一种在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法
阅读：1035发布：2020-08-31
专利汇可以提供一种在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种镉胁迫下不同 密度 的 牛 膝菊与叶菜类生菜混作方法，采用镉污染土培盆栽的试验方法人工模拟常见蔬菜的田间耕作模式，以镉超富集 植物 牛膝菊和叶菜类生菜为试验材料；在镉污染胁迫下设置牛膝菊种植密度分别与叶菜类生菜混植；同时以相应密度单植作为对照；分析各处理下两种植物生长状况、镉积累特性、营养吸收，生菜生理生化、品质指标，以及 根际 土壤 各项理化性质的变化规律，分析牛膝菊种植密度对牛膝菊镉积累特性和生菜安全生产的调控机制。本发明为四川地区镉污染农田的蔬菜安全生产提供理论参考，进而解决了四川地区镉污染造成农田生态难以修复的问题。，下面是一种在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法专利的具体信息内容。
1.一种在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，其特征在于，所述在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法采用镉污染土培盆栽的试验方法人工模拟常见蔬菜的田间耕作模式，以镉超富集植物牛膝菊和叶菜类生菜为试验材料；在10mg·kg-1的镉污染胁迫下设置牛膝菊种植1，2，3，4和5株·盆-1的密度分别与1株·盆-1的叶菜类生菜混植；同时以相应密度单植1，2，3，4和5株·盆-1牛膝菊和1株·盆-1生菜作为对照CK；
分析各处理下两种植物生长状况、镉积累特性、营养吸收，生菜生理生化、品质指标，以及根际土壤各项理化性质的变化规律，分析牛膝菊种植密度对牛膝菊镉积累特性和生菜安全生产的调控机制。
2.如权利要求1所述的在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，其特征在于，在10mg·kg-1的镉污染胁迫下设置牛膝菊种植1，2，3，4和5株·盆-1的密度分别与1株·盆-1的叶菜类生菜混植中，优选1～3株·盆-1牛膝菊与1株·盆-1的叶菜类生菜混植。
3.如权利要求1所述的在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，其特征在于，在同样的牛膝种植密度下其单植和混植对根际土壤pH的影响变化则表现为低密度下混植处理组SN土壤的pH较单植对照组CKN有所下降，但高密度时混植处理组SN的根际土壤pH却高于单植对照组CKN；牛膝菊的密度变化对根际土壤环境所产生的酸化影响单植CK大于混植SN；
单植CK和混植SN时根际土壤环境的pH值Y1与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y1＝-0.18X+7.91(R2＝0.99，p<0.05)；混植Y1＝-0.14X+7.95(R2＝
0.94，p<0.05)。
4.如权利要求1所述的在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，其特征在于，在同样的牛膝菊种植密度下，低密度时混植处理组SN的土壤阳离子交换量大于单植对照组CKN，而牛膝菊种植密度增大后则小于单植对照组CKN；牛膝菊密度变化造成的土壤阳离子交换量上升影响混植SN大于单植CK；单植CK和混植SN时根际土壤阳离子交换量Y2与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y2＝1.55X+74.26(R2＝
0.99，p<0.05)；混植Y2＝1.31X+73.19(R2＝0.88，p<0.05)；
在同样的牛膝菊种植密度下，低密度时混植处理组SN的根际土壤有效镉含量较单植对照组CKN有所上升，而高密度混植牛膝菊SN时的根际土壤有效镉含量则比单植对照CKN时低；牛膝菊密度对土壤有效镉含量的促进作用随牛膝菊密度增加而差异显著，且单植CK大于混植SN；单植CK和混植SN时根际土壤中的有效镉含量Y3与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y3＝0.16X+6.94(R2＝0.99，p<0.05)；混植Y3＝0.12X+
6.92(R2＝0.93，p<0.05)；
在牛膝菊种植密度相同的情况下，较之单植牛膝菊的对照组CKN，与生菜混植处理SN时根际土壤碱解氮的含量略有提高；牛膝菊单植对照组CKN和混植处理组SN均表现出伴随种植密度的增加，其对根际土壤中碱解氮含量的抑制效果趋于明显，影响程度单植CK大于混植SN，但总体变化都不显著；而混植则对牛膝菊密度增加造成的土壤碱解氮含量下降起不显著的改善；单植CK和混植SN时根际土壤的碱解氮含量Y4与牛膝菊种植密度X均呈一次线
