不同种植方式对作物吸收土壤中重金属的影响
时间：2020-03-29 05:21:21 来源：千叶帆 本文已影响人
[摘要]本文综述了近年来不同种植方式对作物吸收土壤中重金属的影响研究，结果表明：重金属元素在土壤中的含量和分布受土壤利用类型的影响很大，因此通过研究不同种植方式下，作物对土壤中重金属的吸收，对于降低农作物中重金属含量具有理论意义和现实指导意义。
[关键词]间作；轮作；套作；土壤重金属污染
根据世界卫生组织定义的食品安全，指出食品的种植、养殖、加工、包装、贮藏、运输、销售、消费等活动符合国家强制标准和要求，不存在可能损害或威胁人体健康的有毒有害物质。近年来，随着多起食物毒素引起的食品安全问题，引起了公众乃至国家的高度重视。因此治理土壤重金属污染和研究作物的重金属污染问题已迫在眉睫，对农作物的食品安全具有现实的指导意义。
土壤中的重金属是指比重≥5.0g/cm3的金属如Fe、Mn、Zn、CA、Cu、Cr、Pb等；由于土壤中Fe和Mn含量较高，因而一般认为它们不是土壤污染元素，但在强还原条件下，和Mn亦可引起毒害。重金属同样也存在于人体内，有些还是人体的必需元素。但是，如果超过正常的量，导致环境质量恶化、危害人体健康。重金属的污染以及对种植业的影响已引起国内外学者的高度重视。欧盟、美国、日本等国家和组织为限制重金属在食物链中的传播，规定了土壤环境中有害重金属的限量值。我国也制定了相关的土壤质量标准，但由于没有引起种植管理者的重视，近年来土壤中重金属污染已日趋严重，尤其是城市郊区高投入的菜地，较大田和林业用地人为污染重。我国许多省份对农用土地的重金属含量也进行了大量的调查和分析，一些地区的土壤有重金属污染的现象。
1治理土壤重金属污染的主要思路
治理土壤重金属污染的思路概括起来主要有两种：一是，改变重金属在土壤中的存在形态，使其由活化态转变为稳定态；二是，从土壤中去除重金屬，以使其存留浓度接近或达到背景值。常用的方法多为通过添加化学改良剂、改变种植方式、土壤生物修复等方法，治理土壤重金属污染并降低作物中重金属含量，以保障作物种植过程的安全。
2不同种植方式对植物吸收重金属的影响
马智宏等（2008）通过对北京郊区大田和蔬菜用地不同耕层的土壤进行分析，探讨不同种植模式下土壤重金属的分布特征，实验结果表明：不同种植区金属含量明显不用。大田上层土壤中Cu，Pb，Zn含量明显高于下层。温室菜地上层土壤中Cu、Cd、Zn含量有明显增高趋势。除Cd外其他元素在大田土壤中变异较小，同一土层中各元素的分布相对均一。菜地中Cu、Zn、Cd的变异系数大，Pb、Cr，Fe、Mn在上下土层中的变异很小。且蔬菜种植区的综合污染指数明显高于大田。
可见重金属元素在土壤中的含量和分布受土壤利用类型的影响很大，因此通过研究不同种植方式下，作物对土壤中重金属的吸收，对于降低作物中重金属含量具有现实意义。
2.1间作
一茬有两种或两种以上生育季节相近的作物，在同一块田地上成行或成带（多行）间隔种植的方式。间作可提高土地利用率，由间作形成的作物复合群体可增加对阳光的截取与吸收，减少光能的浪费：同时，两种作物间作还可产生互补作用，如宽窄行间作或带状间作中的高杆作物有一定的边行优势、豆科与禾本科间作有利于补充土壤氮元素的消耗等。由于不同作物根系的相互作用，影响了作物对土壤中重金属的吸收，所以间作方式可减低作物地上部分重金属含量。
Reda F.等（2005）在埃塞比亚通过问种高粱与豆类、高粱与油籽类作物，使豇豆得到了更高的出产量，高粱的出产量也得到了提高，但是土壤的肥力变化不大。John Robert Okalebo等（2006）在肯尼亚通过问种玉米和豆类，有效地提高了作物产量，同时也提高了作物的养分利用率。
