本發(fā)明屬于安全蔬菜生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域域，尤其涉及一種在鎘脅迫下不同密度的牛膝菊與葉菜類(lèi)生菜混作方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，工業(yè)“三廢”的不合理排放、礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開(kāi)采和冶煉、城市生活垃圾的不當(dāng)處置以及化肥和農(nóng)藥中的隨意施用，導(dǎo)致土壤重金屬污染日益嚴(yán)重。重金屬是一種極難控制且不可降解的污染物，它們可以通過(guò)植物的吸收和積累經(jīng)由食物鏈放大作用來(lái)威脅人類(lèi)健康，從而引發(fā)了一系列的食品質(zhì)量和安全問(wèn)題。加之，鎘是生物毒性最強(qiáng)的重金屬之一，其在生物圈中遷移性強(qiáng)，極易被植物吸收且積累在籽粒等可食用部位^[5]。有關(guān)資料顯示，我國(guó)各地的農(nóng)田土壤普遍存在不同程度的鎘污染問(wèn)題，全國(guó)菜地樣本中鎘含量超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的約占24.10％。因此，對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重金屬鎘污染進(jìn)行治理與修復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)鎘污染農(nóng)田中蔬菜的安全生產(chǎn)顯得十分重要且迫在眉睫。

目前，治理土壤重金屬污染的方法和技術(shù)主要有物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)以及改良劑修復(fù)技術(shù)等。相較于傳統(tǒng)的物理和化學(xué)修復(fù)方法技術(shù)復(fù)雜、投資費(fèi)用高且會(huì)破壞土壤生態(tài)環(huán)境，改良劑修復(fù)方法又易造成二次污染，新興的植物修復(fù)技術(shù)因其成本低廉且環(huán)境友好而備受關(guān)注。但由于已知的超富集植物地上部分生物量普遍偏小，生長(zhǎng)較慢，導(dǎo)致植物修復(fù)方法作用周期長(zhǎng)，因而限制了植物修復(fù)技術(shù)的推廣應(yīng)用。所以，發(fā)展高效的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)，減少重金屬的生物可利用率是當(dāng)務(wù)之急。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，歷史悠久的混(間、套)作農(nóng)藝措施可以增加蔬菜產(chǎn)量的原因在于植物根系和地上部形態(tài)結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)作用能提高蔬菜對(duì)土壤養(yǎng)分、水分和光照資源的有效利用率，而適宜的種植密度一直以來(lái)更被人們認(rèn)為是提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。已有大量研究表明，將超富集植物與普通植物或具有一定富集能力的植物混種能夠提高超富集或富集植物中的重金屬積累量，同時(shí)降低重金屬在普通植物中的積累。在植物修復(fù)的過(guò)程中，適當(dāng)注重對(duì)超富集植物的密度控制，將更有利于增加其對(duì)土壤中重金屬元素的吸收，進(jìn)而提高植物對(duì)重金屬污染的修復(fù)效率。由此從生物物種多樣性的角度出發(fā)，結(jié)合田間生產(chǎn)實(shí)際，將超富集植物與普通蔬菜混作并關(guān)注合理密植，既可以提高超富集植物修復(fù)農(nóng)田重金屬污染的效率，又可以保證污染農(nóng)田中的普通蔬菜正常安全生產(chǎn)，進(jìn)而提供一條農(nóng)田重金屬污染治理與修復(fù)技術(shù)的新思路和新的研究方向，創(chuàng)造更高的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

不同的蔬菜對(duì)土壤重金屬的吸收存在很大的差異，重金屬在蔬菜中的含量由高到低依次為葉菜類(lèi)、根莖類(lèi)、瓜果類(lèi)。近年來(lái)，葉菜類(lèi)蔬菜以其在生產(chǎn)過(guò)程中較之其他類(lèi)型蔬菜更高的重金屬積累量，引起了人們的廣泛關(guān)注。生菜(lactucasativa)作為四川地區(qū)葉菜類(lèi)蔬菜的常見(jiàn)代表，已經(jīng)有研究證實(shí)其在受重金屬污染的土壤上生長(zhǎng)時(shí)對(duì)重金屬鎘具有一定的積累量。牛膝菊(galinsogaparviflora)是西南地區(qū)常見(jiàn)的一種農(nóng)田雜草，屬一年生直立性草本，高10～80cm，須根發(fā)達(dá)，周年生長(zhǎng)，花果期為7～10月。2011年冬季本課題組首次篩選鑒定牛膝菊為重金屬鎘的超富集植物，并進(jìn)一步對(duì)其鎘富集特性及機(jī)制進(jìn)行了較為深入的研究。前期研究表明，在土壤cd濃度≥75.00mg·kg^-1時(shí)，牛膝菊地上部cd含量為102.16mg·kg^-1～164.73mg·kg^-1，超過(guò)了鎘超富集植物閾值100.0mg·kg^-1；且其富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1.0。同時(shí)，整體上看供試牛膝菊植株體所積累86.02％～87.35％的鎘都集中到了地上部份。因此，在修復(fù)實(shí)踐中牛膝菊表現(xiàn)出了良好的修復(fù)能力。

鑒于此，本發(fā)明以鎘脅迫下新興超富集植物牛膝菊和葉菜類(lèi)蔬菜生菜為對(duì)象，本發(fā)明前期對(duì)牛膝菊的篩選及其鎘富集特性和機(jī)制分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)四川地區(qū)農(nóng)田重金屬鎘污染的修復(fù)問(wèn)題，從新型超富集植物雜草資源化管理與常見(jiàn)經(jīng)濟(jì)作物田間耕作模式相結(jié)合的角度出發(fā)，通過(guò)以不同密度的牛膝菊與生菜進(jìn)行混作的方式，探究因牛膝菊密度差異而導(dǎo)致的其本身重金屬鎘積累特性和生菜安全品質(zhì)的變化情況，以期為四川地區(qū)重金屬鎘污染農(nóng)田中蔬菜的安全生產(chǎn)提供理論參考，進(jìn)而提出解決四川地區(qū)重金屬鎘污染農(nóng)田生態(tài)修復(fù)問(wèn)題的新方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種在鎘脅迫下不同密度的牛膝菊與葉菜類(lèi)生菜混作方法，旨在解決傳統(tǒng)的物理和化學(xué)修復(fù)方法技術(shù)復(fù)雜、投資費(fèi)用高且會(huì)破壞土壤生態(tài)環(huán)境，而且易造成二次污染，因而限制了植物修復(fù)技術(shù)的推廣應(yīng)用，以及不能解決由于重金屬鎘污染對(duì)農(nóng)田生態(tài)進(jìn)行修復(fù)的問(wèn)題。本發(fā)明將1～3株·盆^-1低種植密度的超富集植物牛膝菊與葉菜類(lèi)蔬菜生菜混植，能夠在提高牛膝菊對(duì)鎘污染農(nóng)田修復(fù)效率的同時(shí)，降低生菜對(duì)重金屬鎘的積累、提高生菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，并且維持生菜較為理想的營(yíng)養(yǎng)吸收和生理代謝水平；因此，本發(fā)明為四川地區(qū)鎘污染農(nóng)田蔬菜安全生產(chǎn)和生態(tài)修復(fù)提供了新方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種在鎘脅迫下不同密度的牛膝菊與葉菜類(lèi)生菜混作方法，所述在鎘脅迫下不同密度的牛膝菊與葉菜類(lèi)生菜混作方法采用鎘污染土培盆栽的試驗(yàn)方法人工模擬常見(jiàn)蔬菜的田間耕作模式，以鎘超富集植物牛膝菊和葉菜類(lèi)生菜為試驗(yàn)材料；在10mg·kg^-1的鎘污染脅迫下設(shè)置牛膝菊種植1，2，3，4和5株·盆^-1的密度分別與1株·盆^-1的葉菜類(lèi)生菜混植；同時(shí)以相應(yīng)密度單植1，2，3，4和5株·盆^-1牛膝菊和1株·盆^-1生菜作為對(duì)照ck；分析各處理下兩種植物生長(zhǎng)狀況、鎘積累特性、營(yíng)養(yǎng)吸收，生菜生理生化、品質(zhì)指標(biāo)，以及根際土壤各項(xiàng)理化性質(zhì)的變化規(guī)律，分析牛膝菊種植密度對(duì)牛膝菊鎘積累特性和生菜安全生產(chǎn)的調(diào)控機(jī)制。

進(jìn)一步，在10mg·kg^-1的鎘污染脅迫下設(shè)置牛膝菊種植1，2，3，4和5株·盆^-1的密度分別與1株·盆^-1的葉菜類(lèi)生菜混植中，優(yōu)選1～3株·盆^-1牛膝菊與1株·盆^-1的葉菜類(lèi)生菜混植。

進(jìn)一步，在同樣的牛膝種植密度下其單植和混植對(duì)根際土壤ph的影響變化則表現(xiàn)為低密度下混植處理組sn土壤的ph較單植對(duì)照組ckn有所下降，但高密度時(shí)混植處理組sn的根際土壤ph卻高于單植對(duì)照組ckn；牛膝菊的密度變化對(duì)根際土壤環(huán)境所產(chǎn)生的酸化影響單植ck大于混植sn；

單植ck和混植sn時(shí)根際土壤環(huán)境的ph值y1與牛膝菊種植密度x均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴1＝-0.18x+7.91(r²＝0.99，p<0.05)；混植y1＝-0.14x+7.95(r²＝0.94，p<0.05)。

進(jìn)一步，在同樣的牛膝菊種植密度下，低密度時(shí)混植處理組sn的土壤陽(yáng)離子交換量大于單植對(duì)照組ckn，而牛膝菊種植密度增大后則小于單植對(duì)照組ckn；牛膝菊密度變化造成的土壤陽(yáng)離子交換量上升影響混植sn大于單植ck；單植ck和混植sn時(shí)根際土壤陽(yáng)離子交換量y2與牛膝菊種植密度x均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴2＝1.55x+74.26(r²＝0.99，p<0.05)；混植y2＝1.31x+73.19(r²＝0.88，p<0.05)；

在同樣的牛膝菊種植密度下，低密度時(shí)混植處理組sn的根際土壤有效鎘含量較單植對(duì)照組ckn有所上升，而高密度混植牛膝菊sn時(shí)的根際土壤有效鎘含量則比單植對(duì)照ckn時(shí)低；牛膝菊密度對(duì)土壤有效鎘含量的促進(jìn)作用隨牛膝菊密度增加而差異顯著，且單植ck大于混植sn；單植ck和混植sn時(shí)根際土壤中的有效鎘含量y3與牛膝菊種植密度x均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴3＝0.16x+6.94(r²＝0.99，p<0.05)；混植y3＝0.12x+6.92(r²＝0.93，p<0.05)；

在牛膝菊種植密度相同的情況下，較之單植牛膝菊的對(duì)照組ckn，與生菜混植處理sn時(shí)根際土壤堿解氮的含量略有提高；牛膝菊單植對(duì)照組ckn和混植處理組sn均表現(xiàn)出伴隨種植密度的增加，其對(duì)根際土壤中堿解氮含量的抑制效果趨于明顯，影響程度單植ck大于混植sn，但總體變化都不顯著；而混植則對(duì)牛膝菊密度增加造成的土壤堿解氮含量下降起不顯著的改善；單植ck和混植sn時(shí)根際土壤的堿解氮含量y4與牛膝菊種植密度x均呈一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴4＝-1.49x+92.52(r²＝0.96，p<0.05)；混植y4＝-1.15x+93.49(r²＝0.97，p<0.05)；

當(dāng)牛膝菊種植密度相同時(shí)，各個(gè)密度混植生菜的處理組sn較單植牛膝菊的對(duì)照組ckn根際土壤中速效磷含量變化均不顯著；牛膝菊密度增加使單植ck和混植sn根際土壤中的速效磷含量顯著升高，促進(jìn)效果混植sn大于單植ck；

單植ck和混植sn時(shí)根際土壤的速效磷含量y5與牛膝菊種植密度x均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴5＝0.83x+8.65(r²＝0.89，p<0.05)；混植y5＝0.82x+7.88(r²＝0.97，p<0.05)；

當(dāng)牛膝菊種植密度相同時(shí)，較之牛膝菊單植對(duì)照組ckn，各個(gè)密度下混植生菜的處理組sn根際土壤有效鉀含量均有不顯著的提升；牛膝菊單植ck和混植sn其密度變化對(duì)根際土壤有效鉀含量的顯著降低作用隨牛膝菊種植密度增加而受限，且影響效果混植大于單植；而混植則對(duì)土壤有效鉀含量降低有不明顯的改善；單植ck和混植sn時(shí)根際土壤的有效鉀含量y6與牛膝菊種植密度x呈一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴6＝-6.80x+139.08(r²＝0.98，p<0.05)；混植y6＝-6.18x+145.35(r²＝0.97，p<0.05)。

進(jìn)一步，牛膝菊種植密度增加對(duì)牛膝菊株高和根長(zhǎng)水平均存在顯著抑制影響，且密度越大抑制效果越明顯；在牛膝菊種植密度相同的情況下，混植sn較單植ckn更利于牛膝菊株高和根長(zhǎng)的生長(zhǎng)，隨種植密度增大而逐漸明顯；單植ck和混植sn時(shí)牛膝菊株高y7和根長(zhǎng)y8與牛膝菊種植密度x均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃仓旮遹7＝-3.93x+45.24(r²＝0.98，p<0.05)；混植株高y7＝-3.47x+50.38(r²＝0.91，p<0.05)；單植根長(zhǎng)y8＝-1.76x+24.79(r²＝0.82，p<0.05)；混植根長(zhǎng)y8＝-1.59x+24.82(r²＝0.93，p<0.05)；

