练华山，李红艳，林立金

(1.成都农业科技职业学院，四川 成都 611130； 2.四川农业大学 果蔬研究所，四川 成都 611130)

随着工业的快速发展，我国大面积耕地的重金属含量均超过规定阈值，主要是铅、镉、砷、汞等元素，在矿区附近的农田污染更加明显，其中，果园的重金属镉污染问题尤其突出[1-2]。重金属镉具有较强的毒性，难以被生物体降解，耕地中的大部分重金属镉被作物吸收后，通过食物链的传递，最终聚集在人体，影响人体健康[3]。秸秆覆盖常被生产者应用于农田杂草的治理和病虫害的防治等，还可以促进生态系统中的养分循环[4-5]。土壤覆盖秸秆可以影响蔬菜、粮食作物或果树等植物的代谢过程，大部分可以降低植物对土壤中镉的吸收，或者抑制镉元素转运到可食用部分，从而提高镉污染土壤中农产品的安全系数。近年来，大量研究发现，在盐胁迫、干旱胁迫和重金属污染等条件下覆盖秸秆能有效提高农作物的抗逆性[6]。KOSTERNA[5]在栽培有花椰菜和番茄幼苗的土壤表面覆盖荞麦、黑麦、玉米和油菜秸秆，结果发现，土壤覆盖4种秸秆均能抑制杂草的生长。有学者在牛膝菊和芥菜等方面也有所研究[7-9]。镉污染土壤中覆盖植物秸秆可促进或抑制植物的生长及对重金属元素的积累。

树番茄(Cyphomandraberacea)是茄科树番茄属多年生木本植物，具有较强的观赏价值和食用价值，在我国多个地区均有引种栽培[10]。目前，许多果园的重金属污染问题已经严重制约着果树产量和品质[11-12]。鉴于此，对土壤进行人工施镉处理，再将镉超富集植物少花龙葵(Solanumphoteinocarpum)根系、茎秆和叶片秸秆覆盖在土壤表面，之后种植树番茄幼苗，研究覆盖少花龙葵秸秆对树番茄幼苗生长及镉积累的影响，为镉污染区的树番茄安全生产提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验用土为四川农业大学雅安校区农场农田的未污染水稻土[13]。2014年9月—2015年5月，在农田(未污染区)内采集少花龙葵秸秆。采集到的少花龙葵各器官分别于75 ℃干燥箱中烘干至恒定质量，粉碎机粉碎后过1 mm筛备用。于4月将树番茄种子撒播于农田育苗。

1.2 试验方法

试验于2015年4—6月在四川农业大学雅安校区进行。2015年4月，分别称取3.0 kg的风干、压碎土壤装于15 cm×18 cm(高×直径)的塑料盆内，以溶液形式加入10 mg/kg的镉(分析纯CdCl2·2.5H2O)，混匀，保持湿润自然放置4周后混合备用。2015年5月，将处理好的少花龙葵秸秆各器官分别覆盖于土壤表面，覆盖量为每盆6 g，即每千克土2 g，将长势一致的树番茄幼苗(3～4片真叶)移栽至盆中，每盆栽植2株，共24盆，48株。共设置4个处理：未覆盖，覆盖少花龙葵根系、茎秆、叶片秸秆，每个处理重复6次。日常浇水、除草、防虫管理，保持盆中土壤的田间持水量约为80%。60 d后，测定成熟叶片光合色素含量[14]，之后整株收获，同时收获部分土壤自然风干待测。用自来水洗净植物器官，再用去离子水冲洗3次后，将幼苗各器官分开封装，杀青后于75 ℃鼓风干燥箱烘干至恒定质量，称取各器官干质量，粉碎后测定镉含量。镉含量测定参照鲍士旦[15]的方法，并计算转运系数，转运系数=植物地上部分镉含量/根系镉含量[16]。将土壤样品过1 mm筛，测定土壤pH值和土壤有效态镉含量[15]。