吴华杰等应用盆栽实验的方法研究水稻和小麦间作条件下根系种间相互作用对水稻和小麦镉吸收的影响。结果表明，水稻、小麦一起种植时均能降低水稻、小麦地上部对镉的吸收，但对镉在籽粒中的累积影响不同。
李廷轩、马国瑞等采用大容积土培盆栽方法，研究了籽粒苋与烟草间作对烟叶矿质营养元素含量的影响，结果表明间作烟草的根系活力较单作明显提高。
由于不同作物根系存在相互作用，会影响作物对土壤中重金属的吸收，所以间作方式可减低作物地上部分重金属含量。选择适当的作物种类，利用生物多样性提高生态系统稳定性的原理有利于降低作物对重金属的吸收。当然其机制还有待进一步研究。
2.2轮作
在同一块田地上有顺序地在季节间和年度间轮换种植不同作物或复种组合的种植方式。是用地养地相结合的一种生物学措施。轮作有利于均衡利用土壤养分和防治病、虫、草害；能有效地改善土壤的理化性状，调节土壤肥力。中国实行轮作历史悠久。旱地多采用以禾谷类作物为主或禾谷类作物、经济作物与豆类、绿肥作物轮换；稻田的水稻与旱作物轮换。常见的有禾谷类轮作、禾豆轮作、粮食和经济作物轮作，水旱轮作、草田轮作等。可见进行轮作，可调整土壤pH、Eh，使之有利于降低重金属的有效性。
李惠英等在土培条件下。模拟不同程度铬污染的土壤，研究了水稻一大麦（简称水旱轮作）与玉米一大麦（简称旱作连作）两种耕作制度对改良铬污染土壤的效果。结果表明旱作玉米一大麦铬含量高于水稻1.5-3.3倍。反映了同一作物在不同的耕作制度下对铬的蓄积能力的不同。每季作物收获后及时取土的测定结果表明，在相同的土壤cr3+水平下，其土壤有效铬含量，水稻土明显地低于旱作土，二者有效铬含量相差2-9倍。可见进行水旱轮作，可调整土壤pH、Eh，使之有利于降低铬的有效性。
还有研究表明，低富集轮作与普通轮作相比，夏季种植的马铃薯、洋葱、葱等及秋季种植的小白菜，可使污染农田的蔬菜含镉量降低50%-80%。
2.3套作
在前季作物生长后期的株、行或畦间播种或栽植后季作物的种植方式。套作的主要作用是争取时间以提高光能和土地的利用率：提高单位面积产量：有利后季作物适时播种：缓和用工矛盾和避免旱涝或低温灾害。套作常与间作相结合。
3展望
3.1不同种植方式对作物吸收土壤中重金属均有不同程度的影响，且与单种相比，大都能够降低作物对重金属的吸收，但其作用机理并不十分明确，可有待进一步研究。
3.2由于间作、套作方式能够有效地提高作物产量，也能够降低作物对重金属的吸收，所以此方面的研究较多。但多数研究在玉米间作大麦、玉米间作水稻、水稻间作小麦等。夏季种植的马铃薯、洋葱、葱等及秋季种植的小白菜，可使污染农田的蔬菜含镉量降低；冬种马铃薯、油菜、黑麦草等也同样有改善土壤结构的功能。另外冬季种黑麦草、油菜。土壤中磷酸酶、蛋白酶及转化酶等都有很大的提高。这两种植物具有强大的根系，可以起到很好的改良土壤的结果。可考虑小麦套玉米或再套甘薯或大白菜；小麦套种油菜或蚕豆；小麦套种豌豆或蚕豆、黑麦草套种豆科作物；水稻套紫云英和水稻套甘蔗、黄麻、甘薯等。
3.3种间相互作用、化感作用对作物吸收土壤中重金属的是否有影响，影响如何，还有待研究。
3.4不同种植方式改变了土壤理化性质，进而可能影响到作物对土壤中重金属的吸收。但两者之间的影响程度，尚待研究。
[责任编辑：张涛]
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