鎘脅迫下不同生態型富集植物混種櫻桃幼苗對土壤酶活性的影響

楊代宇, 林立金, 張 瀟, 羅 麗, 廖明安, 何 靜

(1.四川農業大學 園藝學院, 四川 成都 611130; 2.四川農業大學 果蔬研究所, 四川 成都 611130)

鎘脅迫下不同生態型富集植物混種櫻桃幼苗對土壤酶活性的影響

楊代宇1, 林立金2, 張 瀟1, 羅 麗1, 廖明安1, 何 靜1

(1.四川農業大學 園藝學院, 四川 成都 611130; 2.四川農業大學 果蔬研究所, 四川 成都 611130)

摘要：[目的] 研究鎘脅迫條件下，兩種生態型(礦山和農田)富集植物與櫻桃幼苗混種對土壤酶活性的影響，為鎘污染區櫻桃科學生產提供參考。 [方法] 將甜心櫻桃和那翁櫻桃幼苗分別與兩種生態型的鎘富集植物小飛蓬、龍葵、馬唐混種，測定土壤過氧化氫酶、土壤脲酶和土壤蔗糖酶活性。 [結果] 甜心櫻桃混種礦山生態型馬唐的土壤過氧化氫酶和土壤脲酶活性均最高，分別較甜心櫻桃單種提高了41.07%和57.53%。那翁櫻桃混種農田生態型小飛蓬的土壤過氧化氫酶活性最高，混種礦山生態型馬唐的土壤脲酶活性最高。櫻桃幼苗混種兩種生態型富集植物后，只有甜心櫻桃混種農田生態型小飛蓬、那翁櫻桃混種礦山生態型馬唐、那翁櫻桃混種農田生態型馬唐提高了土壤蔗糖酶活性。 [結論] 鎘脅迫條件下，與櫻桃混種以提高土壤酶活性的首選材料是礦山生態型馬唐，其次為農田生態型小飛蓬。

關鍵詞：鎘脅迫; 混種; 土壤酶; 富集植物; 櫻桃

近年來，隨著社會經濟的快速發展，工業生產規模擴大和城市化進程加快，大量重金屬通過污水灌溉、化肥和農藥施用、大氣沉降等方式進人土壤系統，導致土壤污染，土壤中重金屬含量不斷增加，土壤重金屬污染已成為普遍的環境問題，越來越受到人們的關注[1]。土壤重金屬污染可以通過多種途徑進入食物鏈累積放大，嚴重影響人類健康，威脅人類的生命安全[2]，重金屬通過土壤進入植物體是其污染環境和危害人體健康最重要的途徑[3]。土壤酶是一種生物催化劑，是反映土壤肥力的一個敏感性生物指標，更能直接反映土壤生物化學過程的強度和方向，而重金屬離子在土壤中的積累分布，易對土壤中酶的活性產生影響[4]。Cd是一種毒性較大的重金屬，是植物生長的非必需元素，具有不斷積累、不易消除、易被吸收、毒害性高等特點，并較易通過食物鏈的作用進入人體，危害人體健康[5]。邱莉萍[6]通過室內盆栽試驗，得出Cu，Zn，Cd元素都降低土壤中脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶的活性。劉敬武等[7]研究發現在Cd2+，Pb2+在一定濃度下對土壤酶活性有激活效應，但大多都表現為抑制效應。單一污染時重金屬Cd，Cr和Pb濃度與土壤脲酶、土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性均呈現負相關關系，表現為一定的抑制作用，因而土壤酶活性可以用來指示土壤重金屬污染狀況[8]。在農業生產上，間(混)作不僅能提高作物對土壤養分、水和光等的有效利用，從而增加作物的產量，還能改善土壤環境，提高土壤酶活性和作物對養分元素的吸收[9]。

櫻桃是一種常見水果，櫻桃產業在水果產業中具有重要的地位[10]。近年來，由于耕地土壤不同程度地受到重金屬污染，果園土壤也逐步受到重金屬鎘的污染[11]。鑒于此，本研究以櫻桃幼苗為材料，將其與不同生態型(礦山生態型和農田生態型)的鎘富集植物小飛蓬[12]、鎘超富集植物龍葵[13]、鎘富集植物馬唐[14]進行混種，研究土壤過氧化氫酶、土壤脲酶和土壤蔗糖酶活性，以期篩選出與櫻桃幼苗混種后能顯著提高土壤酶活性的富集植物，為鎘污染區櫻桃生產提供參考。

