練華山，李紅艷，林立金

(1.成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院，四川 成都 611130； 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 果蔬研究所，四川 成都 611130)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)大面積耕地的重金屬含量均超過(guò)規(guī)定閾值，主要是鉛、鎘、砷、汞等元素，在礦區(qū)附近的農(nóng)田污染更加明顯，其中，果園的重金屬鎘污染問(wèn)題尤其突出[1-2]。重金屬鎘具有較強(qiáng)的毒性，難以被生物體降解，耕地中的大部分重金屬鎘被作物吸收后，通過(guò)食物鏈的傳遞，最終聚集在人體，影響人體健康[3]。秸稈覆蓋常被生產(chǎn)者應(yīng)用于農(nóng)田雜草的治理和病蟲(chóng)害的防治等，還可以促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)[4-5]。土壤覆蓋秸稈可以影響蔬菜、糧食作物或果樹(shù)等植物的代謝過(guò)程，大部分可以降低植物對(duì)土壤中鎘的吸收，或者抑制鎘元素轉(zhuǎn)運(yùn)到可食用部分，從而提高鎘污染土壤中農(nóng)產(chǎn)品的安全系數(shù)。近年來(lái)，大量研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫、干旱脅迫和重金屬污染等條件下覆蓋秸稈能有效提高農(nóng)作物的抗逆性[6]。KOSTERNA[5]在栽培有花椰菜和番茄幼苗的土壤表面覆蓋蕎麥、黑麥、玉米和油菜秸稈，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤覆蓋4種秸稈均能抑制雜草的生長(zhǎng)。有學(xué)者在牛膝菊和芥菜等方面也有所研究[7-9]。鎘污染土壤中覆蓋植物秸稈可促進(jìn)或抑制植物的生長(zhǎng)及對(duì)重金屬元素的積累。

樹(shù)番茄(Cyphomandraberacea)是茄科樹(shù)番茄屬多年生木本植物，具有較強(qiáng)的觀(guān)賞價(jià)值和食用價(jià)值，在我國(guó)多個(gè)地區(qū)均有引種栽培[10]。目前，許多果園的重金屬污染問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重制約著果樹(shù)產(chǎn)量和品質(zhì)[11-12]。鑒于此，對(duì)土壤進(jìn)行人工施鎘處理，再將鎘超富集植物少花龍葵(Solanumphoteinocarpum)根系、莖稈和葉片秸稈覆蓋在土壤表面，之后種植樹(shù)番茄幼苗，研究覆蓋少花龍葵秸稈對(duì)樹(shù)番茄幼苗生長(zhǎng)及鎘積累的影響，為鎘污染區(qū)的樹(shù)番茄安全生產(chǎn)提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用土為四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雅安校區(qū)農(nóng)場(chǎng)農(nóng)田的未污染水稻土[13]。2014年9月—2015年5月，在農(nóng)田(未污染區(qū))內(nèi)采集少花龍葵秸稈。采集到的少花龍葵各器官分別于75 ℃干燥箱中烘干至恒定質(zhì)量，粉碎機(jī)粉碎后過(guò)1 mm篩備用。于4月將樹(shù)番茄種子撒播于農(nóng)田育苗。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2015年4—6月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雅安校區(qū)進(jìn)行。2015年4月，分別稱(chēng)取3.0 kg的風(fēng)干、壓碎土壤裝于15 cm×18 cm(高×直徑)的塑料盆內(nèi)，以溶液形式加入10 mg/kg的鎘(分析純CdCl2·2.5H2O)，混勻，保持濕潤(rùn)自然放置4周后混合備用。2015年5月，將處理好的少花龍葵秸稈各器官分別覆蓋于土壤表面，覆蓋量為每盆6 g，即每千克土2 g，將長(zhǎng)勢(shì)一致的樹(shù)番茄幼苗(3～4片真葉)移栽至盆中，每盆栽植2株，共24盆，48株。共設(shè)置4個(gè)處理：未覆蓋，覆蓋少花龍葵根系、莖稈、葉片秸稈，每個(gè)處理重復(fù)6次。日常澆水、除草、防蟲(chóng)管理，保持盆中土壤的田間持水量約為80%。60 d后，測(cè)定成熟葉片光合色素含量[14]，之后整株收獲，同時(shí)收獲部分土壤自然風(fēng)干待測(cè)。用自來(lái)水洗凈植物器官，再用去離子水沖洗3次后，將幼苗各器官分開(kāi)封裝，殺青后于75 ℃鼓風(fēng)干燥箱烘干至恒定質(zhì)量，稱(chēng)取各器官干質(zhì)量，粉碎后測(cè)定鎘含量。鎘含量測(cè)定參照鮑士旦[15]的方法，并計(jì)算轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=植物地上部分鎘含量/根系鎘含量[16]。將土壤樣品過(guò)1 mm篩，測(cè)定土壤pH值和土壤有效態(tài)鎘含量[15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，并用Excel 2013進(jìn)行表格和圖表的制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤覆蓋少花龍葵秸稈對(duì)樹(shù)番茄幼苗生物量的影響

