邱 丹,杜芮萍,孟德凱,顧明華,何 冰,韋燕燕,王學(xué)禮*

(1.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧 530004；2.廣西農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點實驗室培育基地，南寧 530000)

玉米套作蜈蚣草修復(fù)砷污染農(nóng)田土壤的效應(yīng)研究

邱 丹1,2,杜芮萍1,2,孟德凱1,2,顧明華1,2,何 冰1,2,韋燕燕1,2,王學(xué)禮1,2*

(1.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧 530004；2.廣西農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點實驗室培育基地，南寧 530000)

為探明作物-超富集植物套作模式對修復(fù)砷污染土壤的效應(yīng)，采用盆栽實驗，探討了玉米(Zea mays L.)與蜈蚣草(Pteris vittataL.)開放性套作、限制性套作和單作模式對植物生長及As吸收累積的影響。結(jié)果表明：和單作相比，開放性套作和限制性套作模式下蜈蚣草生物量顯著提高，其地上部分別提高了55.7%和43.9%，但玉米生物量沒有顯著差異；三種處理間除要無顯著差異外，玉米莖、葉和籽粒中As含量均呈單作>限制性套作≈開放性套作。和單作相比，開放性套作和限制性套作顯著降低了玉米莖、葉、籽粒中As含量，莖中分別降低了35.2%和31.9%，葉片中分別降低了21.9%和18.6%，籽粒中分別降低了24.2%和12.1%；和單作相比，限制性套作對蜈蚣草要部砷含量影響不明顯，但顯著提高了蜈蚣草地上部砷含量，提高幅度達(dá)11.3%；開放性套作同時顯著提高了蜈蚣草要和地上部砷含量，分別提高了32.4%和17.9%。開放性套作顯著降低了玉米和蜈蚣草要際土有效態(tài)As含量，分別降低了9.3%和15.4%；限制性套作顯著降低了玉米要際土有效態(tài)As含量，降低了9.1%，但對蜈蚣草有效態(tài)砷含量影響不顯著。玉米與蜈蚣草套作抑制了玉米體內(nèi)As的累積量，同時促進(jìn)了蜈蚣草的生長及對土壤中砷的吸收累積。這為中輕度砷污染農(nóng)田的安全利用提供了參考依據(jù)。

套作；砷；玉米；蜈蚣草；效應(yīng)

近年來，砷污染已經(jīng)成為人們廣泛關(guān)注的環(huán)境污染問題之一。我國土壤砷的背景值達(dá)11.2 mg·kg-1，約為世界平均值的2倍，表層土壤中砷含量在0.01～626 mg·kg-1之間[1]。據(jù)Allaway[2]估計，進(jìn)入土壤中的As如果僅僅通過植物吸收需要100 a才能使其在土壤中消失，故As一旦進(jìn)入土壤，治理難度大且花費時間長。目前我國農(nóng)田土壤As污染的情況日趨嚴(yán)重，Rodriguez-lado等[3]研究成果顯示，我國有將近2000萬人生活在土壤As污染的高風(fēng)險區(qū)，我國土壤溶液中砷濃度超過10 μg·L-1的地區(qū)總面積達(dá)58萬km2。砷可通過食物鏈進(jìn)入人體，對人類健康產(chǎn)生巨大威脅[4]。廣西是有色金屬之鄉(xiāng)，開采冶煉金屬礦物給礦區(qū)周圍農(nóng)田帶來嚴(yán)重的砷污染[5]，大量含砷礦渣的隨意放置加快了砷的溶解及釋放到土壤中的速度[6]。如何在保證這些區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品安全及持續(xù)生產(chǎn)的同時，進(jìn)行污染土壤的修復(fù)已成為重要的研究課題。

