【摘要】：植物種間相互作用(競爭或互惠)的效應和機制是合理農(nóng)作物間混套作系統(tǒng)建立的理論基礎。大量研究表明,間混套作體系植物種間根系能夠互補利用土壤養(yǎng)分資源,從而提高養(yǎng)分利用效率和提高作物總產(chǎn)量。但是,在土壤金屬脅迫下植物種間相互作用的變化規(guī)律及其對間作作物重金屬的吸收積累的影響,目前研究仍缺乏。本研究的科學假說是：“由于植物間相互作用產(chǎn)生的根際化學生態(tài)過程改變了植物共存的根際環(huán)境,從而影響植物共存條件下土壤重金屬的生物有效性,進而影響植物對重金屬離子的攝取”。本研究通過野外大田試驗、盆栽試驗、根系分隔試驗進行探索。取得了以下結果： 1土壤重金屬復合污染條件下作物及其種間相互類型對重金屬的響應特征 作物對土壤重金屬的攝取與作物及金屬離子的類型有關。對于鉛,兩個葉用型的作物(包菜和小青菜)的可食部分的鉛含量高于兩個果實型的作物(玉米和番茄)；對于鎘,番茄和小青菜的可食部分的鎘含量較高；對于銅,玉米和小青菜的可食部分銅含量較高。 種間相互作用下作物類型對土壤不同重金屬的響應特征是不同的。對于鉛,玉米、包菜和小青菜在間作的條件下傾向于減少作物體內(nèi)不同部位的鉛含量；而番茄卻相反,番茄在間作的條件下各部位的鉛含量卻有增高的趨勢。對于鎘,所有作物在間作的條件下各部位的鎘含量均有所提高,尤其是當作物與豆科植物雞眼草間作時,各部位的鎘含量相比于作物單種顯著增加。對于銅,玉米間作番茄處理各部位的銅含量明顯的高于玉米單種,而番茄、包菜、小青菜各部位的銅含量沒有受種植方式顯著影響。 2種間相互作用下玉米與煙草不同基因型對土壤鎘污染的響應特征 相比于各自的單種處理,豆科植物雞眼草共存條件玉米和煙草不同基因型各部位的鎘含量、每盆鎘的提取量、鎘的生物富集因子顯著提高,但鎘的生物轉移因子沒有顯著的變化。 3種間相互作用下的根際環(huán)境及土壤鎘的生物有效性 種間相互作用影響了作物共存條件下的根際環(huán)境及土壤鎘的生物有效性。相比于單種,玉米共存雞眼草與煙草共存雞眼草土壤pH均顯著降低；豆科植物雞眼草共存條件下作物玉米和煙草的菌根真菌侵染率均有所提高,尤其是兩個煙草基因型,在Cd3水平下,煙草兩個基因型(K326和云煙-87)的菌根真菌侵染率分別比各自的單種處理提高了21%和15%；與單種相比,豆科植物共存條件下土壤可交換態(tài)的鎘含量明顯增加。 4根系分隔條件下的種間根際效應分析 種間根際不同互作方式顯著地影響了玉米和煙草各部位的鎘含量及每盆鎘的總提取量。在玉米與雞眼草互作時,導致共存條件下鎘提取量增加的原因主要由根系效應決定的,其次是溶液效應,再次是菌根效應；而且隨著土壤鎘含量的增加,菌根效應的權重明顯降低,而根系效應和溶液效應的權重有所增加。在煙草與雞眼草互作時,導致共存條件下鎘提取量增加的原因也主要是由根系效應決定的,其次是菌根效應,再次是溶液效應；而且隨著土壤鎘含量的增加,根系效應的權重顯著降低,而菌根效應和溶液效應的權重有所增加。 5重金屬脅迫條件下的種間關系 土壤重金屬復合污染或單一鎘污染條件下,間作豆科植物雞眼草時,玉米、番茄、煙草的生物量或產(chǎn)量顯著提高,玉米與番茄間作時,玉米是間作優(yōu)勢植物,生物量及產(chǎn)量提高,番茄生物量及產(chǎn)量降低。包菜、小青菜在本試驗的間作模式下生物量及產(chǎn)量沒有顯著變化。隨著土壤鎘含量的增加,共存條件下玉米不同基因型的生物量先增加后減小,煙草不同基因型的生物量逐漸增加,伴生植物雞眼草的生物量無顯著變化,表明在輕度土壤重金屬鎘污染條件下植物種間的競爭與互補機制增強了共存條件下不同功能群植物對土壤重金屬的偏利性。 6重金屬污染條件下作物安全生產(chǎn)評價及種間相互作用的應用 依據(jù)我國食品中重金屬污染物的限量標準,在試驗的重金屬復合污染的農(nóng)田中進行番茄、包菜、小青菜三種作物生產(chǎn)均存在重金屬鉛、鎘污染風險；僅玉米(在所有的種植方式下)可食部分鉛、鎘、銅的含量均低于限量標準,可用于安全生產(chǎn),但考慮到間作促進玉米鎘的吸收積累,建議單種。 玉米不同基因型可食部分鎘含量差異顯著。依據(jù)鎘污染限量標準,在輕度鎘污染的土壤上(1mg/kg土壤),鄭單-958和申甜-1兩個玉米基因型可以安全生產(chǎn)；而在鎘含量高于1mg/kg的土壤上所有的玉米基因型均存在安全風險；考慮到玉米申甜-1基因型較鄭單-958基因型具有更高的鎘提取量,因此玉米(申甜-1)在輕度鎘污染的土壤(1mg/kg土壤)上具有邊生產(chǎn)邊修復的潛力。 煙草K326基因型生物量高,且其生物富集因子和轉移因子均大于1,尤其與豆科植物雞眼草共存時鎘提取量較大,具有鎘污染土壤生物凈化提取的潛力。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：X53

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本文編號：2772908