從表1可以看出，土壤覆蓋少花龍葵各器官秸稈后，樹(shù)番茄的各器官生物量較未覆蓋對(duì)照均有所提高。覆蓋根系秸稈后的樹(shù)番茄幼苗根系、莖稈、葉片及地上部分的生物量分別比未覆蓋增加13.87%(P<0.05)、8.33%(P<0.05)、24.59%(P<0.05)和20.18%(P<0.05)，覆蓋莖稈秸稈后其相應(yīng)器官分別比未覆蓋增加5.35%(P<0.05)、1.16%(P>0.05)、10.27%(P<0.05)和7.79%(P<0.05)，覆蓋葉片秸稈后分別比未覆蓋增加6.33%(P<0.05)、3.94%(P<0.05)、13.63%(P<0.05)和11.00%(P<0.05)。覆蓋少花龍葵不同器官秸稈的樹(shù)番茄幼苗莖稈、葉片及地上部分的生物量之間具有顯著差異，不同器官秸稈處理的樹(shù)番茄幼苗各器官生物量大小順序相同，均為根系秸稈>葉片秸稈>莖稈秸稈>未覆蓋。不同秸稈處理的樹(shù)番茄幼苗根冠比均低于未覆蓋，其大小順序?yàn)槲锤采w>莖稈秸稈>葉片秸稈>根系秸稈。

2.2 土壤覆蓋少花龍葵秸稈對(duì)樹(shù)番茄幼苗葉片光合色素的影響

土壤覆蓋少花龍葵各器官秸稈后，樹(shù)番茄幼苗光合色素含量均高于未覆蓋(表2)。覆蓋少花龍葵根系秸稈后的樹(shù)番茄幼苗葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素及類(lèi)胡蘿卜素含量較未覆蓋分別增加21.20%(P<0.05)、20.10%(P>0.05)、19.41%(P>0.05)、20.93%(P<0.05)，覆蓋少花龍葵莖稈秸稈后的樹(shù)番茄幼苗相應(yīng)指標(biāo)分別較未覆蓋增加3.00%(P>0.05)、0.52%(P>0.05)、2.71%(P>0.05)、2.38%(P>0.05)。各處理的葉綠素b和總?cè)~綠素含量之間均無(wú)顯著差異，但覆蓋少花龍葵根系秸稈后其葉綠素a含量和類(lèi)胡蘿卜素含量與未覆蓋以及覆蓋莖稈秸稈處理相比均有顯著差異，而與覆蓋葉片秸稈相比相應(yīng)指標(biāo)差異不顯著。土壤覆蓋少花龍葵秸稈后，樹(shù)番茄幼苗的光合色素含量的大小順序相同，均為根系秸稈>葉片秸稈>莖稈秸稈>未覆蓋。覆蓋少花龍葵秸稈處理的樹(shù)番茄幼苗葉綠素a/b值均高于未覆蓋，其大小順序?yàn)榍o稈秸稈>葉片秸稈>根系秸稈>未覆蓋。

表1 不同處理樹(shù)番茄幼苗的生物量比較Tab.1 Comparison of biomass of C.beracea seedlings among different treatments

注：同列數(shù)據(jù)不同字母表示在5%水平差異顯著，下同。
Note:Different letters in the same column indicate significant differences at the 5% level,the same below.

表2 不同處理樹(shù)番茄幼苗的葉片光合色素含量比較Tab.2 Comparison of photosynthetic pigment content in leaves of C.beracea seedlings among different treatments

2.3 土壤覆蓋少花龍葵秸稈對(duì)樹(shù)番茄幼苗鎘含量的影響

覆蓋處理后樹(shù)番茄幼苗各器官鎘含量較未覆蓋均顯著降低(表3)。覆蓋少花龍葵根系、莖稈和葉片秸稈后樹(shù)番茄幼苗的根系鎘含量較未覆蓋分別減少25.32%(P<0.05)、15.71%(P<0.05)和21.73%(P<0.05)，其莖稈鎘含量較未覆蓋分別減少12.94%(P<0.05)、4.52%(P<0.05)和8.83%(P<0.05)，葉片鎘含量分別減少14.60%(P<0.05)、12.53%(P<0.05)和13.02%(P<0.05)，地上部分鎘含量分別降低13.73%(P<0.05)、10.50%(P<0.05)和11.76%(P<0.05)。未覆蓋處理與覆蓋秸稈處理相比，樹(shù)番茄幼苗各器官鎘含量差異均達(dá)到顯著水平，覆蓋少花龍葵根系秸稈和莖稈秸稈之間的各器官鎘含量差異也達(dá)到顯著水平。就轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)而言，各處理下樹(shù)番茄幼苗的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大小順序?yàn)楦到斩?葉片秸稈>莖稈秸稈>未覆蓋。

表3 不同處理樹(shù)番茄幼苗的鎘含量比較Tab.3 Comparison of cadmium content in C.beracea seedlings among different treatments