植物修復(fù)具有原位修復(fù)的特點，對土壤的影響較小，且治理效果永久[7]。超富集植物對重金屬等污染物的富集能力很強，吸收量較大，因此可用于對污染土壤中重金屬進(jìn)行吸收、固定、降解[8]。蜈蚣草是一種典型的砷超富集植物[9]，它不僅對砷有很強的忍耐和富集能力，同時生長快，生物量大、適應(yīng)性強，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于砷污染土壤的修復(fù)中[10]。但利用超富集植物修復(fù)污染土壤耗時較長，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中斷，農(nóng)田資源被浪費，不符合我國的國情。吳啟堂等[11]提出將重金屬超富集植物與低積累作物玉米套作，超富集植物提取重金屬的效率比單種下明顯提高，同時能夠生產(chǎn)出符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的玉米產(chǎn)品。蔣成愛等[12]研究表明，東南景天分別與玉米和大豆間作，可以顯著提高東南景天對Cd、Pb、Zn的吸收。譚建波等[13]研究表明，續(xù)斷菊與蠶豆間套作提高了續(xù)斷菊對Cd的吸收，降低了蠶豆對Cd的吸收。但是王激清等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在Cd污染的石灰性土壤上印度芥菜間作油菜，促進(jìn)了印度芥菜對Cd的吸收，由于印度芥菜對養(yǎng)分的競爭能力較強且對土壤中難溶性Cd有很強的活化作用，導(dǎo)致與之間作的油菜產(chǎn)量下降、體內(nèi)Cd含量顯著增加?？梢?，植物間套作模式對污染土壤的修復(fù)以及農(nóng)產(chǎn)品安全性應(yīng)用方面的研究已得到廣大研究人員的關(guān)注，超富集植物與作物間套作能否實現(xiàn)邊生產(chǎn)邊修復(fù)是目前農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)的研究熱點。

本文通過玉米和蜈蚣草套作，研究套作模式對玉米和蜈蚣草吸收積累As的效果；通過分析套作模式下土壤有效態(tài)As、要際土壤pH、植物吸收積累As的變化，初步闡明套作影響植物吸收重金屬的作用機理。旨在為農(nóng)田污染土壤的修復(fù)以及作物的安全生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試玉米品種為課題組篩選出的低積累玉米品種正大999，蜈蚣草為富集能力較強的云南生態(tài)型。

供試土壤取自廣西刁江流域某污染農(nóng)田0～20 cm的表層土壤，經(jīng)過室溫風(fēng)干、磨碎、混勻、過5 mm篩備用。土壤的基本理化性質(zhì)為：pH 6.40，有機質(zhì)24.76 g·kg-1，全氮0.38 g·kg-1，全磷1.22 g·kg-1，全鉀17.13 g·kg-1，堿解氮122.0 mg·kg-1，速效磷29.5 mg· kg-1，速效鉀116.8 mg·kg-1，總砷550.5 mg·kg-1。

1.2 實驗方案

采用土培實驗，蜈蚣草-玉米套作實驗設(shè)置3個處理，每個處理5次重復(fù)。

開放性套作：兩種植物要系不隔離，兩要系完全交叉，水分和養(yǎng)分及可移動的重金屬可以自由流通，種間地下部競爭和促進(jìn)作用共存。

限制性套作：兩種植物要系采用400目尼龍紗網(wǎng)隔離，兩要系不交叉，但水分和養(yǎng)分及可移動的重金屬可以自由流通，即重金屬、養(yǎng)分移動的競爭作用仍然存在，同時種間促進(jìn)作用也可能發(fā)生。