1.3 数据处理

采用SPSS 20.0数据处理系统对数据进行方差分析，并用Excel 2013进行表格和图表的制作。

2 结果与分析

2.1 土壤覆盖少花龙葵秸秆对树番茄幼苗生物量的影响

从表1可以看出，土壤覆盖少花龙葵各器官秸秆后，树番茄的各器官生物量较未覆盖对照均有所提高。覆盖根系秸秆后的树番茄幼苗根系、茎秆、叶片及地上部分的生物量分别比未覆盖增加13.87%(P<0.05)、8.33%(P<0.05)、24.59%(P<0.05)和20.18%(P<0.05)，覆盖茎秆秸秆后其相应器官分别比未覆盖增加5.35%(P<0.05)、1.16%(P>0.05)、10.27%(P<0.05)和7.79%(P<0.05)，覆盖叶片秸秆后分别比未覆盖增加6.33%(P<0.05)、3.94%(P<0.05)、13.63%(P<0.05)和11.00%(P<0.05)。覆盖少花龙葵不同器官秸秆的树番茄幼苗茎秆、叶片及地上部分的生物量之间具有显著差异，不同器官秸秆处理的树番茄幼苗各器官生物量大小顺序相同，均为根系秸秆>叶片秸秆>茎秆秸秆>未覆盖。不同秸秆处理的树番茄幼苗根冠比均低于未覆盖，其大小顺序为未覆盖>茎秆秸秆>叶片秸秆>根系秸秆。

2.2 土壤覆盖少花龙葵秸秆对树番茄幼苗叶片光合色素的影响

土壤覆盖少花龙葵各器官秸秆后，树番茄幼苗光合色素含量均高于未覆盖(表2)。覆盖少花龙葵根系秸秆后的树番茄幼苗叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及类胡萝卜素含量较未覆盖分别增加21.20%(P<0.05)、20.10%(P>0.05)、19.41%(P>0.05)、20.93%(P<0.05)，覆盖少花龙葵茎秆秸秆后的树番茄幼苗相应指标分别较未覆盖增加3.00%(P>0.05)、0.52%(P>0.05)、2.71%(P>0.05)、2.38%(P>0.05)。各处理的叶绿素b和总叶绿素含量之间均无显著差异，但覆盖少花龙葵根系秸秆后其叶绿素a含量和类胡萝卜素含量与未覆盖以及覆盖茎秆秸秆处理相比均有显著差异，而与覆盖叶片秸秆相比相应指标差异不显著。土壤覆盖少花龙葵秸秆后，树番茄幼苗的光合色素含量的大小顺序相同，均为根系秸秆>叶片秸秆>茎秆秸秆>未覆盖。覆盖少花龙葵秸秆处理的树番茄幼苗叶绿素a/b值均高于未覆盖，其大小顺序为茎秆秸秆>叶片秸秆>根系秸秆>未覆盖。

表1 不同处理树番茄幼苗的生物量比较Tab.1 Comparison of biomass of C.beracea seedlings among different treatments

注：同列数据不同字母表示在5%水平差异显著，下同。
Note:Different letters in the same column indicate significant differences at the 5% level,the same below.

表2 不同处理树番茄幼苗的叶片光合色素含量比较Tab.2 Comparison of photosynthetic pigment content in leaves of C.beracea seedlings among different treatments

2.3 土壤覆盖少花龙葵秸秆对树番茄幼苗镉含量的影响

覆盖处理后树番茄幼苗各器官镉含量较未覆盖均显著降低(表3)。覆盖少花龙葵根系、茎秆和叶片秸秆后树番茄幼苗的根系镉含量较未覆盖分别减少25.32%(P<0.05)、15.71%(P<0.05)和21.73%(P<0.05)，其茎秆镉含量较未覆盖分别减少12.94%(P<0.05)、4.52%(P<0.05)和8.83%(P<0.05)，叶片镉含量分别减少14.60%(P<0.05)、12.53%(P<0.05)和13.02%(P<0.05)，地上部分镉含量分别降低13.73%(P<0.05)、10.50%(P<0.05)和11.76%(P<0.05)。未覆盖处理与覆盖秸秆处理相比，树番茄幼苗各器官镉含量差异均达到显著水平，覆盖少花龙葵根系秸秆和茎秆秸秆之间的各器官镉含量差异也达到显著水平。就转运系数而言，各处理下树番茄幼苗的转运系数大小顺序为根系秸秆>叶片秸秆>茎秆秸秆>未覆盖。