2
性关系，回归方程分别为：单植Y4＝-1.49X+92.52(R＝0.96，p<0.05)；混植Y4＝-1.15X+
93.49(R2＝0.97，p<0.05)；
当牛膝菊种植密度相同时，各个密度混植生菜的处理组SN较单植牛膝菊的对照组CKN根际土壤中速效磷含量变化均不显著；牛膝菊密度增加使单植CK和混植SN根际土壤中的速效磷含量显著升高，促进效果混植SN大于单植CK；
单植CK和混植SN时根际土壤的速效磷含量Y5与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y5＝0.83X+8.65(R2＝0.89，p<0.05)；混植Y5＝0.82X+7.88(R2＝
0.97，p<0.05)；
当牛膝菊种植密度相同时，较之牛膝菊单植对照组CKN，各个密度下混植生菜的处理组SN根际土壤有效钾含量均有不显著的提升；牛膝菊单植CK和混植SN其密度变化对根际土壤有效钾含量的显著降低作用随牛膝菊种植密度增加而受限，且影响效果混植大于单植；而混植则对土壤有效钾含量降低有不明显的改善；单植CK和混植SN时根际土壤的有效钾含量Y6与牛膝菊种植密度X呈一次线性关系，回归方程分别为：单植Y6＝-6.80X+139.08(R2＝
0.98，p<0.05)；混植Y6＝-6.18X+145.35(R2＝0.97，p<0.05)。
5.如权利要求1所述的在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，其特征在于，牛膝菊种植密度增加对牛膝菊株高和根长水平均存在显著抑制影响，且密度越大抑制效果越明显；在牛膝菊种植密度相同的情况下，混植SN较单植CKN更利于牛膝菊株高和根长的生长，随种植密度增大而逐渐明显；单植CK和混植SN时牛膝菊株高Y7和根长Y8与牛膝
2
菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植株高Y7＝-3.93X+45.24(R ＝
0.98，p<0.05)；混植株高Y7＝-3.47X+50.38(R2＝0.91，p<0.05)；单植根长Y8＝-1.76X+
24.79(R2＝0.82，p<0.05)；混植根长Y8＝-1.59X+24.82(R2＝0.93，p<0.05)；
牛膝菊密度增加造成其单植对照组CKN和混植处理组SN的各部分生物量下降显著，且影响随种植密度增加而增大；而根冠比则多数处理差异不显著；当牛膝菊种植密度相同时，混植SN较单植CKN更有利于牛膝菊各部分生物量的积累，且整体呈现出随种植密度增大而影响增大的趋势；单植CK和混植SN时牛膝菊的单植地上部Y9、单植根部Y10、总生物量Y11与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植地上部Y9＝-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)；单植根部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)；单植总生物量Y11＝-0.48X+5.52(R2＝0.96，p<0.05)；混植总生物量Y11＝-0.38X+5.89(R2＝0.94，p<
0.05)；
无论是牛膝菊的单植对照组CKN还是混植处理组SN，牛膝菊种植密度的增加对牛膝菊自身地上部镉含量Y12、自身根部镉含量Y13的积累产生促进作用；在牛膝菊种植密度相同的情况下，较之单植CKN与生菜混植SN对牛膝菊自身地上部镉含量Y12、自身根部镉含量Y13的积累起抑制作用；单植CK和混植SN时牛膝菊自身地上部镉含量Y12、自身根部镉含量Y13镉含量与其种植密度(X)呈一次线性关系，回归方程分别为：单植地上部Y12＝1.82X+41.85
2 2
(R ＝0.83，p<0.05)；混植地上部Y12＝1.58X+41.51(R ＝0.86，p<0.05)；单植根部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)。
6.如权利要求1所述的在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，其特征在于，牛膝菊单植对照组CKN和混植处理组SN牛膝菊种植密度增加均能显著促进牛膝菊各部分的镉积累量，由于对根部的影响大于地上部，转运量系数有所下降；且该促进作用随密度增加而影响越发显著；与牛膝菊单植CKN相比，混植SN生菜更有利于牛膝菊各部分的镉积累，且密度越大促进作用越明显；由于对地上部的影响大于根部，混植后转运量系数有所提高，改善牛膝菊对镉的提取量和转运效果；单植CK和混植SN时牛膝菊的地上部镉积累量Y14、镉总积累量Y15与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植地上部Y14＝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)；