2.4 土壤覆蓋少花龍葵秸稈對(duì)土壤pH值和有效態(tài)鎘含量的影響

土壤覆蓋少花龍葵各器官秸稈后，土壤有效態(tài)鎘含量均顯著低于未覆蓋(圖1)，而土壤pH值均顯著高于未覆蓋(圖2)。覆蓋少花龍葵根系、莖稈和葉片秸稈后的有效態(tài)鎘含量依次較未覆蓋減少8.73%(P<0.05)、3.44%(P<0.05)和5.28%(P<0.05)。就土壤pH值而言，覆蓋少花龍葵秸稈后，土壤pH值的大小順序?yàn)楦到斩?葉片秸稈>莖稈秸稈>未覆蓋，覆蓋根系、莖稈和葉片秸稈后的土壤pH值依次較未覆蓋提高3.94%(P<0.05)、2.69%(P<0.05)和3.40%(P<0.05)。

不同小寫(xiě)字母表示在5%水平差異顯著，圖2同Different letters indicate significant differences at the 5% level,the same as Fig.2圖1 不同處理土壤有效態(tài)鎘含量比較Fig.1 Comparison of available Cd content in soil among different treatments

圖2 不同處理土壤pH值比較Fig.2 Comparison of soil pH value among different treatments

3 結(jié)論與討論

秸稈還田是一種新型的培肥和增產(chǎn)方法，避免了燃燒秸稈所造成的大氣污染。土壤覆蓋植物秸稈后，秸稈在土壤表面腐化，將其體內(nèi)大量有機(jī)物釋放入土壤，從而改善土壤結(jié)構(gòu)、肥力狀況和養(yǎng)分循環(huán)，經(jīng)由土壤反作用于植物根系，影響植物各種代謝活動(dòng)[17]。王恒等[18]將土壤覆蓋4種鎘耐性植物秸稈后，薺菜的各器官生物量較未覆蓋有所增加。本試驗(yàn)中，在土壤鎘脅迫條件下，向栽植樹(shù)番茄的土壤表面分別覆蓋少花龍葵根系、莖稈和葉片秸稈，各覆蓋秸稈處理的樹(shù)番茄各器官生物量較未覆蓋均有所增加，說(shuō)明覆蓋少花龍葵各器官秸稈均能促進(jìn)樹(shù)番茄幼苗的生長(zhǎng)，可能與少花龍葵秸稈所釋放的養(yǎng)分有關(guān)。這與前人研究有所差異[7]，可能是因?yàn)橥唤斩拰?duì)不同植物的作用效果不同，還有待研究。

秸稈是通過(guò)其分解過(guò)程中釋放的化感物質(zhì)來(lái)促進(jìn)或抑制植物的光合作用，而具體是促進(jìn)還是抑制與植物的種類(lèi)有關(guān)[19-20]。大量研究指出秸稈覆蓋能促進(jìn)植物光合作用[20-22]。在本試驗(yàn)研究中，土壤覆蓋少花龍葵各器官秸稈后，樹(shù)番茄幼苗的光合色素含量均高于未覆蓋，這說(shuō)明在鎘脅迫條件下，土壤表面覆蓋少花龍葵各器官秸稈后，樹(shù)番茄幼苗的光合作用增強(qiáng)，光合色素含量增加。

植物對(duì)重金屬元素的吸收差異主要集中在根際環(huán)境中[23]。本研究中，土壤覆蓋少花龍葵各器官秸稈后，樹(shù)番茄幼苗根系及地上部分鎘含量均低于未覆蓋。在10 mg/kg鎘污染果園中，土壤覆蓋少花龍葵根系秸稈，能夠在促進(jìn)樹(shù)番茄幼苗生長(zhǎng)的同時(shí)降低植株體內(nèi)鎘含量，可應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。土壤中的有效態(tài)鎘含量與土壤pH值直接相關(guān)，而土壤pH值的改變主要是由秸稈腐化中釋放的有機(jī)酸引起的，植物秸稈中的養(yǎng)分在秸稈腐化過(guò)程中被釋放出來(lái)，從而被其他活體植物吸收[24-26]。湯福義等[9]研究認(rèn)為，土壤中施入秸稈后土壤pH值降低且土壤鎘有效性升高。本試驗(yàn)中，土壤覆蓋少花龍葵秸稈顯著提高了土壤pH值，而土壤有效態(tài)鎘含量均有所降低。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤覆蓋少花龍葵根系、莖稈和葉片秸稈均提高了樹(shù)番茄幼苗各部分的生物量和光合色素含量，也降低了樹(shù)番茄幼苗各器官的鎘含量。此外，覆蓋少花龍葵秸稈后再種植樹(shù)番茄幼苗提高了土壤環(huán)境中的pH值，也降低了土壤有效態(tài)鎘含量。因此，覆蓋少花龍葵秸稈有利于鎘污染土壤環(huán)境中樹(shù)番茄的安全生產(chǎn)，覆蓋其根系秸稈的效果最佳。