牛膝菊密度增加造成其單植對(duì)照組ckn和混植處理組sn的各部分生物量下降顯著，且影響隨種植密度增加而增大；而根冠比則多數(shù)處理差異不顯著；當(dāng)牛膝菊種植密度相同時(shí)，混植sn較單植ckn更有利于牛膝菊各部分生物量的積累，且整體呈現(xiàn)出隨種植密度增大而影響增大的趨勢(shì)；單植ck和混植sn時(shí)牛膝菊的單植地上部y9、單植根部y10、總生物量y11與牛膝菊種植密度x均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃驳厣喜縴9＝-0.37x+4.33(r²＝0.96，p<0.05)；混植地上部y9＝-0.28x+4.63(r²＝0.92，p<0.05)；單植根部y10＝-0.11x+1.19(r²＝0.95，p<0.05)；混植根部y10＝-0.10x+1.25(r²＝0.98，p<0.05)；單植總生物量y11＝-0.48x+5.52(r²＝0.96，p<0.05)；混植總生物量y11＝-0.38x+5.89(r²＝0.94，p<0.05)；

無(wú)論是牛膝菊的單植對(duì)照組ckn還是混植處理組sn，牛膝菊種植密度的增加對(duì)牛膝菊自身地上部鎘含量y12、自身根部鎘含量y13的積累產(chǎn)生促進(jìn)作用；在牛膝菊種植密度相同的情況下，較之單植ckn與生菜混植sn對(duì)牛膝菊自身地上部鎘含量y12、自身根部鎘含量y13的積累起抑制作用；單植ck和混植sn時(shí)牛膝菊自身地上部鎘含量y12、自身根部鎘含量y13鎘含量與其種植密度(x)呈一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃驳厣喜縴12＝1.82x+41.85(r²＝0.83，p<0.05)；混植地上部y12＝1.58x+41.51(r²＝0.86，p<0.05)；單植根部y13＝9.87x+26.75(r²＝0.79，p<0.05)；混植根部y13＝9.42x+23.21(r²＝0.81，p<0.05)。

進(jìn)一步，牛膝菊單植對(duì)照組ckn和混植處理組sn牛膝菊種植密度增加均能顯著促進(jìn)牛膝菊各部分的鎘積累量，由于對(duì)根部的影響大于地上部，轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)有所下降；且該促進(jìn)作用隨密度增加而影響越發(fā)顯著；與牛膝菊單植ckn相比，混植sn生菜更有利于牛膝菊各部分的鎘積累，且密度越大促進(jìn)作用越明顯；由于對(duì)地上部的影響大于根部，混植后轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)有所提高，改善牛膝菊對(duì)鎘的提取量和轉(zhuǎn)運(yùn)效果；單植ck和混植sn時(shí)牛膝菊的地上部鎘積累量y14、鎘總積累量y15與牛膝菊種植密度x均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃驳厣喜縴14＝0.11x+0.09(r²＝0.96，p<0.05)；混植地上部y14＝0.15x+0.06(r²＝0.99，p<0.05)；單植鎘總積累量y15＝0.17x+0.07(r²＝0.99，p<0.05)；混植鎘總積累量y15＝0.21x+0.03(r²＝0.99，p<0.05)；

隨著牛膝菊種植密度增加，單植對(duì)照組ckn和混植處理組sn的牛膝菊對(duì)氮元素的吸收均受到抑制，且密度越大影響越顯著；在牛膝菊種植密度相同時(shí)，較之單植對(duì)照ckn，混植處理sn抑制了牛膝菊對(duì)氮元素的吸收，抑制效應(yīng)隨種植密度增大而減弱；單植ck和混植sn時(shí)牛膝菊的全氮含量y16與牛膝菊種植密度x均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴16＝-1.37x+33.22(r²＝0.96，p<0.05)；混植y16＝-0.95x+29.63(r²＝0.92，p<0.05)；

牛膝菊單植對(duì)照組ckn和混植處理組sn的密度變化均促進(jìn)牛膝菊對(duì)磷元素的吸收，且密度增加影響程度更大；較之對(duì)照單植組ckn，與生菜混植sn顯著地抑制牛膝菊對(duì)磷元素的吸收；單植ck和混植sn時(shí)牛膝菊的全磷含量y17與其種植密度x均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴17＝0.14x+3.10(r²＝0.98，p<0.05)；混植y17＝0.11x+3.05(r²＝0.86，p<0.05)。

進(jìn)一步，牛膝菊種植密度增加抑制單植對(duì)照組ckn和混植處理組sn牛膝菊對(duì)鉀元素的吸收；與單植ckn相比，混植sn生菜使牛膝菊對(duì)鉀元素的吸收受到抑制，但增加種植密度在一定程度上改善混植產(chǎn)生的抑制作用；單植ck和混植sn時(shí)牛膝菊全鉀含量y18與牛膝菊種植密度x均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴18＝-2.75x+48.82(r²＝0.99，p<0.05)；混植y18＝-1.97x+43.58(r²＝0.98，p<0.05)。

進(jìn)一步，生菜的根長(zhǎng)y19與牛膝菊種植密度x呈一次線性關(guān)系，回歸方程為：y19＝-0.84x+15.82(r²＝0.76，p<0.05)；

生菜的產(chǎn)量y20、地上部生物量y21和總生物量y22與牛膝菊種植密度x均呈一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：產(chǎn)量y20＝-29.11x+247.87(r²＝0.90，p<0.05)；地上部生物量y21＝-0.99x+8.13(r²＝0.91，p<0.05)；總生物量y22＝-1.11x+9.00(r²＝0.92，p<0.05)；

生菜的地上部鎘積累量y23、鎘總積累量y24與牛膝菊種植密度x均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：地上部鎘積累量y23＝-0.07x+0.64(r²＝0.94，p<0.05)；鎘積累量y24＝-0.08x+0.71(r²＝0.95，p<0.05)。

進(jìn)一步，生菜的全氮含量y25與牛膝菊種植密度x呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程為：y25＝-0.73x+38.22(r²＝0.82，p<0.05)；

生菜的全磷含量y26與牛膝菊種植密度x呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程為：y26＝-0.24x+5.48(r²＝0.90，p<0.05)；

生菜的全鉀含量y27與牛膝菊種植密度x呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程為：y27＝-7.10x+104.06(r²＝0.87，p<0.05)

生菜的纖維素含量y28與牛膝菊種植密度x呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程為：y28＝0.60x+0.74(r²＝0.93，p<0.05)。

本發(fā)明提供的為四川地區(qū)鎘污染農(nóng)田的蔬菜安全生產(chǎn)提供理論參考，進(jìn)而解決了四川地區(qū)鎘污染造成農(nóng)田生態(tài)難以修復(fù)的問(wèn)題。

本發(fā)明在鎘脅迫下，不同密度的牛膝菊與生菜混植后，兩種植物根際土壤ph值降低，導(dǎo)致土壤陽(yáng)離子交換量和有效鎘含量升高，進(jìn)而抑制土壤速效養(yǎng)分的有效性，但卻促進(jìn)了根際土壤中速效磷含量提高。說(shuō)明牛膝菊與生菜通過(guò)釋放根際分泌物增強(qiáng)彼此的化感作用，改變根際土壤的各項(xiàng)理化性質(zhì)使之進(jìn)一步影響植物本身的各項(xiàng)生命活動(dòng)。根際土壤的離子活化效應(yīng)以及營(yíng)養(yǎng)元素有效性的改變成為了提升牛膝菊鎘富集特性和保障生菜安全生產(chǎn)的內(nèi)在基礎(chǔ)。

本發(fā)明在鎘脅迫下，低密度的混植牛膝菊有利于兩種植物的生長(zhǎng)，但牛膝菊種植過(guò)密對(duì)兩種植物的生長(zhǎng)狀況都產(chǎn)生不利影響。研究表明：牛膝菊在種植2～3株·盆^-1的密度下其株高、根長(zhǎng)和生物量下降速率較慢，而生菜在與1～2株·盆^-1的牛膝菊混植時(shí)其株高、根長(zhǎng)、產(chǎn)量和生物量增幅較大。

本發(fā)明在鎘脅迫下，牛膝菊種植密度增加使其各部分鎘含量都有所提高且5株·盆^-1時(shí)達(dá)到最大值，地上部和地下部分別為50.53～52.30mg·kg^-1、78.96～84.96mg·kg^-1。生菜與低密度的牛膝菊混植能夠降低其對(duì)重金屬鎘的吸收，在混植牛膝菊1株·盆^-1時(shí)生菜可食用部的鎘含量較單植時(shí)降低了9.28％。在修復(fù)能力方面，伴隨與生菜混植的牛膝菊種植密度增加，牛膝菊修復(fù)效率提高的同時(shí)降低了生菜對(duì)鎘的積累；主要表現(xiàn)在，牛膝菊種植5株·盆^-1時(shí)自身總鎘積累量最大為0.870～1.069mg·kg^-1、相對(duì)修復(fù)能力達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，生菜在混植牛膝菊1～3株·盆^-1時(shí)平均鎘積累量小于單植的2.91mg·kg^-1。

本發(fā)明在鎘脅迫下，牛膝菊種植密度增加對(duì)其除磷以外的營(yíng)養(yǎng)元素吸收有所抑制，但對(duì)生菜而言，當(dāng)牛膝菊混植密度為1株·盆^-1時(shí)提高了生菜對(duì)氮和鉀元素的吸收，但牛膝菊種植密度過(guò)密卻降低了生菜體內(nèi)各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)元素的積累。同時(shí)，牛膝菊全磷含量隨其種植密度增加而升高，說(shuō)明磷元素在牛膝菊體內(nèi)對(duì)鎘的解毒作用中起重要作用。

本發(fā)明在鎘脅迫下，混植牛膝菊密度的增加一方面啟動(dòng)了生菜的抗氧化防御系統(tǒng)以抵抗逆境下活性氧對(duì)機(jī)體的傷害，另一方面降低了生菜對(duì)光能的利用效率而使其光合作用減弱影響植物生理代謝。其中，生菜的抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)在混植牛膝菊密度為2～3株·盆^-1時(shí)保持較高且相對(duì)穩(wěn)定的活性，而光合作用則在牛膝菊種植1～2株·盆^-1的密度下顯示出種間競(jìng)爭(zhēng)對(duì)生菜的生理代謝影響不大。

本發(fā)明在鎘脅迫下，與不同密度的牛膝菊混植對(duì)生菜品質(zhì)造成一定的影響。伴隨混植牛膝菊密度的增加，生菜維生素c和可溶性蛋白含量分別在牛膝菊4株·盆^-1和3株·盆^-1密度下達(dá)到最大值，分別為81.67μg·g^-1和6.10mg·g^-1；可溶性糖含量則在混植牛膝菊1株·盆^-1時(shí)達(dá)到最大值7.35mg·g^-1后逐漸降低，而纖維素和硝態(tài)氮含量則表現(xiàn)出隨著混植牛膝密度增加而持續(xù)升高的變化趨勢(shì)。整體而言，1～3株·盆^-1的低密度混植牛膝菊能夠在一定程度上提升生菜的各項(xiàng)品質(zhì)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)植株體內(nèi)的全氮含量均隨其種植密度變化圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)植株體內(nèi)的全磷含量均隨其種植密度變化圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)植株體內(nèi)的全鉀含量均隨其種植密度變化圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供的在鎘脅迫下不同密度的牛膝菊與葉菜類(lèi)生菜混作方法，所述在鎘脅迫下不同密度的牛膝菊與葉菜類(lèi)生菜混作方法采用鎘污染土培盆栽的試驗(yàn)方法人工模擬常見(jiàn)蔬菜的田間耕作模式，以鎘超富集植物牛膝菊和葉菜類(lèi)生菜為試驗(yàn)材料；在10mg·kg^-1的鎘污染脅迫下設(shè)置牛膝菊種植1，2，3，4和5株·盆^-1的密度分別與1株·盆^-1的葉菜類(lèi)生菜混植；同時(shí)以相應(yīng)密度單植1，2，3，4和5株·盆^-1牛膝菊和1株·盆^-1生菜作為對(duì)照ck；分析各處理下兩種植物生長(zhǎng)狀況、鎘積累特性、營(yíng)養(yǎng)吸收，生菜生理生化、品質(zhì)指標(biāo)，以及根際土壤各項(xiàng)理化性質(zhì)的變化規(guī)律，分析牛膝菊種植密度對(duì)牛膝菊鎘積累特性和生菜安全生產(chǎn)的調(diào)控機(jī)制。

1材料與方法

1.1供試材料

1.1.1植物及來(lái)源

供試牛膝菊種子采于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)周?chē)r(nóng)田。

牛膝菊(galinsogaparviflora)，菊科牛膝菊屬一年生直立性草本。植株高10～80cm，須根發(fā)達(dá)，根系分布于20～30cm的表土層，近地的莖及莖節(jié)均可長(zhǎng)出不定根。莖纖細(xì)的基部徑不足1mm，粗壯的基部徑約4mm，不分枝或基部分枝，分枝斜生，全部莖枝被疏散伏貼短柔毛和少量腺毛，莖基部和中部花期脫毛或稀毛。葉對(duì)生，有柄，柄長(zhǎng)1～2cm，卵形或長(zhǎng)橢圓狀卵形，邊緣淺或鈍鋸齒或波狀淺鋸齒，在花序下部的葉全緣或近全緣，基出3脈或不明顯5出脈，全部莖葉兩面粗澀，被白色稀疏貼伏的短柔毛，向上及花序下部的葉漸小。頭狀花序半球形，有長(zhǎng)花梗，多數(shù)在莖枝頂端排列成疏散的傘狀花序。瘦果倒卵狀錐形，3棱或中央花瘦果4～5棱，黑色或黑褐色，常壓扁，被白色微毛。周年生長(zhǎng)，花果期7～10月。分布于四川、云南、貴州、西藏等地區(qū)，喜冷涼氣候，不耐熱。常生長(zhǎng)在庭園、河谷、溪邊、路邊和低洼的農(nóng)田中。