单植镉总积累量Y15＝0.17X+0.07(R2＝0.99，p<0.05)；混植镉总积累量Y15＝0.21X+0.03(R2＝0.99，p<0.05)；
随着牛膝菊种植密度增加，单植对照组CKN和混植处理组SN的牛膝菊对氮元素的吸收均受到抑制，且密度越大影响越显著；在牛膝菊种植密度相同时，较之单植对照CKN，混植处理SN抑制了牛膝菊对氮元素的吸收，抑制效应随种植密度增大而减弱；单植CK和混植SN时牛膝菊的全氮含量Y16与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y16＝-1.37X+33.22(R2＝0.96，p<0.05)；混植Y16＝-0.95X+29.63(R2＝0.92，p<0.05)；
牛膝菊单植对照组CKN和混植处理组SN的密度变化均促进牛膝菊对磷元素的吸收，且密度增加影响程度更大；较之对照单植组CKN，与生菜混植SN显著地抑制牛膝菊对磷元素的吸收；单植CK和混植SN时牛膝菊的全磷含量Y17与其种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y17＝0.14X+3.10(R2＝0.98，p<0.05)；混植Y17＝0.11X+3.05(R2＝0.86，p<0.05)。
7.如权利要求1所述的在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，其特征在于，牛膝菊种植密度增加抑制单植对照组CKN和混植处理组SN牛膝菊对钾元素的吸收；与单植CKN相比，混植SN生菜使牛膝菊对钾元素的吸收受到抑制，但增加种植密度在一定程度上改善混植产生的抑制作用；单植CK和混植SN时牛膝菊全钾含量Y18与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y18＝-2.75X+48.82(R2＝0.99，p<0.05)；混植Y18＝-1.97X+43.58(R2＝0.98，p<0.05)。
8.如权利要求1所述的在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，其特征在于，生菜的根长Y19与牛膝菊种植密度X呈一次线性关系，回归方程为：Y19＝-0.84X+
15.82(R2＝0.76，p<0.05)；
生菜的产量Y20、地上部生物量Y21和总生物量Y22与牛膝菊种植密度X均呈一次线性关系，回归方程分别为：产量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)；总生物量Y22＝-1.11X+9.00(R2＝0.92，p<0.05)；
生菜的地上部镉积累量Y23、镉总积累量Y24与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：地上部镉积累量Y23＝-0.07X+0.64(R2＝0.94，p<0.05)；镉积累量Y24＝-
0.08X+0.71(R2＝0.95，p<0.05)。
9.如权利要求1所述的在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，其特征在于，生菜的全氮含量Y25与牛膝菊种植密度X呈现一次线性关系，回归方程为：Y25＝-
2
0.73X+38.22(R＝0.82，p<0.05)；
生菜的全磷含量Y26与牛膝菊种植密度X呈现一次线性关系，回归方程为：Y26＝-0.24X+5.48(R2＝0.90，p<0.05)；
生菜的全钾含量Y27与牛膝菊种植密度X呈现一次线性关系，回归方程为：Y27＝-7.10X
2
+104.06(R＝0.87，p<0.05)
生菜的纤维素含量Y28与牛膝菊种植密度X呈现一次线性关系，回归方程为：Y28＝
0.60X+0.74(R2＝0.93，p<0.05)。
一种在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法
技术领域
[0001] 本发明属于安全蔬菜生产技术领域域，尤其涉及一种在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法。
背景技术
