植物間作對土壤重金屬吸收積累的影響

陳獻科

摘要：采用種植技術，研究植物在不同間作方式下對重金屬吸收積累的影響。結果表明：作物在單作中，自身對重金屬吸收積累的影響不大;在間作中，對重金屬含量影響較大。還討論了不同分隔作物間作方式對羽扇豆和鷹嘴豆Pb、Cd含量的影響。作物根際土壤溶液Pb含量隨著作物的生長而不斷降低，但Cd含量卻不斷提高。不同分隔間作方式對作物根際土壤溶液Pb、Cd含量也有一定影響。

關鍵詞：間作;鎘;重金屬;玉米;羽扇豆;鷹嘴豆

1 土壤重金屬的污染現狀，以及影響和危害

土壤重金屬污染是指由于人類活動，土壤中的微量有害元素含量超過背景值，過量沉積引起含量過高的統稱。主要有汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）和類金屬砷（As）等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅（Zn）、銅（Cu）、鎳（Ni）等元素;污染源主要是由于長期人為活動引起的大氣沉降、礦產資源的不合理開發以及化肥、農藥的大量施用等，且發生的地域和規模在逐漸擴大，危害在不斷加深，不僅危害土壤生態系統，而且嚴重威脅食品安全和人類健康。在人體中累積達到一定程度，會造成重疾（如癌癥、烏腳病和畸形兒等）。

2 間作、混作

間作是一茬有兩種或兩種以上生育季節相近的作物，在同一塊田地上成行或成帶（多行）間隔種植的方式。混作是將兩種或兩種以上生育季節相近的作物按一定比例混合種在同一塊田地上的種植方式。多不分行，或在同行內混播或在株間點播。

3 間作對重金屬吸收積累的影響

3.1 間作促進雙方重金屬吸收積累

3.1.1 不同的間作方式對玉米吸收積累Cd的影響

與玉米間作的作物，它自身在大量吸收Cd的同時促進了玉米對Cd的吸收，如油菜與玉米間作，它自身吸收積累Cd的含量已經很高，與其間作的玉米Cd含量也會隨之而升高，而且其根的Cd含量達到了玉米單作時的1.9倍。玉米分別與眉豆、扁豆、鷹嘴豆、紫花苜蓿、印度芥菜間作種植時，結果顯示，根系間的相互作用都有利于雙方根系對土壤中Cd的吸收和積累，這與黃益宗等的結論相一致。

3.1.2 水稻種間的間作方式對根對Cd的濃度和吸收積累的影響

從水稻的整個成長過程來看，對Cd的吸收累積量的變化會隨水稻生物量的增加而增加。

3.2 間作促進一方、但抑制另一方重金屬的吸收積累

3.2.1 種間根系相互作用對Cd濃度和吸收積累的影響

在水稻和小麥間作種間根系相互作用中，兩作物地上部還有小麥籽粒對Cd的吸收和累積受到抑制，卻促進了水稻籽粒對Cd的吸收積累。

3.2.2 間作杉木對茶樹葉片中重金屬含量的影響

杉木與茶樹間作時，茶園茶樹葉片的重金屬含量均低于單作茶園，其中Pb、 Mn、Zn含量差異達極顯著水平，Cu含量差異達顯著水平。說明杉木和茶樹間作可以增加茶樹對重金屬的吸收積累，降低茶樹在種植中重金屬的含量。林帶對減少茶葉重金屬含量，改善茶葉品質起到明顯作用，這與文獻報道結果一致。

4 間作影響重金屬的吸收積累的機理

4.1 不同的間作方式對玉米吸收積累Cd的影響

間作作物對Cd吸收量的情況分析，可能與油菜根系分泌有機酸有關，因為油菜通常能分泌較高水平的檸檬酸和蘋果酸，增加土壤中Cd的活性，進而使玉米根系對Cd的吸收也相應增加。籽粒莧是另一個具有極強Cd富集能力的植物，地上部和 Cd含量遠高于其他幾種植物。

4.2 種間根系相互作用對Cd濃度和吸收積累的影響

一是轉移和再分配。二是在分孽期、抽穗期與小麥發生相互作用的過程中生長受抑制，從而在小麥收獲后表現出恢復作用。從抽穗期至成熟期主要是營養物質向籽粒的分配和轉移，因此對水稻恢復生長主要還是加強營養物質向籽粒的轉移。對水稻而言，小麥收獲后，殘留在土體中的根可能對Cd在土壤中的活性有影響。

有機質在土壤中易礦化和分解成有機酸類物質而影響到重金屬的有效性，同樣影響植物的吸收。這說明這些物質被證明能與Cd結合，并且增加Cd的移動性，因此有可能促進水稻對Cd吸收。另一方面，殘留的小麥根部分也可能分解成有機質 ，增加水稻根系陽離子交換量，從而促進Cd的吸收。

4.3 間作杉木對茶樹葉片中重金屬含量的影響

一是杉木自身具有適應重金屬機制，通過根部吸收的重金屬在植物體內與特有的蛋白質和酶結合，或生成無毒的有機絡合物留在植物體內，或輸運至液泡，或集于部分器官（如葉子、樹皮）;二是間作杉木的生長增加了整片茶樹上層郁閉度，有效降低內部溫度，增加濕度，減少植物蒸騰量，也減少茶樹根對水分的吸收，從而減緩重金屬離子向茶樹遷移。另外，間作杉木對土壤重金屬的吸收在一定程度上也減少茶樹對重金屬元素的吸收。

5 展望未來

眾多植物間作和混作的研究例子，啟示我們，選擇適當的作物種類，利用生物多樣性提高生態系統穩定性的原理有利于降低作物對重金屬的吸收 。

在玉米單作或與其他植物間作中發現，玉米的根、莖和葉中，鉛、鎘含量間存在著明顯的相關性，說明這兩種重金屬在根系的吸收以及向莖、 葉部的轉移過程具有協同性。植物的生物量可以反映出該種植物在逆境條件下與正常無脅迫條件下生長的偏離程度。植株生物量和重金屬吸收量大的植物才更有希望進行土壤重金屬污染的植物修復。

總體來說，研究成果多數適用于高污染區域的治理。對于輕度污染的農田如果放棄作物生產全部種植富集植物，會影響糧食生產。如果能夠在種植農作物的農田引入功能植物與其間混作，實現邊生產邊修復，不失為一種值得探索的路子。農田重金屬污染是當前農業環境領域重點研究的關注點之一，土壤重金屬污染對作物生長及人體健康存在極大威脅，開展土壤重金屬污染治理技術研究具有重要現實意義。

而綜合考慮經濟、生態效益和持續、安全的農業生產，對于輕微污染的農田間作要優于單作，因為間作既保障了農田的正常生產和糧食作物的安全，同時逐步在修復污染的農田土壤，對于解決中國人多地少現狀有一定的現實意義。

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（作者單位：廣寧縣環境保護監測站）