生菜(lactucasativa)，學(xué)名葉用萵苣，菊科萵苣屬一年生草本蔬菜作物。株高20～100cm，根系淺且須根發(fā)達(dá)，主要根群分布在20cm土層內(nèi)^[74]。葉簇直立生長(zhǎng)，葉群向內(nèi)微抱但不緊密，葉片散生易擗。由于脆嫩爽口，略甜，生熟食均可，常年來(lái)一直是深受人們喜愛(ài)的葉菜類(lèi)蔬菜。本試驗(yàn)供試生菜品種選用四川地區(qū)當(dāng)季常見(jiàn)的玻璃生菜(全年耐抽苔生菜皇a98-大頭型)，該品種純度高，品質(zhì)好，耐性、抗性良好，可全年種植，50天初采并可持續(xù)采收50天以上。供試生菜種子購(gòu)買(mǎi)自成都市種子站。

1.1.2土壤及重金屬

供試土壤為水稻土，取自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)周邊農(nóng)田，,其中供試土壤背景有效鎘含量未檢出。供試重金屬為鎘，以cdcl2·2.5h2o分析純?nèi)芤盒问桨丛O(shè)計(jì)濃度加入供試土壤。

1.1.3時(shí)間及地點(diǎn)

供試時(shí)間：2014年3～5月進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，2014年5～9月進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

供試地點(diǎn)：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)第三實(shí)驗(yàn)樓頂大棚和生態(tài)學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)室。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1污染土壤制備

將風(fēng)干后的供試土壤過(guò)3目篩用30cm×25cm(直徑×高)的塑料盆每盆裝入9kg。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的污染濃度10mg·kg^-1向供試土壤中以cdcl2·2.5h2o分析純?nèi)芤旱男问郊尤胫亟饘冁k，充分混勻后保持濕潤(rùn)放置30天。充分平衡后取適量污染土壤過(guò)100目篩制備根際土，然后采用根際袋法重新裝盆。在盆底先裝5cm厚的過(guò)3目篩土層，然后用300目孔徑尼龍紗網(wǎng)封底，在紗網(wǎng)上均勻鋪上2mm的根際土層，在根際土層上放一個(gè)100目尼龍紗網(wǎng)袋，網(wǎng)袋上部開(kāi)口，再向盆中繼續(xù)裝過(guò)3目篩土層約20cm。將植物材料種植于尼龍網(wǎng)袋中，保證植物根系全部在尼龍紗網(wǎng)袋中生長(zhǎng)。盆中所有土壤均為污染好的供試土壤，上、中、下三個(gè)部分土壤鎘含量一致。

1.2.2植物材料培育

將牛膝菊和生菜種子撒在培養(yǎng)皿中，保持充足水分，放入pgx-330b-30h型光照培養(yǎng)箱進(jìn)行催芽萌發(fā)。培養(yǎng)箱內(nèi)光照度設(shè)為24000lx，光照時(shí)數(shù)14h/d，晝溫24℃，夜溫18℃。待牛膝菊和生菜出芽后移植于育苗穴盤(pán)中，用營(yíng)養(yǎng)土進(jìn)行固苗培養(yǎng)。幼苗長(zhǎng)出2對(duì)真葉且長(zhǎng)勢(shì)穩(wěn)定時(shí)，挑選大小一致的植株按試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理移入已污染的供試土壤中進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。

將牛膝菊以不同的種植密度與生菜混作，每個(gè)處理重復(fù)4次。盆與盆之間的距離為15cm，完全隨機(jī)擺放。整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程不定期交換盆與盆的位置以減弱邊際效應(yīng)的影響，注意及時(shí)去除雜草，防治病蟲(chóng)害。試驗(yàn)期間，各處理植物育苗及后期撫育管理方式一致，60天以后收取植株樣本。

1.2.3盆栽處理方式

試驗(yàn)設(shè)計(jì)的供試土壤重金屬鎘污染濃度結(jié)合現(xiàn)行四川地區(qū)農(nóng)田重金屬鎘污染的實(shí)際情況，參考《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(gb15618-1995)以及l(fā)inl.j.、劉、金等在鎘脅迫下對(duì)牛膝菊和各類(lèi)蔬菜進(jìn)行的相近研究試驗(yàn)設(shè)計(jì)，綜合考慮后選用10mg·kg^-1cd的濃度進(jìn)行控制性模擬污染試驗(yàn)。

1.2.4試驗(yàn)樣品采集

1.2.4.1土樣采集

盆栽試驗(yàn)在植物材料成熟收樣后用抖落法采集根際土壤樣品，即將根際袋中的植物根系挖出后，抖落根系上較大的土塊，剩余粘在根系上的根際土壤用刷子刷下集中收集。采集的土樣混勻風(fēng)干后，過(guò)1mm篩保存，用以測(cè)定土壤根際土ph值、有效鎘含量、土壤陽(yáng)離子交換量以及各項(xiàng)養(yǎng)分含量。

1.2.4.2植物樣采集

牛膝菊和生菜均在鎘脅迫60天后的蔬菜成熟期收樣。植物樣整株測(cè)定形態(tài)指標(biāo)后，按地上部(可食部)、根部別保存鮮樣和干樣。鮮樣用液氮采樣后，于thermo700型超低溫冰箱中-80℃保存以備生理指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定；干樣用dhg-9070a型烘箱105℃殺青15min后以75℃烘干至恒重，粉碎后用于鎘和養(yǎng)分含量的測(cè)定。

1.3測(cè)定內(nèi)容及方法

1.3.1土壤指標(biāo)測(cè)定

土壤各項(xiàng)指標(biāo)均參照《土壤農(nóng)化分析(第三版)》測(cè)定，具體方法如下。

1.3.1.1土壤ph值、陽(yáng)離子交換量和有效鎘含量測(cè)定

ph值：土水比1:2.5方法，采用phs-3c型酸度計(jì)測(cè)定。

陽(yáng)離子交換量：乙酸鈉-火焰光度法，用乙酸鈉、異丙醇、乙醇和乙酸銨淋洗，在6400a型火焰光度計(jì)上測(cè)定。

有效鎘：dtpa-tea浸提，采用aaanlust800型原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。

1.3.1.2土壤養(yǎng)分含量測(cè)定

全氮：半微量凱氏法，濃硫酸消煮，采用qsy-1型凱氏定氮儀測(cè)定。

全磷：氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法，采用uv-1800型分光光度計(jì)測(cè)定。

全鉀：氫氧化鈉熔融-火焰光度法，采用6400a型火焰光度計(jì)測(cè)定。

堿解氮：堿解擴(kuò)散法，用0.005mol·l^-1(1/2h2so4)標(biāo)準(zhǔn)液滴定。

速效磷：nahco3浸提-鉬銻抗比色法，采用uv-1800型分光光度計(jì)測(cè)定。

有效鉀：hno3浸提-火焰光度法，采用6400a型火焰光度計(jì)測(cè)定。

1.3.2植物指標(biāo)測(cè)定

對(duì)供試牛膝菊測(cè)定其生長(zhǎng)情況、地上和根部的鎘含量以及營(yíng)養(yǎng)元素含量。供試生菜除了測(cè)定上述三類(lèi)指標(biāo)外，還要對(duì)其生理生化和品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

植物生長(zhǎng)狀況、鎘含量及營(yíng)養(yǎng)元素含量參照《土壤農(nóng)化分析》^[77]測(cè)定，超氧化物歧化酶(sod)、過(guò)氧化物酶(pod)和過(guò)氧化氫酶(cat)活性參照《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)》^[78]測(cè)定，抗壞血酸過(guò)氧化物酶(apx)活性、可溶性糖和纖維素含量參照《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》測(cè)定，葉綠素、維生素c和可溶性蛋白含量參照《植物生理學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》測(cè)定，硝態(tài)氮含量參照《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》測(cè)定，具體方法如下。

1.3.2.1植物生長(zhǎng)狀況測(cè)定

株高、根長(zhǎng)：植株全株高度及其主根長(zhǎng)度采用直尺測(cè)量。

生物量、產(chǎn)量：用自來(lái)水將植物樣品整株泥土洗凈后，再用去離子水反復(fù)沖洗，拭干。將植株分為地上部和根部，用pl303型電子天平稱(chēng)取鮮重。分別將鮮樣用dhg-9070a型烘箱105℃殺青15min，75℃烘干至恒重，然后用電子天平稱(chēng)取干重。植株地上部和根部的干重分別計(jì)為各部分生物量，生菜地上部鮮重計(jì)為產(chǎn)量。

1.3.2.2植物鎘含量測(cè)定

hno3-hclo4消化，采用aaanlust800型原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。

1.3.2.3植物營(yíng)養(yǎng)元素測(cè)定

全氮：濃h2so4-h2o2消煮，采用qsy-1型凱氏定氮儀測(cè)定。

全磷：鉬銻抗比色法，濃h2so4-h2o2消煮，采用uv-1800型分光光度計(jì)測(cè)定。

全鉀：濃h2so4-h2o2消煮，采用6400a型火焰光度計(jì)測(cè)定。

1.3.2.4植物生理生化指標(biāo)測(cè)定

超氧化物歧化酶(sod)活性采用氮藍(lán)四唑nbt法，過(guò)氧化物酶(pod)活性采用愈創(chuàng)木酚法，過(guò)氧化氫酶(cat)活性采用h2o2分解量法，抗壞血酸過(guò)氧化物酶(apx)活性采用紫外分光光度法，葉綠素含量采用95％乙醇浸提法，均使用uv-1800型分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2.5植物品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

維生素c含量采用分光光度計(jì)法，硝態(tài)氮含量采用水楊酸比色法，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法，纖維素含量采用蒽酮比色法，均使用uv-1800型分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

2結(jié)果與分析

2.1牛膝菊種植密度對(duì)根際土壤的影響

2.1.1根際土壤的離子活化效應(yīng)

2.1.1.1ph值

對(duì)牛膝菊而言，不論是單植對(duì)照組(ckn)還是混植處理組(sn)的根際土壤均隨牛膝菊種植密度的增加而ph顯著降低。當(dāng)牛膝菊種植密度為5株·盆^-1時(shí)，單植(ck)和混植(sn)的土壤ph降至最小值，較最小牛膝種植密度1株·盆^-1時(shí)分別降低了9.11％和9.10％。對(duì)生菜而言，較之單植(cks)，混植(sn)顯著降低了其根際土壤ph。

此外，在同樣的牛膝種植密度下其單植和混植對(duì)根際土壤ph的影響變化則表現(xiàn)為低密度下混植處理組(sn)土壤的ph較單植對(duì)照組(ckn)有所下降，但高密度時(shí)混植處理組(sn)的根際土壤ph卻高于單植對(duì)照組(ckn)。所以，牛膝菊的密度變化對(duì)根際土壤環(huán)境所產(chǎn)生的酸化影響單植(ck)大于混植(sn)。

回歸分析結(jié)果顯示，單植(ck)和混植(sn)時(shí)根際土壤環(huán)境的ph值(y)與牛膝菊種植密度(x)均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴＝-0.18x+7.91(r²＝0.99，p<0.05)；混植y＝-0.14x+7.95(r²＝0.94，p<0.05)。

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(n＝3)。采用鄧肯式新復(fù)極差法檢驗(yàn)顯著性，不同字母為差異達(dá)到0.05顯著水平(p<0.05)，同列字母相同表示差異不顯著(p>0.05)。

2.1.1.2陽(yáng)離子交換量

牛膝菊種植密度對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量的影響不顯著。大致表現(xiàn)為隨著牛膝菊種植密度增加，單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)的根際土壤陽(yáng)離子交換量有所增加，當(dāng)牛膝菊密度為5株·盆^-1時(shí)，單植(ck)和混植(sn)的土壤陽(yáng)離子交換量達(dá)到最大值，較牛膝菊1株·盆^-1時(shí)分別提高了7.98％和10.71％。同時(shí)，相比單植生菜的對(duì)照(cks)，與牛膝菊混植(sn)提高了其根際的土壤陽(yáng)離子交換量，但差異不顯著。

在同樣的牛膝菊種植密度下，低密度時(shí)混植處理組(sn)的土壤陽(yáng)離子交換量大于單植對(duì)照組(ckn)，而牛膝菊種植密度增大后則小于單植對(duì)照組(ckn)。所以，牛膝菊密度變化造成的土壤陽(yáng)離子交換量上升影響混植(sn)大于單植(ck)。

回歸分析顯示，單植(ck)和混植(sn)時(shí)根際土壤陽(yáng)離子交換量(y)與牛膝菊種植密度(x)均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴＝1.55x+74.26(r²＝0.99，p<0.05)；混植y＝1.31x+73.19(r²＝0.88，p<0.05)。

2.1.1.3有效鎘

牛膝菊種植密度的增加在單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)中均提高了其根際土壤的有效鎘含量，且牛膝菊種植密度越大，差異越顯著。當(dāng)牛膝菊種植5株·盆^-1時(shí)，單植(ck)和混植(sn)根際土壤有效鎘含量均達(dá)到最大值，較最小牛膝菊種植密度1株·盆^-1時(shí)分別增加了8.67％和8.54％。而單植生菜的對(duì)照處理(cks)其根際土壤有效鎘含量低于與牛膝菊混植的處理(sn)，差異不顯著。

在同樣的牛膝菊種植密度下，低密度時(shí)混植處理組(sn)的根際土壤有效鎘含量較單植對(duì)照組(ckn)有所上升，而高密度混植牛膝菊(sn)時(shí)的根際土壤有效鎘含量則比單植對(duì)照(ckn)時(shí)低。因此，牛膝菊密度對(duì)土壤有效鎘含量的促進(jìn)作用隨牛膝菊密度增加而差異顯著，且單植(ck)大于混植(sn)。

回歸分析表明，單植(ck)和混植(sn)時(shí)根際土壤中的有效鎘含量(y)與牛膝菊種植密度(x)均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴＝0.16x+6.94(r²＝0.99，p<0.05)；混植y＝0.12x+6.92(r²＝0.93，p<0.05)。