1材料與方法

1.1　供試材料

供試植物為2011年8—9月從唐家鉛鋅礦(礦山生態型)和四川農業大學雅安校區農場農田(農田生態型)分別收集不同生態型的小飛蓬、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，在市場上采購種子。

唐家鉛鋅礦地理坐標為東經102°38′，北緯29°24′,位于四川省雅安市漢源縣唐家鄉，平均海拔890 m?，F保有鉛鋅礦儲量為1.46×106t，年采礦1.00×105t，已連續開采了15 a，已零星堆積了約6.00×105m3多廢礦渣。礦區地處北溫帶與季風帶之間的山地亞熱帶氣候區，具有典型的干熱河谷氣候特點，多年平均氣溫17.9 ℃，多年平均降雨量為741.8 mm，多年平均日照1 475.8 h，多年平均蒸發量為1 248.2 mm。四川農業大學雅安校區農場(北緯30°23′，東經103°48′)，位于四川省雅安市雨城區，平均海拔620 m，屬亞熱帶濕潤季風氣候區，多年平均氣溫16.2 ℃，多年平均降雨量為1 743.3 mm，多年平均日照1 035 h，多年平均蒸發量為1 011.2 mm。

盆栽試驗土壤為紫色土，取自四川農業大學雅安校區農場。土壤基本理化性質：pH值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0.102 mg/kg，堿解氮195.00 mg/kg，速效磷6.27 mg/kg，速效鉀189.23 mg/kg，有效態鎘含量0.021 mg/kg。土壤理化性質及重金屬含量均按照文獻[15]的方法測定。

1.2　試驗設計

2011年10月，將兩種生態型的小飛蓬種子播種于四川農業大學雅安校區農場農田的土壤中進行育苗。2012年4月，將不同生態型的龍葵、馬唐種子和櫻桃種子播種于四川農業大學雅安校區農場農田的土壤中進行育苗。2012年4月，將取自四川農業大學新區農場的土壤風干，用21 cm×20 cm(直徑×高)塑料盆裝入過6.72 mm(3目)篩的風干土3.0 kg，加入10 mg/kg Cd[16](以CdCl2·2.5 H2O分析純形式加入土壤中)，每天澆水以保持盆中土壤的田間持水量約為80%，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(氮磷鉀含量均為15%)，混勻。不同生態型的小飛蓬(6片真葉展開)、馬唐(3葉1心)和龍葵(6片真葉展開)幼苗單種每盆分別移栽4株，兩個品種的櫻桃(6片真葉展開)幼苗單種每盆分別移栽3株?；旆N的不同生態型富集植物和櫻桃幼苗分別移栽2株。試驗共計20個處理，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。每天澆水以保持盆中土壤的田間持水量約為80%。

1.3　測定內容、方法和數據處理

測定數據采用DPS系統進行方差分析(Duncan新復極差法進行多重比較)。

2結果與分析

2.1　不同生態型富集植物與甜心櫻桃混種對土壤酶活性的影響

2.1.1不同生態型富集植物與甜心櫻桃混種對土壤過氧化氫酶活性的影響從表1可以看出，不同生態型富集植物與甜心櫻桃混種的土壤過氧化氫酶活性均較甜心櫻桃單種有顯著提高，其中甜心櫻桃混種礦山生態型馬唐的土壤過氧化氫酶活性最高。除混種農田生態型小飛蓬的土壤過氧化氫酶活性高于混種礦山生態型小飛蓬外，其余的土壤過氧化氫酶活性均為混種農田生態型富集植物低于礦山生態型富集植物。與甜心櫻桃單種相比，甜心櫻桃混種農田生態型小飛蓬、礦山生態型小飛蓬、農田生態型馬唐、礦山生態型馬唐、農田生態型龍葵和礦山生態型龍葵的土壤過氧化氫酶活性分別提高了21.43%,19.64%,7.14%,41.07%,33.93%和34.52%?？梢娫阪k脅迫條件下，不同生態型富集植物與甜心櫻桃混種有助于提高土壤過氧化氫酶活性。

2.1.2不同生態型富集植物與甜心櫻桃混種對土壤蔗糖酶活性的影響從表1可知，鎘脅迫條件下，與甜心櫻桃單種相比，不同生態型富集植物與甜心櫻桃混種后，只有甜心櫻桃混種農田生態型小飛蓬提高了土壤蔗糖酶活性，較甜心櫻桃單種提高了8.74%。此外，除了混種農田生態型小飛蓬的土壤蔗糖酶活性高于混種礦山生態型小飛蓬外，其余的土壤蔗糖酶活性均為混種農田生態型富集植物低于礦山生態型富集植物。

