混種黑麥草和三葉草對假繁縷鉻、銅及鎳積累的影響

王興偉， 劉子芳， 趙 兵， 黃忠勝

（1.雅安市環境監測中心站， 四川 雅安 625000；2.四川省核工業輻射測試防護院， 四川 成都 610503；3.雅安市水務局， 四川 雅安 625000）

0 引言

近年來，農田土壤的重金屬污染越來越嚴重，致使作物產量降低、品質下降[1-2]，就鎘污染而言，據報道，我國鎘污染土壤面積已達到20萬km2，占耕地總面積的1/6[3]。因此，重金屬污染急需治理。植物修復技術指利用植物吸收、揮發或固定土壤中的重金屬，降低其含量或有效態含量，減低其對生物的危害，作為一種高效生物修復途徑已被科學界和政府部門認識和選用[4-5]。美國及其他國家的重金屬植物修復技術已用于修復多處污染場所[6]。在重金屬污染條件下，不同植物物種間（混）種對重金屬元素的吸收影響主要集中在根際環境中，植物可通過信號反饋分泌有機酸與重金屬形成可溶性絡合物而抑制重金屬的跨膜運輸，降低重金屬的生物有效性，減少其對植物的傷害[7-8]。現今關于混種植株體內重金屬的積累情況，研究的多是一種重金屬，而在實際生產中，需要修復的土壤多是2種或以上重金屬復合污染，但是在2種或以上重金屬復合污染下，在混種植株體內重金屬的積累情況，混種植株在不同生育期內，重金屬在植株體內的積累和分布研究還少有報道[9-10]。

本研究以假繁縷（Pseudostellaria maximowicziana）[11]、黑麥草（Lolium perenne）[12]及三葉草（Trifolium pratense）[13]為材料，將假繁縷分別混種黑麥草和三葉草，并將其種植在鉻、銅及鎳混合污染的土壤上，以期能夠篩選出提高假繁縷修復效率的混種方式，為重金屬污染區的生態修復提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試植物為假繁縷、黑麥草、三葉草。假繁縷幼苗于2015年2月取自四川省漢源縣團寶山鉛鋅礦（29°28′10″N，102°51′30″E），該礦山平均海拔 2 711.5 m，年均溫度4.3℃，年降雨量3 869 mm，年均蒸發量1 421 mm，年均日照時數1 381.4 h。黑麥草及三葉草種子購于市場。

土壤于2015年2月取自團寶山鉛鋅礦，黃棕壤土，其ω（鉻）為 254.72 mg/kg，ω（銅）為 84.56 mg/kg，ω（鎳）為 214.69 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗于2015年2～6月四川農業大學雅安校區農場（29°59′N,102°59′E）進行。 2015 年 2 月，將假繁縷幼苗種植于四川農業大學雅安校區農場農田中，黑麥草和三葉草種子直接播種于四川農業大學雅安校區農場農田進行育苗。將供試土壤風干、壓碎，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。

2015年4月，將假繁縷、黑麥草及三葉草幼苗（高約3 cm，2片真葉展開）分別按照假繁縷單作、黑麥草單作、三葉草單作、假繁縷混種黑麥草、假繁縷混種三葉草、3種植物混種的方式種植于盆中。單重每盆種植植物6株，2種植物混種的每盆種植每種植物各3株，3種植物混種的每盆種植每種植物各2株，每個處理重復6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以減弱邊際效應的影響，并及時去除雜草，防治病蟲害。

種植2個月（2015年6月）后，將植物收獲，用自來水將泥土洗凈后，再用去離子水反復沖洗，于110℃殺青15 min，75℃烘干至衡重，稱重，粉碎，過0.149 mm篩。稱取0.500 g植物樣品，加入硝酸-高氯酸 （體積比為4︰1）放置12 h后消化至溶液透明，過濾，定容至50 mL，用原子吸收分光光度計進行鉻、銅及鎳含量，并計算積累量[14]。