綜上所述，牛膝菊與生菜混植而形成的種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系造成了兩種植物根際周?chē)幕凶饔迷鰪?qiáng)，因此釋放出的大量根際分泌物導(dǎo)致兩種植物根際范圍內(nèi)土壤的基本理化性質(zhì)改變。伴隨與生菜混植的牛膝菊種植密度增加，最易受植物根際分泌物影響的土壤ph值首先發(fā)生改變，致使根際環(huán)境的土壤酸化；隨后土壤中的各種離子的活動(dòng)狀態(tài)、活躍程度也受到影響，所以土壤陽(yáng)離子交換量增加；而最終則引起了土壤中重金屬鎘的有效態(tài)含量上升，進(jìn)而直接加劇了植物實(shí)際受到的重金屬鎘脅迫程度。本研究結(jié)果顯示，牛膝菊與生菜混作而引起的其根際土壤離子活化作用隨牛膝菊種植密度的增加而加強(qiáng)；在牛膝菊密度相同的情況下，混植生菜對(duì)上述離子活化效應(yīng)具有一定的調(diào)控作用，但效果并不明顯。

2.1.2根際土壤營(yíng)養(yǎng)元素的影響

2.1.2.1堿解氮

對(duì)牛膝菊而言，單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)的根際土壤堿解氮含量均隨牛膝菊種植密度增加而不顯著逐漸降低。在種植牛膝菊5株·盆^-1密度下，單植(ck)和混植(sn)時(shí)的根際土堿解氮含量均達(dá)到最小值，較最小密度1株·盆^-1分別下降為6.93％、5.90％。雖然單植生菜的對(duì)照組(cks)根際土壤中的堿解氮含量略高于與牛膝菊混植的處理組(sn)，但差異并不顯著。

此外，在牛膝菊種植密度相同的情況下，較之單植牛膝菊的對(duì)照組(ckn)，與生菜混植處理(sn)時(shí)根際土壤堿解氮的含量略有提高，但變化不明顯。因此，牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)均表現(xiàn)出伴隨種植密度的增加，其對(duì)根際土壤中堿解氮含量的抑制效果趨于明顯，影響程度單植(ck)大于混植(sn)，但總體變化都不顯著；而混植則對(duì)牛膝菊密度增加造成的土壤堿解氮含量下降起不顯著的改善作用。

回歸分析結(jié)果表明，單植(ck)和混植(sn)時(shí)根際土壤的堿解氮含量(y)與牛膝菊種植密度(x)均呈一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴＝-1.49x+92.52(r²＝0.96，p<0.05)；混植y＝-1.15x+93.49(r²＝0.97，p<0.05)。

2.1.2.2速效磷

牛膝菊的單植對(duì)照組(ck)和混植處理組(sn)根際土壤中的速效磷含量均隨其種植密度增加而顯著增加。當(dāng)牛膝菊種植5株·盆^-1時(shí)，單植(ck)和混植(sn)的根際土壤速效磷含量均達(dá)到最大值，分別比最小密度1株·盆^-1時(shí)增加了31.71％和41.41％。同時(shí)，生菜的單植對(duì)照組(cks)根際土壤速效磷含量雖然比混植牛膝菊處理組(sn)略小，但差異不顯著。

當(dāng)牛膝菊種植密度相同時(shí)，各個(gè)密度混植生菜的處理組(sn)較單植牛膝菊的對(duì)照組(ckn)根際土壤中速效磷含量變化均不顯著。可以得出，牛膝菊密度增加使單植(ck)和混植(sn)根際土壤中的速效磷含量顯著升高，促進(jìn)效果混植(sn)大于單植(ck)。

回歸分析可知，單植(ck)和混植(sn)時(shí)根際土壤的速效磷含量(y)與牛膝菊種植密度(x)均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴＝0.83x+8.65(r²＝0.89，p<0.05)；混植y＝0.82x+7.88(r²＝0.97，p<0.05)。

2.2牛膝菊種植密度對(duì)其本身的影響

2.2.1牛膝菊生長(zhǎng)狀況的影響

2.2.1.1株高與根長(zhǎng)

牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)同時(shí)表現(xiàn)出隨著其種植密度的增加，生長(zhǎng)狀況逐漸受到抑制的趨勢(shì)。如表2.2所述，伴隨牛膝菊種植密度增加，單植(ckn)和混植(sn)的牛膝菊株高和根長(zhǎng)均有顯著下降。在密度最大為5株·盆^-1時(shí)，牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)的株高、根長(zhǎng)都降到最小值。此時(shí)，單植(ckn)的牛膝菊株高和根長(zhǎng)較最小密度1株·盆^-1時(shí)分別下降了39.90％、35.28％；而混植(sn)生菜的牛膝菊株高和根長(zhǎng)則分別下降了31.28％、28.47％。

在牛膝菊種植密度相同的情況下，與單植牛膝菊的對(duì)照組(ckn)相比，混植生菜的牛膝菊(sn)各個(gè)種植密度下株高均有顯著提升，且密度最大5株·盆^-1較密度最小1株·盆^-1時(shí)增幅最大為27.62％。在根長(zhǎng)方面，除4株·盆^-1外的其余各牛膝菊種植密度處理下，混植(sn)牛膝菊根長(zhǎng)均較單植(ckn)時(shí)有所增加，同樣在種植5株·盆^-1牛膝菊時(shí)，根長(zhǎng)增幅最大為12.01％。

由此可見(jiàn)，牛膝菊種植密度增加對(duì)其株高和根長(zhǎng)水平均存在顯著抑制影響，且密度越大抑制效果越明顯。在牛膝菊種植密度相同的情況下，混植(sn)較單植(ckn)更利于其株高和根長(zhǎng)的生長(zhǎng)，這種有利影響幾乎隨種植密度增大而逐漸明顯。

此外，單植(ck)和混植(sn)時(shí)牛膝菊株高和根長(zhǎng)(y)與其種植密度(x)均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃仓旮遹＝-3.93x+45.24(r²＝0.98，p<0.05)；混植株高y＝-3.47x+50.38(r²＝0.91，p<0.05)；單植根長(zhǎng)y＝-1.76x+24.79(r²＝0.82，p<0.05)；混植根長(zhǎng)y＝-1.59x+24.82(r²＝0.93，p<0.05)。

表2.2種植密度對(duì)牛膝菊生長(zhǎng)狀況的影響

2.2.1.2生物量

由表2.2可見(jiàn)，不論是單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)的牛膝菊，都表現(xiàn)出隨著其種植密度加大，植株生長(zhǎng)發(fā)育逐漸受到抑制，導(dǎo)致其各部分生物量的積累顯著下降。牛膝菊種植密度最大5株·盆^-1時(shí)，其地上部、根部以及總生物量均降至最小值，較最小密度1株·盆^-1時(shí)單植對(duì)照組(ckn)降幅分別為38.99％、43.53％、40.00％，混植處理組(sn)降幅則分別達(dá)到27.16％、35.51％、28.90％。此外，隨牛膝菊種植密度的增大，其單植(ckn)和混植(sn)的根冠比均逐漸減小，但差異不顯著。

回歸分析表明，單植(ck)和混植(sn)時(shí)牛膝菊的各部分生物量(y)與其種植密度(x)均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃驳厣喜縴＝-0.37x+4.33(r²＝0.96，p<0.05)；混植地上部y＝-0.28x+4.63(r²＝0.92，p<0.05)；單植根部y＝-0.11x+1.19(r²＝0.95，p<0.05)；混植根部y＝-0.10x+1.25(r²＝0.98，p<0.05)；單植總生物量y＝-0.48x+5.52(r²＝0.96，p<0.05)；混植總生物量y＝-0.38x+5.89(r²＝0.94，p<0.05)。

綜上所述，牛膝菊作為新興的重金屬鎘超富集植物，對(duì)重金屬鎘污染的土壤有較強(qiáng)的耐受性，種植密度的變化通過(guò)對(duì)植物間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的調(diào)控，進(jìn)而影響其生長(zhǎng)狀況。本研究結(jié)果顯示，不論是牛膝菊的單植對(duì)照組(ckn)還是混植處理組(sn)，其種植密度增加均抑制了牛膝菊自身的生長(zhǎng)發(fā)育；而與單植(ckn)相比混植(sn)生菜對(duì)牛膝菊生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用。對(duì)牛膝菊而言，這兩種作用隨種植密度的增加而影響效果加強(qiáng)。

2.2.2牛膝菊鎘富集特性的影響

2.2.2.1鎘含量及富集轉(zhuǎn)運(yùn)

由表2.3可知，牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)其種植密度的增加，均有利于提高其各部分對(duì)重金屬鎘的積累。對(duì)牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)而言，其各部分鎘含量在2株·盆^-1時(shí)先出現(xiàn)不顯著地下降，隨后逐漸升高并在5株·盆^-1密度下達(dá)到最大值，地上部和根部較最小密度1株·盆^-1時(shí)分別增加了15.95％、88.64％，差異顯著。而混植處理組(sn)的牛膝菊各部分鎘含量則隨其種植密度的增加持續(xù)上升，且在5株·盆^-1密度處理下達(dá)到最大值，較最小密度分別增加了15.39％和105.44％。

當(dāng)牛膝菊種植密度相同時(shí)，同單植牛膝菊的對(duì)照組(ckn)相比，牛膝菊與生菜混植(sn)抑制了其各部分對(duì)鎘的積累。較之牛膝菊的單植對(duì)照組(ckn)，混植牛膝菊(sn)地上部鎘含量在牛膝菊密度2株·盆^-1時(shí)略有提高而后持續(xù)下降，3株·盆^-1處理下降幅最大為4.03％，但各密度差異均不顯著；而其根部鎘含量則除2株·盆^-1外其余各牛膝菊種植密度下均受到顯著抑制，且當(dāng)牛膝菊密度為1株·盆^-1時(shí)降幅最大為14.66％。

由此可見(jiàn)，無(wú)論是牛膝菊的單植對(duì)照組(ckn)還是混植處理組(sn)，其種植密度的增加對(duì)其自身各部分鎘含量的積累產(chǎn)生促進(jìn)作用。在牛膝菊種植密度相同的情況下，較之單植(ckn)與生菜混植(sn)對(duì)牛膝菊各部分鎘含量的積累起抑制作用。

同時(shí)，單植(ck)和混植(sn)時(shí)牛膝菊各部分鎘含量(y)與其種植密度(x)呈一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃驳厣喜縴＝1.82x+41.85(r²＝0.83，p<0.05)；混植地上部y＝1.58x+41.51(r²＝0.86，p<0.05)；單植根部y＝9.87x+26.75(r²＝0.79，p<0.05)；混植根部y＝9.42x+23.21(r²＝0.81，p<0.05)。

表2.3密度變化下的牛膝菊鎘富集特性

同樣由表2.3可見(jiàn)，牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)各部分富集系數(shù)均顯現(xiàn)出隨其種植密度增加而逐漸增大的趨勢(shì)。牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)的地上部和根部的富集系數(shù)同時(shí)在2株·盆^-1密度下先呈現(xiàn)不顯著地下降，而后隨種植密度增加富集系數(shù)顯著上升，在5株·盆^-1時(shí)達(dá)到最大值，較最小密度1株·盆^-1增幅分別為21.20％、97.17％。而牛膝菊混植處理組(sn)則伴隨其種植密度增加，牛膝菊各部分富集系數(shù)持續(xù)上升，在其密度5株·盆^-1下達(dá)到最大值，地上部和根部增幅較最小密度1株·盆^-1時(shí)分別為19.51％和112.77％。在轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)方面，單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)的牛膝菊均表現(xiàn)出隨其種植密度增加而逐漸下降的趨勢(shì)，且牛膝菊種植密度越大差異越顯著；在牛膝菊5株·盆^-1時(shí)降到最低值，單植(ckn)和混植(sn)時(shí)均較最小密度分別為下降了38.54％、43.77％。

在牛膝菊種植密度相同時(shí)，與單植(ckn)相比混植(sn)生菜通過(guò)整體上提高牛膝菊地上部富集系數(shù)，降低其根部富集系數(shù)的途徑，對(duì)牛膝菊的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)有所調(diào)控，但各密度下差異均不顯著。當(dāng)牛膝菊種植密度為最小密度1株·盆^-1時(shí)，其混植處理組(sn)較單植對(duì)照組(ckn)根部富集系數(shù)下降10.89％，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)提高13.74％，差異顯著。而其地上部的富集系數(shù)則在牛膝菊密度2株·盆^-1增幅最大為5.37％，差異不顯著。

可以看出，密度變化能夠提高單植(ckn)和混植(sn)時(shí)牛膝菊各部分的富集能力，影響程度隨密度增加而增大。由于根部的富集能力提高大于地上部，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)運(yùn)能力隨著種植密度的增加受到抑制，密度增大抑制效果趨于顯著。當(dāng)牛膝菊種植密度一致時(shí)，較之單植(ckn)，混植(sn)生菜對(duì)牛膝菊的富集及轉(zhuǎn)運(yùn)效率有不顯著的改善。

綜上所述，牛膝菊在鎘污染土壤上仍然能夠維持較好的生長(zhǎng)狀況，緣自其對(duì)鎘的超富集特性。而牛膝菊與生菜混植時(shí)其密度的變化會(huì)影響牛膝菊的生長(zhǎng)狀況，進(jìn)而對(duì)其鎘富集特性造成一定的影響。本研究結(jié)果表明，牛膝菊種植密度增加有利于其單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)牛膝菊的各部分鎘含量積累，提高了其富集能力，但降低了牛膝菊對(duì)重金屬鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)效率。較單植(ckn)而言，與生菜混植(sn)使牛膝菊各部分的鎘含量受到抑制，雖然對(duì)其富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力有所改善，但影響并不明顯。