2.1.3不同生態型富集植物與甜心櫻桃混種對土壤脲酶活性的影響與土壤蔗糖酶活性不同，鎘脅迫條件下，不同生態型富集植物與甜心櫻桃混種的土壤脲酶活性均較甜心櫻桃單種有所提高，其中甜心櫻桃混種礦山生態型馬唐的土壤脲酶活性最高，這與土壤過氧化氫酶活性的大小變化一致(表1)。除了混種農田生態型小飛蓬的土壤脲酶活性高于混種礦山生態型小飛蓬外，其余處理的土壤脲酶活性均為混種農田生態型富集植物低于礦山生態型富集植物。與甜心櫻桃單種相比，甜心櫻桃混種農田生態型小飛蓬、礦山生態型小飛蓬、農田生態型馬唐、礦山生態型馬唐、農田生態型龍葵和礦山生態型龍葵的土壤脲酶活性分別提高了16.44%,5.48%,49.32%,57.53%,30.14%和47.95%。這說明在鎘脅迫條件下，不同生態型富集植物與甜心櫻桃混種有助于提高土壤脲酶活性。

表1　不同生態型富集植物與甜心櫻桃混種對土壤酶活性的影響

注：同列數據后的不同小寫字母表示差異達顯著水平(p<0.05)。下同。

2.2　不同生態型富集植物與那翁櫻桃混種對土壤酶活性的影響

2.2.1不同生態型富集植物與那翁櫻桃混種對土壤過氧化氫酶活性的影響在鎘脅迫條件下，不同生態型富集植物與那翁櫻桃混種后的土壤過氧化氫酶活性較那翁櫻桃單種均有所提高，這與甜心櫻桃的表現一致(表2)。除混種農田生態型小飛蓬的土壤過氧化氫酶活性高于混種礦山生態型小飛蓬外，其余處理的土壤過氧化氫酶活性均為混種農田生態型富集植物低于礦山生態型富集植物。與那翁櫻桃單種相比，那翁櫻桃混種農田生態型小飛蓬、礦山生態型小飛蓬、農田生態型馬唐、礦山生態型馬唐、農田生態型龍葵和礦山生態型龍葵的過氧化氫酶活性分別提高了92.18%,1.56%,0.78%,60.94%，56.25%和71.87%。那翁櫻桃混種農田生態型小飛蓬的土壤過氧化氫酶活性最高，為0.246 ml/g，較那翁櫻桃單種提高了近1倍。這說明在鎘脅迫條件下，不同生態型富集植物與那翁櫻桃混種有助于提高土壤過氧化氫酶活性。

2.2.2不同生態型富集植物與那翁櫻桃混種對土壤蔗糖酶活性的影響從表2可得，鎘脅迫條件下，不同生態型富集植物與那翁櫻桃混種后，只有那翁櫻桃混種礦山生態型馬唐、那翁櫻桃混種農田生態型馬唐的土壤蔗糖酶活性較那翁櫻桃單種有所提高，分別提高了56.71%和1.89%，其中那翁櫻桃混種礦山生態型馬唐的土壤蔗糖酶活性最高，為2.313 mg/(g·d)。此外，除了混種農田生態型小飛蓬的土壤蔗糖酶活性高于混種礦山生態型小飛蓬外，其余的土壤蔗糖酶活性均為混種農田生態型富集植物低于礦山生態型富集植物。

2.2.3不同生態型富集植物與那翁櫻桃混種對土壤脲酶活性的影響從表2可以看出，鎘脅迫條件下，不同生態型富集植物與那翁櫻桃混種后的土壤脲酶活性較那翁櫻桃單種均有顯著提高，其中那翁櫻桃混種礦山生態型馬唐的土壤脲酶活性達到最高，這與甜心櫻桃的表現一致。除了混種農田生態型小飛蓬的土壤脲酶活性高于混種礦山生態型小飛蓬外，其余處理的土壤脲酶活性均為混種農田生態型富集植物低于礦山生態型富集植物。與那翁櫻桃單種相比，那翁櫻桃混種農田生態型小飛蓬、礦山生態型小飛蓬、農田生態型馬唐、礦山生態型馬唐、農田生態型龍葵和礦山生態型龍葵的土壤脲酶活性分別提高了44.64%,19.64%,85.71%,96.43%,14.29%和35.71%。這說明在鎘脅迫條件下，不同生態型富集植物與那翁櫻桃混種有助于提高土壤脲酶活性。