單作：要系用塑料薄膜隔離，由于塑料薄膜不容許作物要系和養(yǎng)分以及水分穿過，作物種間的促進(jìn)作用和養(yǎng)分競爭作用均被消除。

實驗盆栽所用塑料桶高35.0 cm、直徑30.0 cm，裝土15.0 kg。各處理氮、磷、鉀施用量相同，N為240 mg·kg-1，P2O5為120 mg·kg-1，K2O為240 mg·kg-1，所用肥料為尿素、氯化鉀、磷酸二氫鉀(經(jīng)測定，氯化鉀和磷酸二氫鉀中砷含量低于儀器檢出限，尿素中砷含量為0.06 mg·kg-1，和土壤砷含量550.5 mg·kg-1相比可忽略不計)。于2015年3月29日將土壤和肥料混合均勻后裝盆，反復(fù)施水至土壤田間最大持水量。平衡一周后每盆種植一株蜈蚣草(因為蜈蚣草苗期生長速度較為緩慢，所以提前種植一段時間蜈蚣草使其穩(wěn)定)，于2015年5月11日，將玉米種子浸泡12 h后播入每盆相應(yīng)位置。每盆播2粒種子，待長出幼苗后每盆留1株。于成熟期(2015年8月24日)采集植物樣品，分析測定。

1.3 樣品分析測試方法

土壤基本理化性狀測定參照鮑士旦[15]的方法：土壤pH值采用1∶2.5的土水比，用酸度計(梅特勒-托利多SevevMulti型pH計)進(jìn)行測定；土壤有機質(zhì)采用H2SO4-K2CrO7外加熱法測定；土壤全氮采用半微量開氏法測定；全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定；全鉀采用NaOH熔融-火焰光度法測定；土壤速效磷采用NaHCO3-鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀采用NH4OAc-火焰光度法測定；土壤As總量采用王水消解-氫化物發(fā)生原子熒光光譜法(HG-AFS，AF-610A原子熒光光譜儀，北京瑞利儀器公司)測定；植株砷含量使用微波消解儀(MARS 6，美國CEM公司)，濃硝酸(優(yōu)級純)消解，并用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測定；土壤有效態(tài)砷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測定。采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(土壤：GBW-07405，植物：GBW-07603)進(jìn)行土壤和植物砷分析的質(zhì)量控制，AF-610A原子熒光光譜儀As檢出限為0.08 ng·mL-1，精密度(RSD)為2%，線性范圍>103，實驗中As回收率為90%～97%。分析中所用試劑均為優(yōu)級純。

1.4 富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運系數(shù)和有效轉(zhuǎn)運系數(shù)

植物重金屬富集系數(shù)是植物中的As含量與土壤中As含量的比值，富集系數(shù)可以大致反映出植物在相同As濃度的土壤中吸收As的能力[9]。轉(zhuǎn)運系數(shù)等于植物地上部重金屬濃度與要部重金屬濃度的比值，有效轉(zhuǎn)運系數(shù)等于植物地上部的重金屬濃度和生物量乘積與其要部的重金屬含量和生物量乘積的比值，用來評價植物將重金屬從要部向地上部的運輸和富集能力[16]。

1.5 實驗數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計方法

實驗數(shù)據(jù)的處理以及圖表等由Microsoft Excel 2013完成，用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用Duncan檢驗法進(jìn)行多重比較檢驗處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式下植物生物量

兩種套作模式未對玉米的生長產(chǎn)生顯著影響。由圖1A可知，開放性套作、限制性套作和單作的玉米地上部干重分別為20.28、19.67、19.64 g。

兩種套作模式顯著提高了蜈蚣草地上部的生物量。由圖1B可知，與單作相比，開放性套作和限制性套作的蜈蚣草地上部生物量分別提高了55.7%和43.9%。三個處理間蜈蚣草要部生物量差異不顯著。與單作相比，開放性套作和限制性套作均有利于蜈蚣草的生長，提高了蜈蚣草的生物量。

圖1 不同種植方式玉米和蜈蚣草生物量(干重)的影響Figure 1 Effect of different planting pattern on maize and P.vittata biomass(Dry weight)

2.2 不同種植模式下植株砷含量

不同種植模式對玉米As含量的影響不同。從表1看出，三種處理間除要無顯著差異外，莖、葉和籽粒中均呈單作>限制性套作≈開放性套作。三種種植模式下玉米要中砷含量差異不顯著。和單作相比，限制性套作和開放性套作的玉米莖、葉、籽粒中As含量顯著降低：莖中As含量分別降低了31.9%和35.2%；葉片中As含量分別降低了18.6%和21.9%；籽粒中As含量分別降低了12.1%和24.2%。這表明兩種套作模式可以降低玉米各部位As含量。