2.2.2.2鎘積累量與修復(fù)能力

牛膝菊種植密度增加促進(jìn)了其植株對(duì)鎘含量的吸收，但由于植物生長(zhǎng)情況受到抑制，總體上限制了每株牛膝菊單體對(duì)土壤中鎘的積累量。如表2.4所述的試驗(yàn)結(jié)果顯示，在以盆為單位面積的約0.07m²土壤范圍內(nèi)，由于牛膝菊種植密度增加，實(shí)際增加了單位面積的牛膝菊生物總量，因此無(wú)論是單植對(duì)照組(ckn)還是混植處理組(sn)的牛膝菊各部分的鎘積累量都顯著增高，且密度越大促進(jìn)效果越明顯。在牛膝菊密度為5株·盆^-1時(shí)地上部和總積累量均達(dá)到最大值，較最小密度1株·盆^-1時(shí)增幅分別為單植(ckn)254.65％、292.92％，混植(sn)320.04％、365.31％。轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)方面，牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)在其2株·盆^-1密度下有所提升，隨后顯著下降，密度最大時(shí)降至最小值，較最小密度降幅為33.64％；混植處理組(sn)則為持續(xù)下降，牛膝菊密度最大5株·盆^-1時(shí)降至最小值，較最小密度差異顯著，降幅為36.50％。

在牛膝菊種植密度一致的情況下，同單植對(duì)照組(ckn)相比，混植處理(sn)促進(jìn)了牛膝菊各部分的鎘積累量，除1株·盆^-1外其余各牛膝菊種植密度下混植(sn)生菜都能顯著提高牛膝菊的鎘積累量。當(dāng)牛膝菊5株·盆^-1時(shí)，其地上部和總的鎘積累量較最小密度1株·盆^-1增幅最大，分別達(dá)到28.31％、22.88％。轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)方面，相較單植(ckn)各密度下混植(sn)的牛膝菊轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)都有所提升，且牛膝菊種植4株·盆^-1時(shí)增幅最大為27.35％。

由此可見(jiàn)，牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)其種植密度增加均能顯著促進(jìn)牛膝菊各部分的鎘積累量，由于對(duì)根部的影響大于地上部，轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)有所下降；且該促進(jìn)作用隨密度增加而影響越發(fā)顯著。與牛膝菊單植(ckn)相比，混植(sn)生菜更有利于牛膝菊各部分的鎘積累，且密度越大促進(jìn)作用越明顯；由于對(duì)地上部的影響大于根部，混植后轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)有所提高，改善了牛膝菊對(duì)鎘的提取量和轉(zhuǎn)運(yùn)效果。

回歸分析結(jié)果顯示，單植(ck)和混植(sn)時(shí)牛膝菊的各部分鎘積累量(y)與其種植密度(x)均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃驳厣喜縴＝0.11x+0.09(r²＝0.96，p<0.05)；混植地上部y＝0.15x+0.06(r²＝0.99，p<0.05)；單植總積累量y＝0.17x+0.07(r²＝0.99，p<0.05)；混植總積累量y＝0.21x+0.03(r²＝0.99，p<0.05)。

表2.4密度變化下的牛膝菊鎘修復(fù)能力

正如表2.4所述，每年種植6次的情況下，要利用牛膝菊修復(fù)使試驗(yàn)中每盆含10mg·kg^-1重金屬鎘的9kg污染土壤治理后達(dá)到國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(gb15618-1995)中二級(jí)的重金屬鎘含量0.60mg·kg^-1水平，牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)的相對(duì)修復(fù)年限和相對(duì)修復(fù)指數(shù)均隨種植密度增加而顯著降低，相對(duì)修復(fù)模量則明顯增加。牛膝菊密度變化對(duì)三項(xiàng)指標(biāo)的影響都隨密度增加而影響效果增強(qiáng)，在牛膝菊種植5株·盆^-1時(shí)相對(duì)修復(fù)年限和指數(shù)降至最小值，較最小密度1株·盆^-1處理降幅分別為單植(ckn)73.01％、27.45％，混植(sn)77.05％、31.69％；而相對(duì)修復(fù)模量增幅則達(dá)到最大值，較最小密度增幅單植(ckn)和混植(sn)分別為265.38％、320.00％。

當(dāng)牛膝菊種植密度相同時(shí)，與牛膝菊單植的對(duì)照組(ckn)相比，混植處理(sn)在各密度下均能顯著降低牛膝菊的相對(duì)修復(fù)年限和指數(shù)，并顯著提高相對(duì)修復(fù)模量，其促進(jìn)效果隨密度增加而增大。當(dāng)牛膝菊密度為5株·盆^-1時(shí)變幅較最小密度達(dá)到最大，相對(duì)修復(fù)年限和指數(shù)降幅分別為24.80％、8.25％，而相對(duì)修復(fù)模量增幅則為32.63％。

所以，無(wú)論是牛膝菊的單植對(duì)照組(ckn)還是混植處理組(sn)，種植密度的增加都能顯著提高牛膝菊對(duì)土壤的修復(fù)能力，且該促進(jìn)隨密度增加而加大。與對(duì)照單植(ckn)相比，混植(sn)后牛膝菊對(duì)單位土體的修復(fù)能力顯著增強(qiáng)，且種植密度越大有利影響越明顯。

綜上所述，將超富集植物應(yīng)用于重金屬污染土壤修復(fù)時(shí)，需要把植株體內(nèi)的重金屬元素濃度含量與其生物量建立起聯(lián)系，以此評(píng)價(jià)其對(duì)土壤中重金屬的提取能力和修復(fù)效果。本研究結(jié)果顯示，牛膝菊種植密度增加促進(jìn)了其單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)各部分對(duì)土壤重金屬鎘的提取和修復(fù)能力，但降低了其對(duì)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)能力；較之牛膝菊單植的對(duì)照組(ckn)，與生菜混植(sn)處理能夠同時(shí)提高牛膝菊各部分的鎘提取量、轉(zhuǎn)運(yùn)能力和修復(fù)能力，并且所有的促進(jìn)作用隨密度增加而影響效果增強(qiáng)。

2.2.3牛膝菊營(yíng)養(yǎng)吸收的影響

2.2.3.1全氮含量

試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)植株體內(nèi)的全氮含量均隨其種植密度的增加而降低，且密度越大差異越顯著。在牛膝菊種植密度最大的5株·盆^-1時(shí)，單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)的牛膝菊全氮含量都降到最小值，較之最小密度1株·盆^-1降幅分別為17.59％、13.94％。

當(dāng)牛膝菊種植密度一致時(shí)，在各個(gè)密度下混植處理(sn)的牛膝菊體內(nèi)全氮含量均小于單植對(duì)照(ckn)，除4株·盆^-1外其他牛膝菊種植密度均差異顯著。其影響程度隨種植密度增加而逐漸減小，密度最小1株·盆^-1時(shí)混植生菜(sn)的牛膝菊全氮含量較單植對(duì)照(ckn)下降了10.16％，降幅最大。

由此可見(jiàn)，隨著牛膝菊種植密度增加，單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)的牛膝菊對(duì)氮元素的吸收均受到抑制，且密度越大影響越顯著。在牛膝菊種植密度相同時(shí)，較之單植對(duì)照(ckn)，混植處理(sn)抑制了牛膝菊對(duì)氮元素的吸收，抑制效應(yīng)隨種植密度增大而減弱。

回歸分析顯示，單植(ck)和混植(sn)時(shí)牛膝菊的全氮含量(y)與其種植密度(x)均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴＝-1.37x+33.22(r²＝0.96，p<0.05)；混植y＝-0.95x+29.63(r²＝0.92，p<0.05)。

2.2.3.2全磷含量

本發(fā)明發(fā)現(xiàn)伴隨牛膝菊種植密度增加，其單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)植株體內(nèi)的全磷含量均有所增長(zhǎng)，但差異并不顯著。如圖2所示，牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)其種植密度越大植株全磷含量不斷增加，當(dāng)種植5株·盆^-1時(shí)牛膝菊時(shí)，其全磷含量達(dá)到最大值，較之最小密度1株·盆^-1增加了16.40％；而混植處理組(sn)則表現(xiàn)為除牛膝菊3株·盆^-1外，其余處理均差異不顯著，種植牛膝菊5株·盆^-1時(shí)達(dá)到最大值，較之最小密度增加了12.39％。

在牛膝菊種植密度相同的情況下，混植處理組(sn)的牛膝菊各密度下全磷含量均小于單植對(duì)照組(ckn)，當(dāng)牛膝菊種植密度為5株·盆^-1時(shí)，較之最小密度降幅最大，達(dá)到7.17％，差異顯著；其余各密度處理變化均不明顯。

因此，牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)的密度變化均促進(jìn)了其對(duì)磷元素的吸收，且密度增加影響程度更大。較之對(duì)照單植組(ckn)，與生菜混植(sn)顯著地抑制了牛膝菊對(duì)磷元素的吸收。

回歸分析表明，單植(ck)和混植(sn)時(shí)牛膝菊的全磷含量(y)與其種植密度(x)均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴＝0.14x+3.10(r²＝0.98，p<0.05)；混植y＝0.11x+3.05(r²＝0.86，p<0.05)。

2.2.3.3全鉀含量

試驗(yàn)結(jié)果表明，牛膝菊種植密度增加造成了其單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)的牛膝菊體內(nèi)全鉀含量逐漸降低。由圖3可見(jiàn)，單植對(duì)照組(ckn)中牛膝菊的鉀元素含量除3株·盆^-1外各密度處理均顯著下降，且隨密度增加影響明顯。當(dāng)牛膝菊種植密度為5株·盆^-1時(shí)，其植株全鉀含量降至最小值，較最小密度1株·盆^-1降低了23.62％。而混植處理組(sn)的牛膝菊的全鉀含量則受密度控制調(diào)控的影響隨密度增加而減弱，除2株·盆^-1外其余各牛膝菊種植密度變化不明顯。當(dāng)牛膝菊5株·盆^-1時(shí)的其全鉀含量降至最小值，較最小密度降幅為19.50％。

當(dāng)牛膝菊種植密度相同時(shí)，較之牛膝菊單植對(duì)照組(ckn)，混植處理組(sn)各個(gè)密度處理下的牛膝菊全鉀含量均有所降低，抑制效果隨密度增加而減小。當(dāng)牛膝菊種植密度為2株·盆^-1時(shí)，混植(sn)時(shí)植株的全鉀含量較之單植(ckn)降幅最大為9.80％。

所以，牛膝菊種植密度增加抑制了單植對(duì)照組(ckn)和混植處理組(sn)牛膝菊對(duì)鉀元素的吸收。與單植(ckn)相比，混植(sn)生菜使牛膝菊對(duì)鉀元素的吸收受到了抑制，但增加種植密度可以在一定程度上改善混植產(chǎn)生的抑制作用。

相關(guān)數(shù)據(jù)的回歸分析表明，單植(ck)和混植(sn)時(shí)牛膝菊全鉀含量(y)與其種植密度(x)均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：?jiǎn)沃瞴＝-2.75x+48.82(r²＝0.99，p<0.05)；混植y＝-1.97x+43.58(r²＝0.98，p<0.05)。

綜上所述，植物體內(nèi)的三大營(yíng)養(yǎng)元素的含量對(duì)其抗逆性以及多項(xiàng)生命活動(dòng)具有十分重要的意義。而植物對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的吸收情況與其根際土壤中的速效養(yǎng)分生物有效性息息相關(guān)。本發(fā)明結(jié)果表明，牛膝菊與生菜混植時(shí)因其種植密度增加而引起了根際土壤中速效養(yǎng)分含量的變化，進(jìn)而使其體內(nèi)除磷以外的營(yíng)養(yǎng)元素含量下降，且影響隨密度增加而增大。較單植對(duì)照(ckn)而言，與生菜混植(sn)導(dǎo)致牛膝菊對(duì)吸收營(yíng)養(yǎng)元素的吸收受到抑制，但合理密植可以令該不利影響得到調(diào)控。

2.3牛膝菊種植密度對(duì)生菜的影響

2.3.1生菜生長(zhǎng)狀況的影響

2.3.1.1株高與根長(zhǎng)

本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，牛膝菊與生菜混植(sn)時(shí)其密度變化對(duì)生菜株高和根長(zhǎng)影響較生菜單植(cks)時(shí)均不顯著。結(jié)果如表3.5

回歸分析結(jié)果顯示，生菜的根長(zhǎng)(y)與牛膝菊種植密度(x)呈一次線性關(guān)系，回歸方程為：y＝-0.84x+15.82(r²＝0.76，p<0.05)。

表3.5牛膝菊種植密度對(duì)生菜生長(zhǎng)狀況的影響t

2.3.1.2產(chǎn)量和生物量

與生菜單植的對(duì)照(cks)相比，混植牛膝菊種植密度增加使生菜的產(chǎn)量、地上部生物量和總生物量均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)牛膝菊種植密度為1株·盆^-1時(shí)，生菜的產(chǎn)量、地上部生物量和總生物量均達(dá)到最大值，較單植對(duì)照(cks)的增幅分別是8.48％、2.55％、2.28％，其中產(chǎn)量變化顯著，而各部分生物量差異不顯著。當(dāng)牛膝菊密度為5株·盆^-1時(shí)，生菜的產(chǎn)量、地上部生物量和總生物量降至最小值，降幅分別為66.59％、70.85％、71.20％，差異顯著。根冠比方面，較之單植生菜的對(duì)照(cks)，混植牛膝菊使生菜的根冠比顯著降低，當(dāng)種植2株·盆^-1牛膝菊時(shí)，生菜根冠比降至最小值，降幅為28.87％。所以，較之對(duì)照(cks)，適宜密度的混植牛膝菊可以使生菜的產(chǎn)量及生物量均有所提高，但牛膝菊密度增加卻抑制了生菜產(chǎn)量和生物量的積累；根冠比減小說(shuō)明混植牛膝菊對(duì)生菜根部的抑制作用大于地上部，而控制與牛膝菊的混植密度對(duì)該抑制效果起一定調(diào)控作用。

回歸分析表明，生菜的產(chǎn)量、地上部生物量和總生物量(y)與牛膝菊種植密度(x)呈一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：產(chǎn)量y＝-29.11x+247.87(r²＝0.90，p<0.05)；地上部生物量y＝-0.99x+8.13(r²＝0.91，p<0.05)；總生物量y＝-1.11x+9.00(r²＝0.92，p<0.05)。