[0002] 近年来随着社会经济不断发展，工业“三废”的不合理排放、矿产资源的大规模开采和冶炼、城市生活垃圾的不当处置以及化肥和农药中的随意施用，导致土壤重金属污染日益严重。重金属是一种极难控制且不可降解的污染物，它们可以通过植物的吸收和积累经由食物链放大作用来威胁人类健康，从而引发了一系列的食品质量和安全问题。加之，镉是生物毒性最强的重金属之一，其在生物圈中迁移性强，极易被植物吸收且积累在籽粒等可食用部位[5]。有关资料显示，我国各地的农田土壤普遍存在不同程度的镉污染问题，全国菜地样本中镉含量超过国家土壤环境质量二级标准的约占24.10％。因此，对农田生态系统的重金属镉污染进行治理与修复，从而实现镉污染农田中蔬菜的安全生产显得十分重要且迫在眉睫。
[0003] 目前，治理土壤重金属污染的方法和技术主要有物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术以及改良剂修复技术等。相较于传统的物理和化学修复方法技术复杂、投资费用高且会破坏土壤生态环境，改良剂修复方法又易造成二次污染，新兴的植物修复技术因其成本低廉且环境友好而备受关注。但由于已知的超富集植物地上部分生物量普遍偏小，生长较慢，导致植物修复方法作用周期长，因而限制了植物修复技术的推广应用。所以，发展高效的土壤重金属污染修复技术，减少重金属的生物可利用率是当务之急。
[0004] 在农业生产上，历史悠久的混(间、套)作农艺措施可以增加蔬菜产量的原因在于植物根系和地上部形态结构的互补作用能提高蔬菜对土壤养分、水分和光照资源的有效利用率，而适宜的种植密度一直以来更被人们认为是提高蔬菜产量和品质的关键因素之一。已有大量研究表明，将超富集植物与普通植物或具有一定富集能力的植物混种能够提高超富集或富集植物中的重金属积累量，同时降低重金属在普通植物中的积累。在植物修复的过程中，适当注重对超富集植物的密度控制，将更有利于增加其对土壤中重金属元素的吸收，进而提高植物对重金属污染的修复效率。由此从生物物种多样性的角度出发，结合田间生产实际，将超富集植物与普通蔬菜混作并关注合理密植，既可以提高超富集植物修复农田重金属污染的效率，又可以保证污染农田中的普通蔬菜正常安全生产，进而提供一条农田重金属污染治理与修复技术的新思路和新的研究方向，创造更高的生态和经济效益。
[0005] 不同的蔬菜对土壤重金属的吸收存在很大的差异，重金属在蔬菜中的含量由高到低依次为叶菜类、根茎类、瓜果类。近年来，叶菜类蔬菜以其在生产过程中较之其他类型蔬菜更高的重金属积累量，引起了人们的广泛关注。生菜(Lactuca sativa)作为四川地区叶菜类蔬菜的常见代表，已经有研究证实其在受重金属污染的土壤上生长时对重金属镉具有一定的积累量。牛膝菊(Galinsoga parviflora)是西南地区常见的一种农田杂草，属一年生直立性草本，高10～80cm，须根发达，周年生长，花果期为7～10月。2011年冬季本课题组首次筛选鉴定牛膝菊为重金属镉的超富集植物，并进一步对其镉富集特性及机制进行了较为深入的研究。前期研究表明，在土壤Cd浓度≥75.00mg·kg-1时，牛膝菊地上部Cd含量为102.16mg·kg-1～164.73mg·kg-1，超过了镉超富集植物阈值100.0mg·kg-1；且其富集系数和转运系数均大于1.0。同时，整体上看供试牛膝菊植株体所积累86.02％～87.35％的镉都集中到了地上部份。因此，在修复实践中牛膝菊表现出了良好的修复能力。
[0006] 鉴于此，本发明以镉胁迫下新兴超富集植物牛膝菊和叶菜类蔬菜生菜为对象，本发明前期对牛膝菊的筛选及其镉富集特性和机制分析的基础上，针对四川地区农田重金属镉污染的修复问题，从新型超富集植物杂草资源化管理与常见经济作物田间耕作模式相结合的角度出发，通过以不同密度的牛膝菊与生菜进行混作的方式，探究因牛膝菊密度差异而导致的其本身重金属镉积累特性和生菜安全品质的变化情况，以期为四川地区重金属镉污染农田中蔬菜的安全生产提供理论参考，进而提出解决四川地区重金属镉污染农田生态修复问题的新方法。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，旨在解决传统的物理和化学修复方法技术复杂、投资费用高且会破坏土壤生态环境，而且易造成二次污染，因而限制了植物修复技术的推广应用，以及不能解决由于重金属镉污染对农田生态进行修复的问题。本发明将1～3株·盆-1低种植密度的超富集植物牛膝菊与叶菜类蔬菜生菜混植，能够在提高牛膝菊对镉污染农田修复效率的同时，降低生菜对重金属镉的积累、提高生菜的产量和品质，并且维持生菜较为理想的营养吸收和生理代谢水平；因此，本发明为四川地区镉污染农田蔬菜安全生产和生态修复提供了新方法。