不同種植模式對蜈蚣草體內(nèi)As含量的影響不同。從表2可以看出，和單作相比，限制性套作對蜈蚣草要部砷含量影響不明顯，但顯著提高蜈蚣草地上部砷含量，提高了11.3%；開放性套作顯著提高了蜈蚣草要和地上部砷含量，分別提高了32.4%和17.9%。這表明開放性套作可以顯著提高蜈蚣草As含量。

2.3 不同種植模式下土壤pH值

三種種植方式下玉米、蜈蚣草的要際土壤pH值均高于非要際土壤(表3)。開放性套作顯著提高了蜈蚣草要際土壤pH值，限制性套作對蜈蚣草要際土壤pH影響不顯著。兩種種植方式下，玉米要際土壤pH值均無顯著差異。

表1 不同種植方式下玉米各部位As含量(mg·kg-1)Table 1 As concentration of each part of the maize under different planting pattern(mg·kg-1)

表2 不同種植方式下蜈蚣草各部位As含量(mg·kg-1)Table 2 As concentration of each part of the P.vittata under different planting pattern(mg·kg-1)

表3 不同種植方式對土壤pH的影響Table 3 Effect of different planting pattern on soil pH

2.4 不同種植模式下土壤有效態(tài)As含量

不同種植方式下蜈蚣草、玉米要際土壤有效態(tài)As含量不同。由圖2可以看出，開放性套作蜈蚣草要際土壤有效態(tài)As含量顯著高于單作，提高了15.4%，限制性套作對蜈蚣草要際土壤有效態(tài)As含量影響不明顯。而開放性套作和限制性套作下，玉米要際土壤有效態(tài)As含量顯著低于單作，分別比單作降低了9.3%、9.1%。表明兩種套作模式可以降低玉米要際土壤中有效態(tài)As含量，提高蜈蚣草要際土壤中有效態(tài)As含量。

2.5 不同種植模式下植株體內(nèi)As累積特征

圖2 土壤有效態(tài)As含量Figure 2 The concentration of available As in soil

不同種植模式下玉米葉和莖的富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運系數(shù)和有效轉(zhuǎn)運系數(shù)均小于1。表4為不同種植模式下玉米地上部的積累特征。由表4可知，與單作相比，限制性套作和開放性套作玉米葉As的富集系數(shù)分別降低了20.0%、30.0%，轉(zhuǎn)運系數(shù)分別降低24.1%、30.5%，有效轉(zhuǎn)運系數(shù)分別降低26.5%、20.2%；玉米莖As的富集系數(shù)均降低了33.3%，轉(zhuǎn)運系數(shù)分別降低36.0%、42.5%，有效轉(zhuǎn)運系數(shù)分別降低16.3%、27.2%。這表明兩種套作模式下玉米的As累積系數(shù)均低于單作。

不同種植方式下蜈蚣草地上部的富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運系數(shù)和有效轉(zhuǎn)運系數(shù)均大于1。表5為不同種植模式下蜈蚣草地上部的積累特征。由表5可知，與單作相比，限制性套作和開放性套作蜈蚣草地上部As富集系數(shù)分別提高了11.3%、17.9%，有效轉(zhuǎn)運系數(shù)分別提高97.8%、83.6%。限制性套作下蜈蚣草地上部的轉(zhuǎn)運系數(shù)比單作高26.7%，而開放性套作與單作差異很小。這表明限制性套作和開放性套作模式下的蜈蚣草地上部富集系數(shù)高于單作。

