，等．自然生草覆蓋對琯溪蜜柚果園土壤養(yǎng)分和果實產量的影響［J］．亞熱帶農業(yè)研究，2005，4(1):45-48．

［10］李華，惠竹梅，張振文，等．行間生草對葡萄園土壤肥力和葡萄葉片養(yǎng)分的影響［J］．農業(yè)工程學報，2004，20(suppl):116-119．

［11］鄭重祿．柑桔生草栽培的生態(tài)效應綜述［J］．中國南方果樹，2012，41(1):30-35．

［12］毛培春，孟林，張國芳，等．白三葉對桃園小氣候和桃品質的影響［J］．草地學報，2006，14(4):360-364．

［13］龐欣，王東紅，彭安．鉛脅迫對小麥幼苗抗氧化酶活性的影響［J］．環(huán)境科學，2001，22(5):108-111．

［14］Prasad D D K，Prasad A R K．Effect of lead and mercury on chlorophyll synthesis inmung bean see dings［J］．Phytochemistry，1987，26:881-883．

［15］毛竹．漢源鉛鋅礦區(qū)土壤重金屬空間變異及其污染風險評價［D］．雅安:四川農業(yè)大學，2009．

［16］Wei S，Zhou Q，Saha U K，et al．Identification of a Cd accumulator Conyza canadensis［J］．Journal of Hazardous Materials，2009，163(1):32-35．

［17］WeiSH，Zhou Q X，Wang X，etal．A newly-discovered Cd-hyperaccumulator Solanum nigrum L［J］．Chinese Science Bulletin，2005，50(1)，33-38．

［18］嚴密，楊紅飛，姚婧，等．馬唐對 Pb 污染土壤的修復作用［J］．土壤通報，2007，38(3):549-552．

［19］Ewais E A．Effects of cadmium，nickel and lead on growth，chlorophyll content and proteins of weeds［J］．Biologia Plantarum，1997，39(3)，403-410．

［20］Lin L J，Liu Q H，Shi J，et al．Intercropping different varieties of radish can increase cadmium accumulation in radish［J］．Environmental Toxicology and Chemistry，2014，33(9):1950-1955．

［21］鮑士旦．土壤農化分析［M］．北京:中國農業(yè)出版社，2000．

［22］袁燁，劉國華，陳立云．作物混種研究進展［J］．作物研究，2008，22(5):381-385．

［23］王曉?。熳鲗Υ蠖?、玉米生長發(fā)育及土壤無機氮的影響［D］．哈爾濱:東北農業(yè)大學，2012．

［24］Stern W R．Nitrogen fixation and transfer in intercrop systems［J］．Field Crops Research，1993，34:335-356．

［25］Ta TC，F(xiàn)aris M A．Species variation in the fixation and transfer of nitrogen from legume association grass［J］．Plantand Soil，1987，98:265-274．

［26］李淑敏．間作作物吸收磷的種間促進作用機制研究［D］．北京:中國農業(yè)大學，2004．