綜上所述，鎘脅迫環(huán)境和混植牛膝菊所引起的生境競(jìng)爭(zhēng)對(duì)生菜的生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量建成都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。本研究結(jié)果顯示，與對(duì)照單植生菜(cks)相比，密度適宜地與牛膝菊混植(sn)可以促進(jìn)生菜的生長(zhǎng)發(fā)育；但牛膝菊種植密度增加，則使生菜的生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，密度越大抑制效果越明顯。

2.3.2生菜鎘積累特性的影響

2.3.2.1鎘含量

如表2.6所述的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，較之單植生菜的對(duì)照(cks)，混植牛膝菊種植密度的增加使生菜地上部的鎘含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。當(dāng)牛膝菊密度為1株·盆^-1時(shí)，生菜的地上部鎘含量降至最低值，較對(duì)照(cks)降低了9.28％，差異顯著?；熘才Ｏゾ辗N植密度為4株·盆^-1開(kāi)始生菜地上部的鎘含量超過(guò)了單植對(duì)照(cks)，當(dāng)牛膝菊5株·盆^-1時(shí)生菜地上部鎘含量達(dá)到最大值，較對(duì)照(cks)增幅為25.18％。同時(shí)，相比單植對(duì)照(cks)，與牛膝菊混植(sn)提高了生菜根部對(duì)鎘元素的吸收，且牛膝菊種植密度越大促進(jìn)作用越顯著。當(dāng)牛膝菊5株·盆^-1時(shí)，生菜根部的鎘含量達(dá)到最大值，較之對(duì)照(cks)上升了50.93％。

綜合混植牛膝菊后生菜地上部和根部的鎘含量情況可以得出，與單植生菜對(duì)照(cks)相比，牛膝菊1～3株·盆^-1時(shí)生菜體內(nèi)的平均鎘含量降低，其中牛膝菊種植密度最小時(shí)1株·盆^-1時(shí)，生菜平均鎘含量降至最小值，較對(duì)照(cks)下降了8.35％；牛膝菊種植密度增加，生菜體內(nèi)平均鎘含量隨之升高，牛膝菊5株·盆^-1時(shí)生菜平均鎘含量達(dá)到最大值，較對(duì)照(cks)增大25.86％，差異顯著。

由此可見(jiàn)，較之單植生菜的對(duì)照(cks)處理，適宜密度地混植牛膝菊有利于降低生菜對(duì)鎘元素的吸收，但種植密度過(guò)大則會(huì)加劇生菜體內(nèi)鎘含量的增加，牛膝菊種植密度越大，對(duì)生菜吸收重金屬鎘的促進(jìn)效果越明顯。

表2.6牛膝菊種植密度對(duì)生菜鎘積累特性的影響

2.3.2.2鎘積累量

本發(fā)明結(jié)果由表2.6可知，較之單植生菜的對(duì)照處理(cks)，與牛膝菊混植(sn)能夠降低生菜各部分的重金屬鎘積累量，除1株·盆^-1外其余各牛膝菊種植密度下生菜的各部分鎘積累量隨牛膝菊密度增加而顯著下降。當(dāng)牛膝菊混植密度為5株·盆^-1時(shí)，生菜地上部和總鎘積累量均降到最低值，較對(duì)照(cks)時(shí)分別下降了58.20％、58.46％。因此較之對(duì)照(cks)，混植牛膝菊使生菜各部分對(duì)鎘元素的積累量顯著降低，且牛膝菊種植密度越大，其對(duì)生菜鎘積累量的改善作用也越大。

回歸分析結(jié)果表明，生菜的各部分鎘積累量(y)與牛膝菊種植密度(x)均呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程分別為：地上部y＝-0.07x+0.64(r²＝0.94，p<0.05)；總積累量y＝-0.08x+0.71(r²＝0.95，p<0.05)。

綜上所述，與超富集植物混植有助于改善蔬菜對(duì)污染農(nóng)田中重金屬元素的吸收和積累，而對(duì)混植超富集材料的密度控制是調(diào)控蔬菜體內(nèi)重金屬含量與其最終產(chǎn)量之間平衡的關(guān)鍵。本研究表明，較之生菜單植(cks)，適宜密度地混植牛膝菊有利于降低生菜體內(nèi)各部分的鎘含量，但牛膝菊過(guò)密則會(huì)帶動(dòng)生菜對(duì)鎘元素的吸收；結(jié)合產(chǎn)量考慮，混植牛膝菊將改善生菜各部分的鎘積累量，影響程度隨牛膝菊密度增加而增大。

2.3.3生菜營(yíng)養(yǎng)吸收的影響

2.3.3.1全氮含量

生菜因其作為農(nóng)作物的特殊屬性，在與牛膝菊混植的種間競(jìng)爭(zhēng)中對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素氮的爭(zhēng)奪顯示出了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。與單植生菜的對(duì)照處理(cks)相比，混植牛膝菊密度的增加對(duì)生菜體內(nèi)全氮含量產(chǎn)生先升高后顯著下降的影響。當(dāng)牛膝菊種植密度為1株·盆^-1時(shí)，生菜對(duì)氮元素的吸收得到促進(jìn)達(dá)到最大值，較對(duì)照(cks)增幅為3.20％，變化不顯著；當(dāng)種植5株·盆^-1牛膝菊時(shí)生菜體內(nèi)的全氮含量降至最低值，此時(shí)較對(duì)照(cks)降幅為8.49％。所以，較之單植生菜的對(duì)照(cks)，低密度的混植牛膝菊能夠促進(jìn)生菜對(duì)氮元素的吸收，但牛膝菊混植密度過(guò)大，則會(huì)抑制生菜體內(nèi)的全氮含量水平，且牛膝菊種植密度增大抑制效果加強(qiáng)。

回歸分析顯示，生菜的全氮含量(y)與牛膝菊種植密度(x)呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程為：y＝-0.73x+38.22(r²＝0.82，p<0.05)。

2.3.3.2全磷含量

與牛膝菊混植后生菜對(duì)磷元素的競(jìng)爭(zhēng)吸收優(yōu)勢(shì)不如氮元素。較之生菜單植的對(duì)照處理(cks)，混植牛膝菊顯著降低了生菜體內(nèi)的全磷含量。低密度混植處理時(shí)變化不顯著，牛膝菊密度為4株·盆^-1開(kāi)始，生菜對(duì)磷元素的吸收受到的抑制逐漸趨于明顯。當(dāng)種植牛膝菊為5株·盆^-1時(shí)，生菜全磷含量降至最小值，較單植對(duì)照(cks)下降了25.52％。因此，較之單植對(duì)照(cks)，混植牛膝菊(sn)整體上抑制了生菜對(duì)磷元素的吸收，且隨牛膝菊種植密度增加，抑制效果趨于顯著。

回歸分析表明，生菜的全磷含量(y)與牛膝菊種植密度(x)呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程為：y＝-0.24x+5.48(r²＝0.90，p<0.05)。

2.3.3.3全鉀含量

在與牛膝菊的種間競(jìng)爭(zhēng)中生菜吸收鉀元素的優(yōu)勢(shì)十分明顯，其全鉀含量變化趨勢(shì)與氮元素相似。當(dāng)混植牛膝菊密度不斷增加時(shí)，生菜體內(nèi)的全鉀含量較之單植對(duì)照(cks)呈現(xiàn)出低促高抑的趨勢(shì)。當(dāng)牛膝菊種植1株·盆^-1時(shí)，生菜的全鉀含量略微提高達(dá)到最大值，較對(duì)照(cks)處理提高了8.31％，變化顯著；但隨著牛膝菊種植密度增加，生菜對(duì)鉀元素的吸收則受到明顯抑制。牛膝菊密度為5株·盆^-1時(shí)，生菜的全鉀含量降至最小值，較單植對(duì)照(cks)降低34.16％?？梢钥闯觯c單植生菜的對(duì)照處理(cks)相比，適宜密度地混植牛膝菊能夠促進(jìn)生菜對(duì)鉀的積累，但混植牛膝菊過(guò)密，則會(huì)降低生菜的全鉀含量，且牛膝菊密度越大不利影響越顯著。

回歸分析表明，生菜的全鉀含量(y)與牛膝菊種植密度(x)呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程為：y＝-7.10x+104.06(r²＝0.87，p<0.05)。

綜上所述，對(duì)蔬菜而言三大營(yíng)養(yǎng)元素在其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量建成過(guò)程中起到了尤為重要的作用。因與不同密度的牛膝菊混植而形成的種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，難免會(huì)對(duì)生菜吸收土壤中速效養(yǎng)分造成一定的影響，進(jìn)而導(dǎo)致生菜體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素含量的變化。本發(fā)明結(jié)果顯示，與單植生菜的對(duì)照處理(cks)相比，適宜密度地混植牛膝菊能夠促進(jìn)生菜對(duì)除磷元素以外的營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，但牛膝菊種植密度過(guò)大則會(huì)抑制生菜體內(nèi)各種營(yíng)養(yǎng)元素的含量水平，且不利影響隨牛膝菊種植密度增大而趨于明顯。

2.3.4生菜生理生化的影響

2.3.4.1超氧化物歧化酶(sod)與過(guò)氧化物酶(pod)活性

較之單植生菜的對(duì)照(cks)，與各個(gè)密度牛膝菊混植都顯著提高了生菜的sod活性，隨著牛膝菊種植密度增加，生菜sod活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，差異顯著。當(dāng)牛膝菊種植密度3株·盆^-1時(shí)，生菜sod活性達(dá)到最大值，較對(duì)照(cks)升高了78.42％；而后的牛膝菊4株·盆^-1密度后生菜sod活性開(kāi)始下降。除sod活性較高的牛膝菊2～3株·盆^-1之間變化不明顯外，其余各處理之間差異均顯著。

生菜pod活性方面，與單植生菜的對(duì)照(cks)相比，隨著混植牛膝菊密度增加，生菜pod活性呈現(xiàn)顯著地先上升后下降趨勢(shì)，與sod活性變化趨勢(shì)相近。當(dāng)牛膝菊種植3株·盆^-1時(shí)，生菜pod活性達(dá)到最大值，較對(duì)照(cks)提高了35.79％；之后隨著牛膝菊種植密度增加生菜pod活性開(kāi)始下降，當(dāng)種植5株·盆^-1牛膝菊時(shí)，生菜體內(nèi)的pod活性降至最低，較對(duì)照(cks)下降了13.90％，升高和降低變化差異均顯著。

由此可知，在鎘污染環(huán)境下混植不同密度的牛膝菊對(duì)生菜形成了一定的逆境脅迫，啟動(dòng)了其體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)生菜體內(nèi)sod和pod活性產(chǎn)生影響。本研究結(jié)果可以看出，較之單植生菜的對(duì)照(cks)，混植牛膝菊密度增加，生菜的sod和pod活性同時(shí)呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，并在牛膝菊3株·盆^-1時(shí)達(dá)到最大值；雖然兩種保護(hù)酶的變化趨勢(shì)相近，但整體上pod的響應(yīng)較sod略顯滯后。

2.3.4.2過(guò)氧化氫酶(cat)和抗壞血酸過(guò)氧化物酶(apx)活性

與單植生菜的對(duì)照(cks)相比，各密度混植的牛膝菊均使生菜體內(nèi)cat活性顯著降低。隨著牛膝菊種植密度增加，生菜cat活性呈先降低后升高，然后又降低的波動(dòng)性趨勢(shì)，且差異顯著。當(dāng)牛膝菊種植密度為2株·盆^-1時(shí)生菜cat活性降到最低值，較之對(duì)照(cks)降幅為36.91％；之后牛膝菊種植密度的增加顯著提高了生菜的cat活性，種植4株·盆^-1牛膝菊時(shí)，較對(duì)照(cks)降幅最小為18.11％。

而生菜的apx活性變化規(guī)律則與cat活性不盡相同，較之單植生菜的對(duì)照處理(cks)，混植各密度的牛膝菊均顯著提高了生菜的apx活性。伴隨牛膝菊種植密度增加，生菜apx活性呈波動(dòng)性上升的變化趨勢(shì)，差異顯著。在牛膝菊種植4株·盆^-1的密度下，生菜的apx活性達(dá)到最大值，較單植對(duì)照(cks)上升了56.47％，之后生菜apx活性又表現(xiàn)出不顯著地下降。

從上述變化可以得出，植物體內(nèi)的抗氧防御系統(tǒng)保護(hù)其機(jī)體不受氧化損傷的過(guò)程本質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的氧化-還原過(guò)程。試驗(yàn)結(jié)果表明，較之單植生菜的對(duì)照(cks)，生菜體內(nèi)的cat和apx活性對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)在種植牛膝菊2～3株·盆^-1時(shí)可能具有互補(bǔ)的作用機(jī)制；而伴隨牛膝菊種植密度增加，在牛膝菊4株·盆^-1時(shí)二者又呈現(xiàn)相似的受限趨勢(shì)；雖然兩種保護(hù)酶的變化規(guī)律不盡相同，但整體上同樣具有相似的波動(dòng)性。

2.3.4.3光合色素

試驗(yàn)結(jié)果如表2.7所述，與單植生菜的對(duì)照(cks)處理相比，生菜的三種光合色素均表現(xiàn)出以1株·盆^-1密度混植牛膝菊時(shí)其含量顯著提高；隨著牛膝菊混植密度增加，生菜各種光合色素含量逐漸下降；當(dāng)牛膝菊種植5株·盆^-1時(shí)，各種光合色素含量又有所提高；混植后的變化除葉綠素b外其他光合色素差異顯著。