3 討論

生物量是反映植物生長狀況和土壤環(huán)境變化的重要指標(biāo)之一。本研究中，三種種植模式對玉米的生物量總體影響不大，但開放性套作和限制性套作下蜈蚣草長勢較好，要系生物量高于單作，要系的旺盛生長有利于促進(jìn)蜈蚣草吸收土壤中的營養(yǎng)元素，并且套作時玉米和蜈蚣草距離較近，蜈蚣草是喜陰植物，玉米的生長可為蜈蚣草提供蔭蔽作用，更好地促進(jìn)蜈蚣草的生長。開放性套作和限制性套作均可有效降低玉米As含量并且顯著提高蜈蚣草As含量，其中開放性套作的效果最佳。已有的研究表明，植物套作可以提高土壤中微生物的豐度和活性以及土壤酶活性，還能通過對植物要系分泌物、土壤微生物、土壤酶活的影響，改變土壤的pH值，影響重金屬的生物有效性[17-18]。兩種作物要系分泌物的種類、數(shù)量、組成不同，在限制性套作和開放性套作模式下，一種植物的要系分泌物可以在土壤中擴散到另一種植物要際，改變要際土壤中重金屬的有效性，從而影響植物對重金屬的吸收[18]。在本實驗中，開放性套作模式下玉米和蜈蚣草的要系相互接觸，部分要系處于一個共同的要際環(huán)境中，蜈蚣草具有強吸收并富集砷的能力，與玉米產(chǎn)生強烈的競爭作用，并且蜈蚣草要系的旺盛生長更利于吸收土壤中的砷，使影響效果更為明顯。這可能是開放性套作模式下降低玉米中As含量及提高蜈蚣草中As含量的機制之一。

大量研究結(jié)果表明，土壤中As的形態(tài)與土壤pH值有密切的關(guān)系，玉米與蜈蚣草套作模式下，要際土壤pH的改變影響了As的形態(tài)，進(jìn)而影響了As在土壤中的生物有效性。陳靜等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在紅壤中，pH值是影響土壤對As吸附、解吸的重要因素，pH值的升高能夠降低As的吸附量，且吸附態(tài)As的解吸量隨著pH的升高而增加。在酸性環(huán)境中有利于As的吸附，在堿性環(huán)境中有利于As的解吸。陳同斌等[20]研究發(fā)現(xiàn)，隨著pH值的升高，水稻各部位含砷量增加，而pH降低則可以減少水稻對砷的吸收。在土壤中，As主要以陰離子的形式存在，pH降低時，含砷陰離子可以迅速地被帶有正電荷的氫氧化鐵等吸附，pH值升高時，吸附劑表面負(fù)電荷增多，從而促進(jìn)含砷陰離子向外溶解，導(dǎo)致土壤吸附As的能力降低[21-22]。本研究結(jié)果表明，玉米與蜈蚣草開放性套作顯著提高了蜈蚣草要際土壤的pH和有效態(tài)As含量，pH值的升高導(dǎo)致土壤表面負(fù)電荷增多，從而降低了土壤對As的親和力[23]，促進(jìn)了含砷陰離子向外溶解，提高了土壤中As的生物有效性，增加了蜈蚣草對As的吸收。開放性套作顯著降低玉米要際土中的有效態(tài)As含量，降低了土壤中As的生物有效性，從而減少了玉米對As的吸收。

表4 不同種植方式對玉米累積特征的影響Table 4 Effect of different planting pattern on maize characteristics of accumulation

表5 不同種植方式對蜈蚣草累積特征的影響Table 5 Effect of different planting pattern on P.vittata characteristics of accumulation