表2　不同生態型富集植物與那翁櫻桃混種對土壤酶活性的影響

2.3　不同櫻桃品種對土壤酶活性的影響

綜合表1—2可得，兩個櫻桃品種相比，甜心櫻桃單種的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性均高于那翁櫻桃單種。甜心櫻桃與不同生態型富集植物混種后的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性的平均值分別為0.212,1.596和0.098 mg/(g·d)，而那翁櫻桃與不同生態型富集植物混種后的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性的平均值分別為0.188,1.413和0.084 mg/(g·d)?？梢?，不同生態型富集植物混種甜心櫻桃后的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性的平均值均高于混種那翁櫻桃的。

2.4　不同生態型富集植物對土壤酶活性的影響

從表3可以看出，鎘處理條件下，不同生態型的富集植物的土壤酶活性不同。就小飛蓬而言，農田生態型小飛蓬單種的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性均顯著高于礦山生態型小飛蓬單種，這與前人的研究[16]一致。而就馬唐而言，礦山生態型馬唐單種的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性均高于農田生態型馬唐單種，分別較農田生態型馬唐單種高出122.22%,17.13%和3.92%。就龍葵而言，礦山生態型龍葵單種的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性均高于農田生態型龍葵單種，分別較農田生態型龍葵單種高出57.58%,151.67%和22.92%。

表3　不同生態型富集植物對土壤酶活性的影響

2.4　不同生態型富集植物混種櫻桃對土壤有效態鎘含量的影響

從圖1可以看出，農田生態型小飛蓬及礦山生態型小飛蓬混種櫻桃后，土壤有效態鎘含量較單種櫻桃和兩種超富集植物均有所提高。農田生態型龍葵及礦山生態型龍葵混種甜心櫻桃后，土壤有效態鎘含量比單種甜心櫻桃和兩種超富集植物都低，而與那翁櫻桃混種后，土壤有效態鎘含量介于單種那翁櫻桃和單種超富集植物之間，即高于單種那翁櫻桃，而低于單種超富集植物。兩種櫻桃與農田生態型馬唐混種后，土壤有效態鎘含量均低于單種櫻桃，但高于單種農田生態型馬唐。兩種櫻桃與礦山生態型馬唐混種后，甜心櫻桃土壤有效態鎘含量均低于單種甜心櫻桃，但高于單種礦山生態型馬唐；那翁櫻桃土壤有效態鎘含量均比單種那翁櫻桃和單種礦山生態型馬唐都低。

注：不同小寫字母表示差異達顯著水平(p<0.05)。

3討 論

研究表明，重金屬對土壤酶活性有極強的抑制作用，利用富集植物對重金屬污染土壤進行植物修復是降低或消除土壤重金屬毒害的有效方法，但大多數富集植物生物量普遍較低、個體矮小、生長緩慢，導致修復治理效率低、周期長。耿廣東等[18]研究表明，玉米與姜間作后，土壤酶活性均顯著地高于單作，證明混種有助于提高土壤酶活性[19]。本試驗研究表明，鎘脅迫條件下，不同生態型富集植物和兩種櫻桃品種混種后，土壤過氧化氫酶活性、土壤脲酶活性均較單種櫻桃均有所提高，這與前人的研究[19]一致。就具體的櫻桃品種而言，甜心櫻桃與礦山生態型馬唐混種后的土壤過氧化氫酶活性和土壤脲酶活性均最高，而那翁櫻桃則與農田生態型小飛蓬混種后的土壤過氧化氫酶活性最高，與礦山生態型馬唐混種后的土壤脲酶活性最高，這種差異可能與不同植物種類的根系分泌物不同有關。與土壤過氧化氫酶活性和土壤脲酶活性不同，鎘脅迫條件下，不同生態型富集植物和兩種櫻桃品種混種后，與各自單種櫻桃相比，只有甜心櫻桃混種農田生態型小飛蓬、那翁櫻桃混種礦山生態型馬唐、那翁櫻桃混種農田生態型馬唐提高了土壤蔗糖酶活性，這與前人的研究[19]有所不同，這可能與不同物種在不同生長階段的生理代謝不同有關，前人的研究大多為普通植物之間進行混種，而本試驗以普通植物和富集植物混種，在其根際可能分泌出一些普通植物混種所沒有的特殊物質，影響土壤蔗糖酶活性?；旆N不同生態型的小飛蓬后，兩種櫻桃的土壤有效態鎘含量均有所提高，這與前人的研究[16]一致。但混種不同生態型龍葵和馬唐后，櫻桃的土壤有效態鎘含量介于兩者單種之間，或低于兩者單種。