表3 不同处理树番茄幼苗的镉含量比较Tab.3 Comparison of cadmium content in C.beracea seedlings among different treatments

2.4 土壤覆盖少花龙葵秸秆对土壤pH值和有效态镉含量的影响

土壤覆盖少花龙葵各器官秸秆后，土壤有效态镉含量均显著低于未覆盖(图1)，而土壤pH值均显著高于未覆盖(图2)。覆盖少花龙葵根系、茎秆和叶片秸秆后的有效态镉含量依次较未覆盖减少8.73%(P<0.05)、3.44%(P<0.05)和5.28%(P<0.05)。就土壤pH值而言，覆盖少花龙葵秸秆后，土壤pH值的大小顺序为根系秸秆>叶片秸秆>茎秆秸秆>未覆盖，覆盖根系、茎秆和叶片秸秆后的土壤pH值依次较未覆盖提高3.94%(P<0.05)、2.69%(P<0.05)和3.40%(P<0.05)。

不同小写字母表示在5%水平差异显著，图2同Different letters indicate significant differences at the 5% level,the same as Fig.2图1 不同处理土壤有效态镉含量比较Fig.1 Comparison of available Cd content in soil among different treatments

图2 不同处理土壤pH值比较Fig.2 Comparison of soil pH value among different treatments

3 结论与讨论

秸秆还田是一种新型的培肥和增产方法，避免了燃烧秸秆所造成的大气污染。土壤覆盖植物秸秆后，秸秆在土壤表面腐化，将其体内大量有机物释放入土壤，从而改善土壤结构、肥力状况和养分循环，经由土壤反作用于植物根系，影响植物各种代谢活动[17]。王恒等[18]将土壤覆盖4种镉耐性植物秸秆后，荠菜的各器官生物量较未覆盖有所增加。本试验中，在土壤镉胁迫条件下，向栽植树番茄的土壤表面分别覆盖少花龙葵根系、茎秆和叶片秸秆，各覆盖秸秆处理的树番茄各器官生物量较未覆盖均有所增加，说明覆盖少花龙葵各器官秸秆均能促进树番茄幼苗的生长，可能与少花龙葵秸秆所释放的养分有关。这与前人研究有所差异[7]，可能是因为同一秸秆对不同植物的作用效果不同，还有待研究。

秸秆是通过其分解过程中释放的化感物质来促进或抑制植物的光合作用，而具体是促进还是抑制与植物的种类有关[19-20]。大量研究指出秸秆覆盖能促进植物光合作用[20-22]。在本试验研究中，土壤覆盖少花龙葵各器官秸秆后，树番茄幼苗的光合色素含量均高于未覆盖，这说明在镉胁迫条件下，土壤表面覆盖少花龙葵各器官秸秆后，树番茄幼苗的光合作用增强，光合色素含量增加。

植物对重金属元素的吸收差异主要集中在根际环境中[23]。本研究中，土壤覆盖少花龙葵各器官秸秆后，树番茄幼苗根系及地上部分镉含量均低于未覆盖。在10 mg/kg镉污染果园中，土壤覆盖少花龙葵根系秸秆，能够在促进树番茄幼苗生长的同时降低植株体内镉含量，可应用到农业生产当中。土壤中的有效态镉含量与土壤pH值直接相关，而土壤pH值的改变主要是由秸秆腐化中释放的有机酸引起的，植物秸秆中的养分在秸秆腐化过程中被释放出来，从而被其他活体植物吸收[24-26]。汤福义等[9]研究认为，土壤中施入秸秆后土壤pH值降低且土壤镉有效性升高。本试验中，土壤覆盖少花龙葵秸秆显著提高了土壤pH值，而土壤有效态镉含量均有所降低。

本试验结果表明，土壤覆盖少花龙葵根系、茎秆和叶片秸秆均提高了树番茄幼苗各部分的生物量和光合色素含量，也降低了树番茄幼苗各器官的镉含量。此外，覆盖少花龙葵秸秆后再种植树番茄幼苗提高了土壤环境中的pH值，也降低了土壤有效态镉含量。因此，覆盖少花龙葵秸秆有利于镉污染土壤环境中树番茄的安全生产，覆盖其根系秸秆的效果最佳。