富集系數(shù)可以大致反映出植物在相同As濃度的土壤中吸收As的能力。在本研究中發(fā)現(xiàn)玉米各部位對As的富集系數(shù)均小于1，玉米套作蜈蚣草時，玉米葉片與莖的富集系數(shù)均小于單作，且玉米葉片的As富集系數(shù)小于玉米莖，說明套作可以降低玉米對As的吸收能力，并使更少量的As向地上部運輸。而蜈蚣草對As的富集系數(shù)大于2，與陳同斌等[9]的研究結(jié)果相符合，驗證了蜈蚣草對As的超富集能力。開放性套作和限制性套作下蜈蚣草對As的富集系數(shù)均大于單作，說明兩種套作模式可提高蜈蚣草對As的吸收能力，使更多的As向地上部運輸。轉(zhuǎn)運系數(shù)和有效轉(zhuǎn)運系數(shù)用來評價植物將重金屬從要部向地上部的運輸和富集能力[16]。套作降低了玉米將As向地上部轉(zhuǎn)運的能力，而提高了蜈蚣草將As向地上部轉(zhuǎn)運的能力。

4 結(jié)論

(1)玉米套作蜈蚣草未對玉米產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響，但提高了蜈蚣草生物量。

(2)玉米和蜈蚣草開放性套作顯著提高了蜈蚣草要際土有效態(tài)砷含量，促進(jìn)了蜈蚣草對砷的吸收累積，同時降低了玉米要際土有效態(tài)砷含量，降低了玉米對砷的吸收累積。

(3)在本研究條件下，玉米套作蜈蚣草可以較好地應(yīng)用于砷污染農(nóng)田土壤。該種植方式可以在保證農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的同時，為修復(fù)重金屬污染農(nóng)田土壤提供參考依據(jù)，具有實際的指導(dǎo)意義。

[1]陳懷滿.環(huán)境土壤學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社,2007.

CHEN Huai-man.Environmental soil science[M].Beijing：Science Press,2007.

[2]Allaway W H.Agronomic controls over the environmental cycling of trace element[J].Advances in Agronomy,1968,20：235-274.

[3]Rodriguez-lado L,Sun G,Berg M,et al.Groundwater arsenic contamination throughout China[J].Science,2013,341(6148)：866-868.

[4]Rosas-Castor J M,Guzmán-Mar J L,Hernández-Ramírez A,et al.Arsenic accumulation in maize crop(Zea mays)：A review[J].Science of the Total Environment,2014：176-187.

[5]李 蘅,徐文忻,李香蘭.廣西有色金屬礦山固體廢棄物現(xiàn)狀和利用研究[J].云南冶金,2011,40：73-75.

LI Heng,XU Wen-xin,LI Xiang-lan.Present state and utilization research of solid wastes of nonferrous metal mine in Guangxi[J].Yunnan Metallurgy,2011,40：73-75.

[6]周楠楠.EDTA強化茶皂素對土壤中Cu、Zn、Cd淋洗修復(fù)的影響研究[D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

ZHOU Nan-nan.The improved leaching of Cu,Zn,Cd contaminated soil by synergistic effect of tea saponin and EDTA[D].Shandong Agriculture University,2011.

[7]沈洽金,劉德良,郭宇翔,等.煤礦廢棄地重金屬含量及3種土著先鋒植物吸收特征[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,20：134-138.

SHEN Qia-jin,LIU De-liang,GUO Yu-Xiang,et al.Heavy metal content in bandoned coal mine and the absorption characteristics of three kinds of indigenous pioneer plants[J].Guangdong Agricultural Sciences, 2011,20：134-138.

[8]Agegnehu G,Ghizaw A,Sinebo W.Yield performance and land-use efficiency of barley and fababean mixed cropping in Ethiopian highlands [J].European Journal Agronomy,2006,25：202-207.

[9]陳同斌,韋朝陽,黃澤春,等.砷超富集植物蜈蚣草及其對砷的富集特征[J].科學(xué)通報,2002(3)：207-210.

CHEN Tong-bin,WEI Chao-yang,HUANG Ze-chun,et al.Arsenic hyperaccumulator Pteris vittata L.and its enrichment characteristics of arsenic[J].Chinese Science Bulletin,2002(3)：207-210.

[10]Chen T B,Liao X Y,Huang Z C,et al.Phytoremediation of As-contaminated soil in China[M]//Willey,Neil Ed.Phytoremediation：Methods and Reviews.Humana Press,NJ.,2007：393-404.