鎘脅迫條件下，甜心櫻桃單種的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性、土壤脲酶活性均高于那翁櫻桃單種，且甜心櫻桃混種不同生態型富集植物的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性、土壤脲酶活性的平均值都高于那翁櫻桃混種。說明甜心櫻桃不僅在單種情況下更能適應鎘污染土壤，與富集植物混種后它對提高土壤酶活性也具有更大的優勢。不同生態型富集植物單種條件下，農田生態型小飛蓬的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性均高于礦山生態型小飛蓬，這也與前人的研究[16]一致。礦山生態型馬唐和礦山生態型龍葵的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性均高于各自的農田生態型，這與不同生態型富集植物的自身生理代謝有關。同時，這也說明礦山生態型小飛蓬生長在農田生態條件下的生長勢弱于農田生態型小飛蓬，而礦山生態型馬唐和礦山生態型龍葵生長在農田生態條件下的生長勢則強于其各自農田生態型。

4結 論

在鎘脅迫條件下，混種不同生態型富集植物提高了櫻桃幼苗的土壤過氧化氫酶活性、土壤脲酶活性。就甜心櫻桃而言，混種礦山生態型馬唐的土壤過氧化氫酶和土壤脲酶活性均最高，分別較甜心櫻桃單種提高了41.07%和57.53%。就那翁櫻桃而言，混種農田生態型小飛蓬的土壤過氧化氫酶活性最高，較那翁櫻桃單種提高了92.19%；混種礦山生態型馬唐的土壤脲酶活性最高，較那翁櫻桃單種提高了96.43%。只有甜心櫻桃混種農田生態型小飛蓬、那翁櫻桃混種礦山生態型馬唐、那翁櫻桃混種農田生態型馬唐提高了土壤蔗糖酶活性。此外，農田生態型小飛蓬單種的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性均高于礦山生態型小飛蓬單種，而礦山生態型馬唐單種和礦山生態型龍葵單種的土壤過氧化氫酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性均高于各自的農田生態型單種。

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Effects of Different Ecotypes of Accumulator Plant Intercropping with Cherry Seedlings on Soil Enzyme Activity Under Cadmium Stress

YANG Daiyu1, LIN Lijin2, ZHANG Xiao1, LUO Li1, LIAO Mingan1, HE Jing1

(1.CollegeofHorticulture,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu，Sichuan611130,China; 2.InstituteofPomologyandOlericulture,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu，Sichuan611130,China)

Abstract：[Objective] The effects of two ecotypes(farmland and mining) of accumulator plants intercropping with cherry seedlings on soil enzyme activity under cadmium stress were examined in order to provide the reference for cherry production in cadmium pollution area. [Methods] Tianxin cherry and Naweng cherry were intercropped with two ecotypes of cadmium accumulator Conyza canadensis, Solanum nigrum and Digitaria sanguinalis, respectively, and the soil catalase, urease and invertase activities were determined. [Results] When Tianxin cherry intercropped with mining ecotype of D. sanguinalis, the soil catalase and urease activities reached to the highest values, which were improved by 41.07% and 57.53% than monoculture of Tianxin cherry, respectively. When Naweng cherry intercropped with farmland ecotype of C. canadensis, the soil catalase activity reached to the highest value, and the soil urease activity reached to the highest value when intercropped with mining ecotype of D. sanguinalis. When cherry seedlings intercropped with two ecotypes of accumulator plants, only Tianxin cherry intercropping with farmland ecotype of C. canadensis, Naweng cherry intercropping with mining ecotype of D. sanguinalis and Naweng cherry intercropping with farmland ecotype of D. sanguinalis improved the soil invertase activity. [Conclusion] Under cadmium stress, the soil enzyme activity of cherry could be improved by intercropping, and the best material was mining ecotype of D. sanguinalis, and followed by farmland ecotype of C. canadensis.

Keywords:cadmium stress; intercropping; soil enzyme; accumulator plant; cherry

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)04-0073-06

中圖分類號：S154, X503

通信作者：廖明安(1957—),男(漢族),四川省仁壽縣人,博士,教授,主要從事果樹生理生態及栽培研究。E-mail:lman@sicau.edu.cn。

收稿日期：2014-06-29修回日期：2014-08-18

資助項目：國家農業科技成果轉化基金項目“川花梨新品種中試與優質高產栽培技術應用及產業化示范”(2011GB2F000006)

第一作者：楊代宇(1989—),男(漢族),四川省名山縣人,碩士研究生,研究方向為果樹生理生態。E-mail:442590961@qq.com。