當(dāng)牛膝菊種植密度為1株·盆^-1時(shí)，生菜的葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素均達(dá)到最大值，較對(duì)照(cks)時(shí)分別增加19.73％、9.09％和22.71％；此時(shí)總?cè)~綠素和葉綠素a/b值也達(dá)到最大值，分別較對(duì)照(cks)增加20.40％和9.63％。隨著牛膝菊密度增加，生菜各種葉綠素含量逐漸降低，其中葉綠素a、類(lèi)胡蘿卜素和總?cè)~綠素含量下降顯著，葉綠素b和葉綠素a/b值變化不明顯。在牛膝菊4株·盆^-1密度下，葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素、總?cè)~綠素以及葉綠素a/b值較單植對(duì)照(cks)均降到最低值，較對(duì)照(cks)降幅分別為42.77％、26.83％、46.06％、37.16％以及21.76％。隨后牛膝菊混植密度最大時(shí)，除葉綠素b上升不顯著外，其余各種光合色素指標(biāo)均顯著上升。

此外，較之單植生菜的對(duì)照(cks)，試驗(yàn)中葉綠素a/b值的下降趨勢(shì)說(shuō)明混植牛膝菊的密度變化對(duì)生菜葉綠素a的影響程度大于葉綠素b，而類(lèi)胡蘿卜素在光合色素中的比例偏高則說(shuō)明混植牛膝菊的密度增大影響生菜對(duì)光照的利用效率，進(jìn)而影響了生菜葉綠素合成，使其葉片呈現(xiàn)出黃化的趨勢(shì)。

綜上所述，在生菜受到重金屬鎘污染和混植牛膝菊的種間競(jìng)爭(zhēng)兩種復(fù)合逆境的脅迫下，抗氧化保護(hù)酶防御系統(tǒng)針對(duì)鎘脅迫表現(xiàn)出了相應(yīng)的適應(yīng)性和抵抗能力，而以光和色素為主的光合作用則受到了種間競(jìng)爭(zhēng)的抑制和調(diào)控。雖然兩種響應(yīng)的作用機(jī)制不盡相同，但同樣對(duì)篩選適宜的牛膝菊混植密度，實(shí)現(xiàn)降低生菜鎘積累量的同時(shí)平衡其產(chǎn)量和品質(zhì)保障的研究具有重要意義。

表2.7牛膝菊種植密度對(duì)生菜光合色素含量的影響

2.3.5生菜品質(zhì)指標(biāo)的影響

2.3.5.1維生素c

各密度混植的牛膝菊均能使生菜維生素c含量較單植對(duì)照(cks)顯著提高。隨著牛膝菊種植密度增加，生菜維生素c含量總體呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)，差異顯著。當(dāng)牛膝菊種植4株·盆^-1時(shí)，生菜維生素c含量達(dá)到最大，較對(duì)照(cks)增加了91.58％；在牛膝菊最大種植密度5株·盆^-1時(shí)，生菜維生素c含量顯著下降。

所以，較之生菜單植(cks)，適宜密度的混植牛膝菊對(duì)生菜體內(nèi)維生素c的積累有一定促進(jìn)作用，而牛膝菊混植密度過(guò)大，則會(huì)抑制生菜維生素c含量的增加，進(jìn)而影響生菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

2.3.5.2硝態(tài)氮

試驗(yàn)結(jié)果表明，與單植生菜的對(duì)照處理(cks)相比，混植牛膝菊顯著的提高了生菜中硝態(tài)氮的累積，且牛膝菊混植密度越大，硝態(tài)氮含量增加顯著。當(dāng)牛膝菊種植密度為5株·盆^-1時(shí)，生菜對(duì)硝態(tài)氮的累積達(dá)到最大值，較對(duì)照(cks)增幅為48.88％。因此，生菜與牛膝菊混植(sn)時(shí)牛膝菊密度越大，相較生菜單植(cks)，其對(duì)生菜累積硝態(tài)氮的促進(jìn)效果越顯著。

回歸分析結(jié)果顯示，生菜的硝態(tài)氮含量(y)與牛膝菊種植密度(x)呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程為：y＝41.13x+394.40(r²＝0.98，p<0.05)。

2.3.5.3可溶性蛋白

與單植生菜的對(duì)照處理(cks)相比，混植牛膝菊能夠顯著提高生菜體內(nèi)的可溶性蛋白含量，但隨著牛膝菊混植密度增加，生菜的可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出顯著地先升高后下降的趨勢(shì)。當(dāng)牛膝菊種植3株·盆^-1時(shí)，生菜的可溶性蛋白含量達(dá)到最大值，較之單植對(duì)照(cks)增幅為114.79％；隨后生菜可溶性蛋白含量開(kāi)始下降，各種植密度間差異均顯著。

可以看出，較之單植生菜對(duì)照(cks)處理，混植牛膝菊可以提高生菜體內(nèi)的可溶性蛋白含量，但混植密度過(guò)大，則會(huì)限制生菜可溶性蛋白的增加。因此，以適宜的密度混植牛膝菊是控制逆境對(duì)生菜機(jī)體造成傷害的同時(shí)提高生菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)鍵所在。

2.3.5.4可溶性糖

較之單植生菜的對(duì)照(cks)，與牛膝菊混植后生菜的可溶性糖含量隨牛膝菊混植密度的增加，呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。當(dāng)牛膝菊種植1株·盆^-1時(shí)，生菜可溶性糖含量較對(duì)照(cks)有顯著上升，達(dá)到最大值且增幅為18.81％。隨后牛膝菊密度增加，生菜的可溶性糖含量顯著下降。在牛膝菊種植的最大密度5株·盆^-1時(shí)，生菜的可溶性糖含量降至最低值，較對(duì)照(cks)下降43.94％，差異顯著。

由此可知，與單植生菜的對(duì)照(cks)相比，低密度的混植牛膝菊可以促進(jìn)生菜體內(nèi)可溶性糖含量的提高，而牛膝菊種植密度過(guò)大，則導(dǎo)致生菜可溶性糖含量上升受到抑制，進(jìn)而影響生菜可食用部分的風(fēng)味和品質(zhì)。

3.3.5.5纖維素

與單植生菜的對(duì)照(cks)相比，混植牛膝菊使生菜的纖維素含量上升，且隨著牛膝菊混植密度增加影響效果趨于顯著。在5株·盆^-1的牛膝菊混植密度下，生菜中的纖維素含量達(dá)到最大值，較對(duì)照(cks)增加了184.16％，差異顯著。所以，混植牛膝菊可以使生菜中的纖維素含量顯著提升，且牛膝菊種植密度越大，促進(jìn)作用越明顯。

回歸分析表明，生菜的纖維素含量(y)與牛膝菊種植密度(x)呈現(xiàn)一次線性關(guān)系，回歸方程為：y＝0.60x+0.74(r²＝0.93，p<0.05)。

3討論

3.1牛膝菊種植密度對(duì)根際土壤的影響

超富集植物牛膝菊也存在與前者相似的特性，試驗(yàn)結(jié)果表明隨著種植牛膝菊密度增加，根際土壤ph值顯著下降而有效鎘含量有所提升，根際土壤ph值與有效鎘含量呈極顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)系，這一系列變化導(dǎo)致了植物體內(nèi)的重金屬鎘含量增加。

本發(fā)明這與低ph的情況下土壤中的磷主要以易被植物吸收的h2po4^-形態(tài)存在有關(guān)。根際土壤的ph值與速效磷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，可以理解為牛膝菊種植密度增加其根際分泌物酸化了根際土壤，而根際土壤較低的ph值又增加了速效磷的生物有效性。根際土壤中速效磷含量的增加，促進(jìn)了植物對(duì)磷元素的吸收和積累，以保障牛膝菊利用磷元素緩解重金屬鎘對(duì)其機(jī)體毒害的適應(yīng)對(duì)策發(fā)揮作用。

綜上所述，牛膝菊與生菜混植后二者的根際效應(yīng)在一定程度上改變了根際土壤的各項(xiàng)理化性質(zhì)，其過(guò)程對(duì)根際土壤的離子活化效應(yīng)以及營(yíng)養(yǎng)元素有效性的改變是提升牛膝菊鎘富集特性和保障生菜安全生產(chǎn)的內(nèi)在基礎(chǔ)。通過(guò)不同密度牛膝菊與生菜混作對(duì)牛膝菊的富集特性和生菜的安全品質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，可以成為實(shí)現(xiàn)農(nóng)田鎘污染植物修復(fù)和蔬菜安全生產(chǎn)保障平衡的科學(xué)新辦法。

3.2牛膝菊種植密度對(duì)其本身的影響

不同種植密度牛膝菊與生菜混植后，兩種植物的根際分泌物導(dǎo)致根際土壤各項(xiàng)理化性質(zhì)的改變，進(jìn)而影響了牛膝菊的生長(zhǎng)狀況、營(yíng)養(yǎng)吸收情況以及鎘積累特性。

本發(fā)明結(jié)果表明，牛膝菊因其鎘超富集植物的特殊屬性對(duì)鎘污染的土壤表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐受性，但種植密度增加造成的競(jìng)爭(zhēng)壓力仍導(dǎo)致其各項(xiàng)生長(zhǎng)狀況受到抑制。與單植牛膝菊相比，混植生菜促進(jìn)了各密度下牛膝菊的生長(zhǎng)發(fā)育。與蔣成愛(ài)等對(duì)東南景天間作大豆、玉米和黑麥草的分析結(jié)果相近，低密度牛膝菊和生菜混植時(shí)對(duì)其本身的生長(zhǎng)發(fā)育的略微促進(jìn)，可能是低密度的混植后兩種植物分?jǐn)偭谁h(huán)境中鎘對(duì)彼此生長(zhǎng)發(fā)育的毒害作用，進(jìn)而有更加充足的能量供給參與植株干物質(zhì)的積累。而高密度混植牛膝菊時(shí)其生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，除了由于植物根際升高的有效鎘導(dǎo)致其體內(nèi)鎘含量上升產(chǎn)生的毒害作用以外，還與有限的環(huán)境無(wú)法滿(mǎn)足過(guò)多植物個(gè)體對(duì)光照、水分和營(yíng)養(yǎng)元素等資源的需求使植物的生長(zhǎng)發(fā)育受到限制有關(guān)，這與bazayab.r.等和王旭等對(duì)不同植物間混作密度和模式對(duì)其生物量的影響關(guān)系方面的研究結(jié)果相似。

與多數(shù)的重金屬同樣抑制植物對(duì)磷元素的吸收不同，本發(fā)明中伴隨牛膝菊種植密度增加，牛膝菊體內(nèi)的全磷含量卻有所增加。這一研究結(jié)果引導(dǎo)本發(fā)明從新的角度思索超富集植物牛膝菊在鎘脅迫下的植物-土壤生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)磷元素利用的特殊途徑：首先牛膝菊利用根系分泌物活化土壤中的鎘離子使之更易吸收，當(dāng)植株體內(nèi)吸收進(jìn)入大量的重金屬鎘之后，牛膝菊需要利用豐富的磷與鎘離子形成金屬磷酸鹽，金屬磷酸鹽在牛膝菊細(xì)胞壁與液泡的沉淀作用降低了鎘離子在其體內(nèi)木質(zhì)部的長(zhǎng)距離輸送，從而減輕鎘對(duì)牛膝菊的毒害?；诖吮景l(fā)明認(rèn)為，牛膝菊的根系分泌物活化根際土壤中鎘離子的同時(shí)增加了磷元素的有效性，促進(jìn)了重金屬元素鎘和營(yíng)養(yǎng)元素磷同時(shí)大量地被牛膝菊吸收，形成了牛膝菊體內(nèi)各部分鎘含量與其全磷含量之間所呈的顯著正相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而使得磷元素參與其對(duì)重金屬鎘的富集和解毒過(guò)程。

綜上所述，本發(fā)明從不同密度的牛膝菊與生菜混植后對(duì)其本身各項(xiàng)生命活動(dòng)造成的影響角度考慮，認(rèn)為低密度即1～3株·盆^-1的牛膝菊與生菜混植，在能夠維持牛膝菊相對(duì)較好的營(yíng)養(yǎng)吸收和生物量積累的情況下，利用牛膝菊對(duì)土壤中重金屬鎘較高的提取量實(shí)現(xiàn)其對(duì)鎘污染農(nóng)田更有效的修復(fù)。因此，以不同的密度混植牛膝菊在一定程度上對(duì)鎘污染農(nóng)田上生菜的安全生產(chǎn)和牛膝菊的植物修復(fù)起到了有利地平衡作用。

3.3牛膝菊種植密度對(duì)生菜的影響

兩種植物混植后，二者根際土壤各項(xiàng)理化性質(zhì)的變化，對(duì)牛膝菊的生長(zhǎng)狀況、營(yíng)養(yǎng)吸收以及鎘富集特性造成一定的影響，進(jìn)而影響了生菜的各項(xiàng)生命活動(dòng)，最終反映出的生菜產(chǎn)量建成、鎘積累特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的變化將成為實(shí)現(xiàn)生菜安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。

生菜的產(chǎn)量與其體內(nèi)的鎘含量呈極顯著的負(fù)相關(guān)，說(shuō)明伴隨牛膝菊種植密度增加對(duì)生菜生長(zhǎng)情況造成影響的內(nèi)在因素是其體內(nèi)鎘含量的變化。如前文所述，由于混作牛膝菊的超富集植物特性導(dǎo)致其根系分泌物活化了根際土壤中的有效態(tài)重金屬鎘，進(jìn)而帶動(dòng)了生菜對(duì)土壤中鎘元素的吸收和積累。但是低密度混植牛膝菊時(shí)由于其對(duì)環(huán)境中鎘元素毒害的分?jǐn)傋饔?，能夠降低生菜體內(nèi)的鎘含量。在本發(fā)明的10mg·kg^-1鎘污染濃度下生菜可食用部的重金屬鎘含量在混植牛膝菊1株·盆^-1時(shí)下降幅度最大，較生菜單植時(shí)降低了9.28％。雖然與牛膝菊混植顯著改善了生菜可食用部的重金屬鎘含量，但在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的濃度和處理下供試生菜仍遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家食品污染物限量標(biāo)準(zhǔn)(gb2762-2005)中規(guī)定的鎘含量安全標(biāo)準(zhǔn)0.20mg·kg^-1，說(shuō)明設(shè)計(jì)濃度僅適用于控制性試驗(yàn)的理論研究?；谏鲜鼋Y(jié)果，可以得出在國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(gb15618-1995)中二級(jí)的重金屬鎘濃度0.60mg·kg^-1下，采用本發(fā)明所提供的技術(shù)方法可以使生菜可食用部的鎘含量下降至安全食用標(biāo)準(zhǔn)以下。所以，通過(guò)將超富集植物牛膝菊與葉菜類(lèi)蔬菜生菜混植的方式能夠?qū)崿F(xiàn)鎘污染農(nóng)田中生菜的安全生產(chǎn)。此外，生菜中鎘含量的積累根部遠(yuǎn)大于地上部，說(shuō)明葉菜類(lèi)蔬菜的鎘積累特性主要存在高耐受和低轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)，而nayeks.等對(duì)不同蔬菜的比較性研究也發(fā)現(xiàn)了葉菜類(lèi)蔬菜菠菜在重金屬積累分布策略上具有相同的規(guī)律。