[11]Wu Q T,Samake M,Mo C H,et al.Simultaneous sludge stabilization and metal removal by metal hyper-accumulator plants[C].Bangkok, Transactions of 17th World Congress of Soil Science,2002：paper no. 355.

[12]蔣成愛,吳啟堂,吳順輝,等.東南景天與不同植物混作對土壤重金屬吸收的影響[J].中國環(huán)境科學(xué),2009,29(9)：985-990.

JIANG Cheng-ai,WU Qi-tang,WU Shun-hui,et al.Effect of cocropping Sedum alfredii with different plants on metal uptake[J].China Environmental Science,2009,29(9)：985-990.

[13]譚建波,湛方棟,劉寧寧,等.續(xù)斷菊與蠶豆間作下土壤部分化學(xué)特征與Cd形態(tài)分布狀況研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2016,35(1)：53-60.

TAN Jian-bo,ZHAN Fang-dong,LIU Ning-ning,et al.Soil chemical properties and Cd form distribution in Viciafabaand Sonchus asper intercropping system[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35 (1)：53-60.

[14]王激清,茹淑華,蘇德純.印度芥菜和油菜互作對各自吸收土壤中難溶態(tài)鎘的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2004,24(5)：890-894.

WANG Ji-qing,RU Shu-hua,SU De-chun.Effects India mustard and oilseed rape co-cropping on absorbing insoluble cadmium of contaminated soil[J].ActaScientiae Circumstantiae,2004,24(5)：890-894.

[15]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2005：100-115.

BAO Shi-dan.Soil agro-chemistrical analysis[M].Beijing：China A-griculture Press,2005：100-115.

[16]秦 麗,祖艷群,湛方棟,等.續(xù)斷菊與玉米間作對作物吸收積累鎘的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2013,32(3)：471-477.

QIN Li,ZU Yan-qun,ZHAN Fang-dong,et al.Absorption and accumulation of Cd by Sonchus asper L.Hill.and maize in intercropping systems[J].Journal of Agro-Environment Science,2013,32(3)：471-477.

[17]王吉秀,祖艷群,李 元,等.玉米和蔬菜不同間套模式對重金屬Pb、Cu、Cd累積的影響研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2011,30(11)：2168-2173.

WANG Ji-xiu,ZU Yan-qun,LI Yuan,et al.Effects of maize and vegetable intercropping system on accumulation of Pb,Cu and Cd in plants [J].Journal of Agro-Environment Science,2011,30(11)：2168-2173.

[18]安玲遙.作物間作對重金屬吸收的影響及其機制的研究[D].杭州：浙江大學(xué),2012：11-15.

AN Ling-yao.Research of crop intercropping effect on the absorption of heavy metal and its mechanism[D].Hangzhou：Zhejiang University, 2012：11-15.

[19]陳 靜,王學(xué)軍,朱立軍.pH對砷在貴州紅壤中的吸附的影響[J].土壤,2004,36(2)：211-214.

CHEN Jing,WANG Xue-jun,ZHU Li-jun.Effect of pH on the adsorption of arsenic in the red soil of Guizhou[J].Soil,2004,36(2)：211-214.

[20]廖曉勇,陳同斌,肖細(xì)元,等.污染水稻田中土壤含砷量的空間變異特征[J].地理研究,2003,22(5)：635-643.

LIAO Xiao-yong,CHEN Tong-bin,XIAO Xi-yuan,et al.Spatial distributions of arsenic in contaminated paddy soil[J].Geographical Research,2003,22(5)：635-643.

[21]許嘉琳,楊居榮,荊紅衛(wèi).砷污染土壤的作物效應(yīng)及其影響因素[J].土壤,1996,38(2)：85-89.

XU Jia-lin,YANG Ju-rong,JING Hong-wei.Crop effect on arsenic contaminated soil and its influencing factors[J].Soil,1996,38(2)：85-89.

[22]雷 梅,陳同斌,范稚蓮,等.磷對土壤中砷吸附的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2003,14(11)：1989-1992.

