根际互作对油菜吸收镉的影响及其机理研究

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lanyinghit
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油菜(Brassica napus L.)是我国主要油料作物和镉(Cd)富集作物之一。合理的农业管理技术对于提高油菜修复Cd污染土壤具有重要的意义。本研究拟以一种甘蓝型油菜品种“湘杂油6号”为研究对象,通过与四种作物间作提高油菜的Cd吸收量,利用种间根系相互作用(无分隔处理)、有种间根际效应(尼龙网分隔)和无种间根系互作处理(全分隔)三种分隔方式来调节油菜和作物根系的相互作用强度,研究间作根系质流及扩散(尼龙网VS全分隔)和根系完全接触(不分隔VS全分隔)对油菜的生物量、Cd吸收量、土壤pH、土壤Cd的活性、根系土壤中有机酸(OAs)含量等的影响。本实验拟选用萝卜(Raphanus sativus L.),白羽扇豆(Lupinus albus L.),蚕豆(Vicia faba L.)和黑麦草(Lolium perenne L.)四种作物来探究间作物种对油菜土壤活性态Cd以及OA分泌的影响,比较不同种类作物的间作作用对油菜Cd积累的差异。主要结论如下:(1)不同种类作物对油菜根际土pH产生影响,由于我们土壤初始pH值为4.5呈酸性,在萝卜、白羽扇豆、蚕豆以及黑麦草和油菜的间作系统中,三种分隔方式对pH值没有显著影响,说明这四种间作系统对酸性土壤的pH值影响不大。在油菜-白羽扇豆、油菜-蚕豆和油菜-黑麦草间作系统中,随着根系接触增强而增加了油菜根系土壤中water-soluble Cd的量,而在油菜-萝卜和油菜-蚕豆间作系统中,随着根系接触的增加,油菜根系的DTPA-Cd态增加。(2)不同种类作物对油菜和间作作物生物量的影响,在油菜-萝卜间作系统中,萝卜是优势种,与尼龙网和全分隔相比,无根屏障处理导致油菜的地上和地下部生物量下降,且整个间作系统的总生物量:尼龙网处理40.42g/pot>全分隔处理39.06g/pot>无分隔处理38.30g/pot。在油菜-白羽扇豆间作系统中,油菜是优势种,随着根系接触的增加油菜的生物量增加,整个间作系统的总生物量:无分隔处理32.29g/pot>尼龙网处理31.03g/pot>全分隔处理24.55g/pot。在油菜-蚕豆间作系统中,油菜是优势种,随着根系接触的增加油菜的地上生物量增加,而地下生物量略微减少,整个间作系统的总生物量:无分隔处理28.56g/pot>全分隔处理28.26g/pot>尼龙网处理26.47g/pot。在油菜-黑麦草间作系统中,油菜和黑麦草在空间上存在竞争关系,有种间根际效应(尼龙网分隔)增加了油菜的地上和地下部生物量,但是根系完全接触(无分隔)处理减少了油菜的地上和地下部的生物量,整个间作系统的总生物量:尼龙网处理34.04g/pot>全分隔处理27.33g/pot>无分隔处理25.24g/pot。(3)不同间作系统中油菜根际土壤中OA的差异,在四种间作系统中,种间根系相互作用(无分隔处理)处理下油菜和白羽扇豆间作系统的总柠檬酸和苹果酸分泌的量最大(820.3mg/kg)。与白羽扇豆间作时,随着根系接触的增加,油菜分泌更多的苹果酸。与蚕豆间作时,随着根系接触的增加,油菜根际土壤中的柠檬酸增加。(4)不同间作系统对油菜富集系数(BCF)和转运系数(TF)的影响,在油菜-蚕豆和油菜-白羽扇豆间作系统中,种间根系相互作用(无分隔)处理增加了油菜的BCF值,但是在四种间作系统对油菜的TF值没有显著影响。(5)不同间作系统对油菜地上和地下部Cd浓度以及总Cd吸收量的影响,油菜与萝卜间作显着提高了油菜地下Cd的浓度,与白羽扇豆、蚕豆和黑麦草的间作对油菜地上部Cd的浓度起着积极的作用,并提高了油菜地上部Cd的累积。与萝卜间作时油菜生物量的减少导致油菜的总Cd累积量减少,而与白羽扇豆和蚕豆间作时,油菜的总Cd积累量随着根系接触的增加而显著增加,与黑麦草间作时,油菜的总Cd积累量没有显著变化。不同间作作物的种类和种间根系相互作用(无分隔处理)对油菜的生理生化有着显著地影响。综合油菜和作物的生物量以及对Cd的总吸收量,在油菜和白羽扇豆间作系统中,根系质流和扩散增加了油菜土壤中Cd的生物可利用性,油菜的Cd总吸收量最大(1205.54g/pot盆),因此白羽扇豆是最合适的间作作物以提高油菜的Cd吸收量。间作系统必须学习并应用成功实验中获得的经验。合适植物种类的选择和天然OA的共同作用以增加Cd金属的植物提取量。未来对于植物修复来说,选择合适的植物种类以进一步提高油菜对Cd的吸收是关键。
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