1.3 數據分析

采用SPSS 13.0進行統計分析（Duncan新復極差法進行多重比較)。

2 結果與討論

2.1 混種對3種植物重金屬積累量的影響

2.1.1 混種對假繁縷重金屬積累量的影響

混種對假繁縷重金屬的影響見圖1。

圖1 混種對假繁縷重金屬積累量的影響

由圖1可以看出，混種三葉草提高了假繁縷莖稈、葉片以及地上部分的鉻積累量，分別較假繁縷單種提高了49.57%（P＜0.05），53.88%（P＜0.05） 和52.38%（P＜0.05）。混種黑麥草和3種植物混種則均降低了假繁縷莖稈、葉片以及地上部分的鉻積累量（P＜0.05）。假繁縷的莖稈、葉片及地上部分鉻積累量的大小順序均為：假繁縷 （混種三葉草）＞假繁縷（單種）＞假繁縷（3種植物混種）＞假繁縷（混種黑麥草）。就銅積累量而言，混種三葉草提高了假繁縷莖稈、葉片以及地上部分的銅積累量，分別較假繁縷單種提高了 48.34%%（P＜0.05），64.99%（P＜0.05）和59.11%（P＜0.05）。混種黑麥草和三種植物混種則均降低了假繁縷莖稈、葉片及地上部分的銅積累量（P＜0.05）。假繁縷的莖稈、葉片和地上部分銅積累量的大小順序均為：假繁縷 （混種三葉草）＞假繁縷（單種）＞假繁縷（3種植物混種）＞假繁縷（混種黑麥草）。與鉻和銅的積累量一致，假繁縷的莖稈、葉片及地上部分鎳積累量的大小順序均為：假繁縷（混種三葉草）＞假繁縷（單種）＞假繁縷（3種植物混種）＞假繁縷（混種黑麥草）。

2.1.2 混種對黑麥草重金屬積累量的影響

混種對黑麥草重金屬積累量的影響見圖2。由圖2可以看出，混種假繁縷和3種植物混種均顯著提高了黑麥草的莖稈和地上部分的鉻積累量 （P＜0.05），但僅3種植物混種顯著提高了黑麥草葉片的鉻積累量（P＜0.05），混種假繁縷則顯著降低了黑麥草葉片的鉻積累量（P＜0.05）。黑麥草莖稈鉻積累量的大小順序為：黑麥草（混種假繁縷）＞黑麥草（3種植物混種）＞黑麥草（單種），葉片鉻積累量的大小順序為：黑麥草（3種植物混種）＞黑麥草（單種）＞黑麥草（混種假繁縷），地上部分鉻積累量的大小順序為：黑麥草（3種植物混種）＞黑麥草（混種假繁縷）＞黑麥草（單種）。與鉻積累量不同，混種假繁縷與3種植物混種均顯著提高黑麥草莖稈、葉片和地上部分的銅積累量（P＜0.05），其大小順序均為：黑麥（3種植物混種）＞黑麥草（混種假繁縷）＞黑麥草（單種）。就鎳積累量而言，混種假繁縷與植物混種也顯著提高黑麥草莖稈、葉片和地上部分的鎳積累量（P＜0.05），其大小順序均為：黑麥（3種植物混種）＞黑麥草（混種假繁縷）＞黑麥草（單種）。

圖2 混種對黑麥草重金屬積累量的影響

2.1.3 混種對三葉草重金屬積累量的影響

混種對三葉草重金屬積累量的影響見圖3。由圖3可以看出，混種假繁縷和3種植物混種均顯著降低了三葉草的莖稈、葉片和地上部分的鉻積累量（P＜0.05），其大小順序為三葉草（單種）＞三葉草（混種假繁縷）＞三葉草（3種植物混種）。混種對三葉草銅積累量的表現與鉻積累量一致，即大小順序均為三葉草（單種）＞三葉草（混種假繁縷）＞三葉草（3種植物混種）。從鎳積累量來看，混種假繁縷顯著降低了三葉草莖稈的鎳積累量（P＜0.05），但顯著提高了三葉草葉片和地上部分的鎳積累量（P＜0.05）。3植物混種則顯著降低了三葉草莖稈、葉片和地上部分的鎳積累量（P＜0.05）。三葉草莖稈、葉片和地上部分的鎳積累量的大小順序均為：三葉草 （混種假繁縷）＞三葉草（單種）＞三葉草（3種植物混種）。