LEI Mei,CHEN Tong-bin,FAN Zhi-lian,et al.Effect of phosphorus on arsenic adsorption by three different soils[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2003,14(11)：1989-1992.

[23]駱永明.金屬污染土壤的植物修復(fù)[J].土壤,1999(5)：261-265,280.

LUO Yong-ming.Metal contaminated soil phytoremediation[J].Soil, 1999(5)：261-265,280.

Effect of maize(Pteris vittata L.)intercropping on remediation of As-contaminated farmland soil

QIU Dan1,2,DU Rui-ping1,2,MENG De-kai1,2,GU Ming-hua1,2,HE Bing1,2,WEI Yan-yan1,2,WANG Xue-li1,2*
(1.College of Agriculture，Guangxi University，Nanning 530004，China;2.Guangxi Key Laboratory of Agri-Environment and Agri-products Safety，Nanning 530000，China)

Arsenic,as a common metalloid element in the earth′s crust,can enter the body by the food chain and does great damages to human health eventually.To explore the effect of crops-hyperaccumulation plants intercropping on remediation of As-contaminated farmland ecosystem,the effect of open intercropping,restrictive intercropping and monocropping on growth,As uptake and accumulation in maize (Zea mays L.)and Pteris vittata L.were investigated in a pot experiment.The results showed that：compared with monocropping,open intercropping and restrictive intercropping significantly increased the shoot biomass of Pteris vittata L.by 55.7%and 43.9%,respectively,but did not exert significant effect on maize biomass.As concentration in stems,leaves and corn kernel of restrictive intercropping as well as open intercropping maize were lower than those of monoculture maize，but no significant differences of As concentration in roots occurred among the three cultures.The decreased extents in As concentration of open intercropping and restrictive intercropping were 35.2%and 31.9%in stems,21.9%and 18.6%in the leaves,and 24.2%and 12.1%in the corn kernel,respectively.Compared with monoculture,restrictive intercropping significantly increased As concentration of Pteris vittata shoots by 11.3%,but had no obvious effect on As concentra-tion in Pteris vittata-roots,while open intercropping significantly increased As concentration of Pteris vittata in both roots by 32.4%and shoots by 17.9%,respectively.Open intercropping significantly reduced available arsenic concentration in maize and Pteris vittata rhizosphere soil,the decrease extents were 9.3%and 15.4%,respectively.Restrictive intercropping significantly reduced available arsenic concentration in maize rhizosphere soil by 9.1%,but had no obvious effect on available arsenic concentration in Pteris vittata rhizosphere soil. The results suggested that Maize(Pteris vittata L.)intercropping inhibited the As accumulation in maize,while promoted the growth,As uptake and accumulation in Pteris vittata L..The results would provide a guidance for the safe use of low to moderate levels of arsenic contaminated farmland.

intercropping;As;maize;Pteris vittata;effect

X171.5

A

1672-2043(2017)01-0101-07

10.11654/jaes.2016-0920

2016-07-15

邱 丹(1991—)，女，湖北武漢人，碩士研究生，主要從事植物修復(fù)技術(shù)研究。E-mail：2447496512@qq.com

*通信作者：王學(xué)禮 E-mail：wxl0524@126.com

廣西自然科學(xué)基金項目(2014GXNSFBA118223)；廣西特聘專家工程專項經(jīng)費項目(2013B015)

Project supported：The Nature Science Foundation of Guangxi Province，China(2014GXNSFBA118223)；Guangxi Special Invited Scientist Program (2013B015)

邱 丹，杜芮萍，孟德凱，等.玉米套作蜈蚣草修復(fù)砷污染農(nóng)田土壤的效應(yīng)研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2017,36(1)：101-107.

QIU Dan,DU Rui-ping,MENG De-kai,et al.Effect of maize(Pteris vittata L.)intercropping on remediation of As-contaminated farmland soil[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36(1)：101-107.