氮、磷、鉀作為植物生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)元素，在植物多項(xiàng)生命活動(dòng)中占有重要地位。生菜全氮、磷、鉀含量與其產(chǎn)量之間的極顯著正相關(guān)關(guān)系說(shuō)明三大營(yíng)養(yǎng)元素在生菜的產(chǎn)量建成中起到十分重要的作用。由于混植后兩種植物的根系分泌物改變了根際土壤中的速效養(yǎng)分有效性，雖然作為蔬菜類(lèi)農(nóng)作物的生菜在與牛膝菊的養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但伴隨牛膝菊種植密度增加，生菜對(duì)各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和積累仍然受到抑制。本發(fā)明認(rèn)為低密度混植牛膝菊時(shí)生菜全氮和全鉀含量有所增長(zhǎng)是由于牛膝菊對(duì)鎘的吸收減輕了鎘對(duì)生菜的毒害作用，從而有利于生菜對(duì)養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)吸收的情況；而高密度混植牛膝菊后造成的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系形成了植物對(duì)有限營(yíng)養(yǎng)元素的爭(zhēng)奪，導(dǎo)致植物體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)元素含量下降。

重金屬鎘污染以及生境競(jìng)爭(zhēng)兩種復(fù)合逆境的脅迫啟動(dòng)了生菜體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)。隨著混植牛膝菊密度增加，生菜的sod和pod活性先后表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，這種鎘脅迫下植物sod和pod協(xié)同作用低促高抑的現(xiàn)象在李清飛等對(duì)麻風(fēng)樹(shù)的研究和zhangs.r.等對(duì)豨薟的中也有所體現(xiàn)。而另外兩種同樣存在于葉綠體中的抗氧化保護(hù)酶cat和apx的活性則表現(xiàn)為牛膝菊低密度下生菜cat活性受到抑制而apx活性上升，中高密度種植牛膝菊時(shí)兩種酶均出現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì)，上述植物cat在較高脅迫下與其他抗氧化保護(hù)酶功能互補(bǔ)以及同apx的協(xié)同作用與鎘脅迫下的印度芥菜、圓錐南芥和薺菜存在一定的相似性。重金屬脅迫會(huì)抑制植物葉綠素的合成，導(dǎo)致光合作用減弱，進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)。而本發(fā)明中混植牛膝菊對(duì)生菜光能利用效率的影響和重金屬鎘脅迫的復(fù)合逆境，共同導(dǎo)致了生菜各項(xiàng)光合色素含量下降。光合作用受到影響而導(dǎo)致的光合色素變化與生菜的產(chǎn)量建成、鎘積累特以及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等各項(xiàng)指標(biāo)都存在極顯著的相關(guān)性，說(shuō)明本發(fā)明中光合作用是影響生菜安全生產(chǎn)的主要內(nèi)在因素之一。此外，與王等在鉛對(duì)蘿卜葉綠素合成影響的研究結(jié)果不同，本發(fā)明中葉綠素a/b值下降說(shuō)明混植牛膝菊的密度控制對(duì)生菜葉綠素a的影響大于葉綠素b，這可能是由于葉綠素a與光能吸收轉(zhuǎn)化關(guān)系更密切、對(duì)重金屬脅迫更敏感的原因。

由于逆境脅迫對(duì)生菜各項(xiàng)生理生化特性的影響，導(dǎo)致了其多項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)發(fā)生變化。本發(fā)明中鎘脅迫環(huán)境下混植牛膝菊密度增加，使得生菜的維生素c和可溶性蛋白含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，其變化規(guī)律與趙曉莉等對(duì)城市污泥影響生菜生理和品質(zhì)的研究中結(jié)果一致。生菜這兩項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)與其各種抗氧化保護(hù)酶的變化呈極顯著的相關(guān)，在一定程度上也證明了重金屬脅迫和種間競(jìng)爭(zhēng)的復(fù)合逆境啟動(dòng)了生菜生理上的抗逆響應(yīng)并最終影響了其品質(zhì)。此外，混植牛膝菊抑制了生菜對(duì)光能的有效利用使其光合作用減弱進(jìn)而對(duì)生菜的可溶性糖和硝態(tài)氮含量造成了不利影響。生菜的可溶性糖和硝態(tài)氮含量同其光合色素含量的變化成極顯著相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明可溶性糖作為光合作用的首要產(chǎn)物，其合成途徑與葉綠素的含量息息相關(guān)；而硝態(tài)氮的積累則是由于生菜光合作用強(qiáng)度降低不能提供足夠的有機(jī)物和硝酸鹽還原所需的能量，從而使得硝態(tài)氮在液泡中大量累積，以代替碳水化合物和有機(jī)酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)維持正常的細(xì)胞滲透壓。但與徐等對(duì)銅脅迫下小白菜品質(zhì)指標(biāo)的中觀點(diǎn)不同，本發(fā)明認(rèn)為重金屬鎘脅迫通過(guò)降低生菜體內(nèi)硝酸鹽還原酶的活性，抑制硝酸鹽的轉(zhuǎn)化過(guò)程，進(jìn)而導(dǎo)致了硝態(tài)氮在生菜中的大量累積。對(duì)生菜的纖維素含量而言，其含量與生菜的生長(zhǎng)情況呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明逆境導(dǎo)致生菜的生長(zhǎng)受到影響使得其莖葉逐漸木質(zhì)化和纖維化，這與謝等對(duì)鎘脅迫下小白菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的研究結(jié)果一致。本發(fā)明認(rèn)為，雖然生菜纖維素含量升高是其受逆境脅迫對(duì)生長(zhǎng)造成不利影響的應(yīng)激反應(yīng)，但考慮到較高的纖維素含量對(duì)人類(lèi)的健康有利，所以生菜纖維素含量在一定范圍內(nèi)的升高是可以被接受的試驗(yàn)結(jié)果。

綜上所述，綜合考慮不同密度牛膝菊與生菜混植對(duì)生菜生長(zhǎng)發(fā)育、鎘積累特性、營(yíng)養(yǎng)吸收、生理生化以及各項(xiàng)品質(zhì)的影響，本研究認(rèn)為在生菜與低密度即1～3株·盆^-1的牛膝菊混植的情況下，能夠保證生菜的產(chǎn)量建成和營(yíng)養(yǎng)吸收不受過(guò)大影響，并且通過(guò)其生理生化的一系列響應(yīng)，在降低其體內(nèi)的重金屬鎘元素含量的同時(shí)使其各項(xiàng)品質(zhì)均有所提高。所以，低密度地混植牛膝菊能夠幫助生菜實(shí)現(xiàn)低鎘積累與優(yōu)質(zhì)產(chǎn)量和品質(zhì)之間的平衡，可以成為兼顧生菜安全生產(chǎn)與農(nóng)田鎘污染高效修復(fù)的可靠途徑。

綜上所述，低密度地混植牛膝菊對(duì)生菜各項(xiàng)品質(zhì)的提升有促進(jìn)作用，但混植密度過(guò)大，則會(huì)降低生菜的營(yíng)養(yǎng)和安全品質(zhì)，且密度越大抑制效果越顯著。

4結(jié)論與展望

4.1結(jié)論

本發(fā)明通過(guò)分析鎘脅迫條件下不同密度的超富集植物牛膝菊與葉菜類(lèi)蔬菜生菜混植而引起的植物各項(xiàng)生命活動(dòng)變化規(guī)律，分析了牛膝菊種植密度對(duì)其鎘積累特性及生菜生菜安全的影響?，F(xiàn)得出主要結(jié)論如下：

(1)在鎘脅迫條件下，以不同的密度的牛膝菊與生菜混植后，兩種植物根際土壤中ph值降低，導(dǎo)致土壤陽(yáng)離子交換量和有效鎘含量升高，進(jìn)而抑制了土壤中速效養(yǎng)分的有效性，但卻促進(jìn)了根際土壤中速效磷含量的提高。說(shuō)明牛膝菊與生菜通過(guò)釋放根際分泌物的方式增強(qiáng)彼此的化感作用，改變根際土壤的各項(xiàng)理化性質(zhì)使之進(jìn)一步影響植物本身的各項(xiàng)生命活動(dòng)。根際土壤的離子活化效應(yīng)以及營(yíng)養(yǎng)元素有效性的改變成為了提升牛膝菊鎘富集特性和保障生菜安全生產(chǎn)的內(nèi)在基礎(chǔ)。

(2)鎘脅迫條件下，低密度的混植牛膝菊有利于兩種植物的生長(zhǎng)，但牛膝菊種植過(guò)密對(duì)兩種植物的生長(zhǎng)狀況都產(chǎn)生不利影響。因此，在生菜產(chǎn)量?jī)?yōu)先的情況下，建議以牛膝菊1株·盆^-1的密度與生菜混植，能夠達(dá)到保證生菜安全高產(chǎn)的同時(shí)利用牛膝菊對(duì)農(nóng)田土壤鎘較高的提取量實(shí)現(xiàn)鎘污染農(nóng)田的高效修復(fù)。

(3)鎘脅迫條件下，牛膝菊種植密度增加使其各部分的鎘含量都有所提高，種植密度為2～5株·盆^-1時(shí)牛膝菊的修復(fù)能力達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。生菜與低密度的牛膝菊混植能夠降低其對(duì)重金屬鎘的吸收，在混植牛膝菊1株·盆^-1時(shí)生菜可食用部的鎘含量較單植時(shí)降低了9.28％。因此，本發(fā)明所提供的技術(shù)方法能夠?qū)崿F(xiàn)鎘污染農(nóng)田中的生菜安全生產(chǎn)?？紤]到修復(fù)優(yōu)先時(shí)，推薦混植牛膝菊的密度3株·盆^-1，這樣既能夠一定程度上改善重金屬鎘在生菜體內(nèi)的積累，又可以保證牛膝菊對(duì)農(nóng)田鎘污染較高的修復(fù)效率。

(4)鎘脅迫條件下，種植密度增加對(duì)牛膝菊除磷以外的營(yíng)養(yǎng)元素吸收有所抑制，但對(duì)生菜而言，低密度的混植牛膝菊提高了其對(duì)氮和鉀元素的吸收，但牛膝菊種植過(guò)密卻降低了生菜體內(nèi)各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)元素的積累?；诨熘策^(guò)程中生菜對(duì)各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)元素的絕對(duì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，本研究認(rèn)為1～2株·盆^-1的混植牛膝菊能夠在對(duì)生菜營(yíng)養(yǎng)狀況影響不大的情況下，使牛膝菊以相對(duì)較為良好的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)參與對(duì)鎘污染農(nóng)田的修復(fù)。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)磷元素可能在牛膝菊機(jī)體對(duì)鎘毒害的緩解作用過(guò)程中起到了重要作用。

(5)在鎘脅迫條件下，當(dāng)牛膝菊混植密度為2～3株·盆^-1時(shí)，生菜體內(nèi)的抗氧化保護(hù)酶在鎘脅迫下保持著較高且相對(duì)穩(wěn)定的活性，以維持生菜的各項(xiàng)生理活動(dòng)不受逆境的嚴(yán)重影響；而當(dāng)混植牛膝菊密度為1～2株·盆^-1時(shí)，種間競(jìng)爭(zhēng)對(duì)生菜光合作用的減弱所造成的生理代謝影響不大。因此，低密度混植牛膝菊時(shí)的生菜在其自身抗逆境生理機(jī)制的保護(hù)下，可以在被牛膝菊修復(fù)的鎘污染農(nóng)田中獲得較高的產(chǎn)量和品質(zhì)。

(6)在鎘脅迫條件下，牛膝菊混植密度的增加造成了生菜維生素c、可溶性蛋白和可溶性糖含量先升后降，而纖維素含量和硝態(tài)氮含量持續(xù)上升的變化。從整體上以生菜品質(zhì)優(yōu)先的角度考慮，在3株·盆^-1的密度下混植牛膝菊有利于實(shí)現(xiàn)鎘污染農(nóng)田中的生菜生產(chǎn)質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的平衡保障。同時(shí)，可以根據(jù)生菜各項(xiàng)品質(zhì)的優(yōu)先順位在低密度1～3株·盆^-1范圍內(nèi)對(duì)混植的牛膝菊進(jìn)行調(diào)控，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的多樣化需求。

綜上所述，以低密度的超富集植物牛膝菊與葉菜類(lèi)蔬菜生菜混作能夠在提高牛膝菊對(duì)鎘污染農(nóng)田的修復(fù)效率同時(shí)，降低生菜對(duì)重金屬鎘的積累、提高生菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，并且維持生菜較為理想的營(yíng)養(yǎng)吸收和生理代謝水平，因此可以作為實(shí)現(xiàn)四川地區(qū)鎘污染農(nóng)田蔬菜安全生產(chǎn)和生態(tài)修復(fù)的新技術(shù)加以推廣與應(yīng)用。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。