圖3 混種對三葉草重金屬積累量的影響

2.2 不同種植方式對重金屬積累總量的影響

2.2.1 不同種植方式鉻積累總量的影響

不同種植方式鉻積累總量的影響見圖4。由圖4可見，假繁縷混種三葉草的單盆莖稈鉻積累總量分別介于假繁縷（單種）和三葉草（單種）之間。3種植物混種的單盆莖稈鉻積累總量分別介于3種植物各自單種，只有假繁縷混種黑麥草的單盆莖稈鉻積累總量高于各自的單種（P＜0.05），達到了83.34μg/盆，較假繁縷（單種）和黑麥草（單種）分別提高了1092.27%（P＜0.05）和 96.26%（P＜ 0.05）。假繁縷混種黑麥草和3種植物混種的單盆葉片和地上部分的鉻積累總量介于假繁縷（單種）和黑麥草（單種）之間，假繁縷混種三葉草的單盆葉片和地上部分的鉻積累總量也介于各自的單種之間。

圖4 不同種植方式對鉻積累總量的影響

2.2.2 不同種植方式對銅積累總量的影響

不同種植方式對銅積累總量的影響見圖5。由圖5可見，假繁縷混種黑麥草的單盆莖稈銅積累總量高于各自的單種，達到了43.46μg/盆。假繁縷混種三葉草的單盆莖稈銅積累總量介于各自的單種之間，3種植物混種的單盆莖稈銅積累總量也高于3種植物各自的單種，達到了44.40μg/盆。假繁縷混種黑麥草和3種植物混種的單盆葉片的銅積累總量介于假繁縷（單種）和黑麥草（單種）之間，假繁縷混種三葉草的單盆葉片的銅積累總量也介于各自單種之間。假繁縷混種黑麥草和假繁縷混種三葉草的單盆地上部分的銅積累總量均介于各自單種之間，而3種植物混種的單盆地上部分的銅積累總量則高于是這3種植物各自單種的量，達到了109.29μg/盆，分別較假繁縷（單種）、黑麥草（單種）和三葉草（單種） 提高了 137.32%（P＜ 0.05）、3.81%（P＜0.05）和11.85%（P＜0.05）。

圖5 不同種植方式對銅積累總量的影響

圖6 不同種植方式對鎳積累總量的影響

2.2.3 不同種植方式對鎳積累總量的影響

不同種植方式對鎳積累總量的影響見圖6。由圖6可見，假繁縷混種黑麥草和3種植物混種的單盆莖稈、葉片和地上部分的鎳積累總量均介于假繁縷（單種）和黑麥草（單種）之間，假繁縷混種三葉草的單盆莖稈、葉片和地上部分的鎳積累量也介于各自單種之間。

3 結論

混種三葉草能夠顯著提高假繁縷莖稈、葉片和地上部分的鉻、銅、鎳積累量，但混種黑麥草和3種植物混種則降低了假繁縷的重金屬積累量。混種假繁縷和3種植物混種能夠提高黑麥草地上部分的鉻、銅、鎳積累量，但降低了三葉草地上部分的鉻、銅積累量。混種假繁縷提高了三葉草地上部分鎳積累量，但3種植物混種降低了三葉草地上部分鎳積累量。假繁縷混種黑麥草的單盆莖稈鉻積累總量高于各自的單種，假繁縷混種黑麥草的單盆莖稈銅積累總量高于各自的單種，3種植物混種的單盆莖稈和地上部分銅積累總量均高于3種植物各自的單種。