镉富集植物-农作物间作对农作物吸收镉的阻控效应及其机理研究

Excessive Cd in crop caused by Cd polluted farmland is extremely harmful to environment and human health. Alleviating crop Cd toxicity has become an urgent problem. The process of repairing large area of moderate-slightly Cd polluted agricultural soil by phytoremediation technique with hyperaccumulator is economic and effective but time consuming. Thus, a new mode of crop and Cd hyperaccumulator intercropping is introduced to alleviate Cd toxicity in crops, and remediate polluted agricultural soilas well. Corn-solanum nigrum intercropping and soybean-solanum nigrum intercropping both in field and pot experiments with different level of Cd pollution in soil are adopted in this project to study the influence of intercropping on crop growth and develpoment characteristics, crop Cd uptaking, rhizosphere soil Cd content and presence . And also, the accumulation and transfer coefficient of Cd in soil among different planting systems will be compared to confirm the blocking effect and blocking way of hyperaccumulator to Cd uptake in crops. At the same time, further study will be carried out to investigate the effect of different intercropping systems on hyperaccumulator root exudates, rhizosphere microbial community and enzyme activity, and clarify the influence of these rhizosphere environment indexes on the adsorption and desorption behavior of Cd in soil. The results will reveal the mechanism of Cd uptake blocking of crops by intercropping crops with hyperaccumulator, which would provide the scientific basis for soil remediation, high yield and quality cultivation of crops in Cd polluted farmland.

农田镉污染造成的农产品镉超标已严重威胁到人体健康，减少农作物镉毒害也成为亟待解决的问题。对修复大面积中轻度镉污染农田而言，镉富集植物提取技术经济、有效，但耗时较长。采用农作物间种镉富集植物的新途径可以达到既修复农田镉污染又不影响作物生产的“双赢”效应。本项目以禾本科（玉米）-镉富集植物（龙葵）、豆科（大豆）-镉富集植物（龙葵）两种不同间作模式为对象，通过大田定位试验结合盆栽试验研究不同程度镉污染农田间作镉富集植物对农作物的生长发育和镉吸收、根际土壤镉含量及存在形态的影响，分析比较不同种植模式间富集植物对镉的提取、转运系数，明确间作镉富集植物对农作物吸收镉的阻控效应及阻控途径；深入研究不同种植模式的富集植物根系分泌物、根际土壤微生物群落及酶活性，阐明各指标与土壤重金属镉的吸附、解吸行为的关系，揭示间作镉富集植物对农作物吸收镉的阻控机理，以期为镉污染农田修复及作物的高产优质栽培提供科学依据。

农田镉（Cd）污染造成的农产品Cd超标已严重威胁到人体健康，减少农作物Cd毒害已成为亟待解决的问题。对修复大面积中轻度Cd污染农田而言，采用农作物间种Cd富集植物的新途径可以达到既修复农田Cd污染又不影响作物生产的“双赢”效应。本项目以禾本科（玉米）-Cd富集植物（龙葵）、豆科（大豆）-Cd富集植物（龙葵）两种不同间作模式为对象，通过盆栽试验研究不同程度Cd污染土壤间作Cd富集植物龙葵对玉米、大豆生长发育和Cd吸收的影响，研究结果表明：玉米/龙葵间作在影响玉米生长的同时促进了玉米籽粒对重金属Cd的吸收和累积；大豆/龙葵间作在轻、中度Cd污染土壤（≤5mg.kg-1Cd）中不仅可以促进大豆的生长，使间作大豆生物量显著高于单作，还能有效阻控大豆，尤其豆荚对重金属Cd的吸收和累积，保障了农产品大豆的食用安全，而且大豆/龙葵间作还可以显著促进龙葵对Cd的吸收和富集，因此，大豆/龙葵间作是轻、中度Cd污染土壤中实现边生产边修复的优选间作模式。确定了优化间作模式后，通过隔根盆栽试验探明了间作龙葵对大豆吸收Cd的阻控途径，研究结果表明：间作龙葵对大豆生物量的促进和对大豆吸收Cd的阻控作用，均是由间作植物地上、地下部互作共同作用的结果，其中地上部互作主要体现在影响地上部植株的光合强度上，大豆/龙葵间作对大豆的光合特性有显著的促进作用，从大豆光合日变化趋势看，间作大豆的日平均Pn、Cd、Tr分别大于单作53.59 %、71.79%和105.64%；而间作植物地下部互作主要体现在间作根系分泌物和微生物对农作物大豆根际土壤Cd生物有效性的影响。最后，通过大田试验又验证了东南景天/玉米间作能显著阻控玉米，尤其玉米穗对重金属Cd的吸收；与此相比，东南景天/大豆间作则不能显著阻控农作物大豆对重金属Cd的吸收，因此，不同的间作物种产生的间作效应不同，我们还需要用更长远的时间去筛选更多优化的重金属富集植物/农作物间作模式为实现Cd污染农田的边生产边修复提供重要的理论依据。