[0008] 本发明是这样实现的，一种在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，所述在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法采用镉污染土培盆栽的试验方法人工模拟常见蔬菜的田间耕作模式，以镉超富集植物牛膝菊和叶菜类生菜为试验材料；在10mg·kg-1的镉污染胁迫下设置牛膝菊种植1，2，3，4和5株·盆-1的密度分别与1株·盆-1的叶菜类生菜混植；同时以相应密度单植1，2，3，4和5株·盆-1牛膝菊和1株·盆-1生菜作为对照CK；分析各处理下两种植物生长状况、镉积累特性、营养吸收，生菜生理生化、品质指标，以及根际土壤各项理化性质的变化规律，分析牛膝菊种植密度对牛膝菊镉积累特性和生菜安全生产的调控机制。
[0009] 进一步，在10mg·kg-1的镉污染胁迫下设置牛膝菊种植1，2，3，4和5株·盆-1的密度分别与1株·盆-1的叶菜类生菜混植中，优选1～3株·盆-1牛膝菊与1株·盆-1的叶菜类生菜混植。
[0010] 进一步，在同样的牛膝种植密度下其单植和混植对根际土壤pH的影响变化则表现为低密度下混植处理组SN土壤的pH较单植对照组CKN有所下降，但高密度时混植处理组SN的根际土壤pH却高于单植对照组CKN；牛膝菊的密度变化对根际土壤环境所产生的酸化影响单植CK大于混植SN；
[0011] 单植CK和混植SN时根际土壤环境的pH值Y1与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y1＝-0.18X+7.91(R2＝0.99，p<0.05)；混植Y1＝-0.14X+7.95(R2＝0.94，p<0.05)。
[0012] 进一步，在同样的牛膝菊种植密度下，低密度时混植处理组SN的土壤阳离子交换量大于单植对照组CKN，而牛膝菊种植密度增大后则小于单植对照组CKN；牛膝菊密度变化造成的土壤阳离子交换量上升影响混植SN大于单植CK；单植CK和混植SN时根际土壤阳离子交换量Y2与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y2＝1.55X+74.26(R2＝0.99，p<0.05)；混植Y2＝1.31X+73.19(R2＝0.88，p<0.05)；
[0013] 在同样的牛膝菊种植密度下，低密度时混植处理组SN的根际土壤有效镉含量较单植对照组CKN有所上升，而高密度混植牛膝菊SN时的根际土壤有效镉含量则比单植对照CKN时低；牛膝菊密度对土壤有效镉含量的促进作用随牛膝菊密度增加而差异显著，且单植CK大于混植SN；单植CK和混植SN时根际土壤中的有效镉含量Y3与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y3＝0.16X+6.94(R2＝0.99，p<0.05)；混植Y3＝0.12X+6.92(R2＝0.93，p<0.05)；
[0014] 在牛膝菊种植密度相同的情况下，较之单植牛膝菊的对照组CKN，与生菜混植处理SN时根际土壤碱解氮的含量略有提高；牛膝菊单植对照组CKN和混植处理组SN均表现出伴随种植密度的增加，其对根际土壤中碱解氮含量的抑制效果趋于明显，影响程度单植CK大于混植SN，但总体变化都不显著；而混植则对牛膝菊密度增加造成的土壤碱解氮含量下降起不显著的改善；单植CK和混植SN时根际土壤的碱解氮含量Y4与牛膝菊种植密度X均呈一次线性关系，回归方程分别为：单植Y4＝-1.49X+92.52(R2＝0.96，p<0.05)；混植Y4＝-1.15X+93.49(R2＝0.97，p<0.05)；
[0015] 当牛膝菊种植密度相同时，各个密度混植生菜的处理组SN较单植牛膝菊的对照组CKN根际土壤中速效磷含量变化均不显著；牛膝菊密度增加使单植CK和混植SN根际土壤中的速效磷含量显著升高，促进效果混植SN大于单植CK；
[0016] 单植CK和混植SN时根际土壤的速效磷含量Y5与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y5＝0.83X+8.65(R2＝0.89，p<0.05)；混植Y5＝0.82X+7.88(R2＝0.97，p<0.05)；
[0017] 当牛膝菊种植密度相同时，较之牛膝菊单植对照组CKN，各个密度下混植生菜的处理组SN根际土壤有效钾含量均有不显著的提升；牛膝菊单植CK和混植SN其密度变化对根际土壤有效钾含量的显著降低作用随牛膝菊种植密度增加而受限，且影响效果混植大于单植；而混植则对土壤有效钾含量降低有不明显的改善；单植CK和混植SN时根际土壤的有效钾含量Y6与牛膝菊种植密度X呈一次线性关系，回归方程分别为：单植Y6＝-6.80X+139.08(R2＝0.98，p<0.05)；混植Y6＝-6.18X+145.35(R2＝0.97，p<0.05)。
[0018] 进一步，牛膝菊种植密度增加对牛膝菊株高和根长水平均存在显著抑制影响，且密度越大抑制效果越明显；在牛膝菊种植密度相同的情况下，混植SN较单植CKN更利于牛膝菊株高和根长的生长，随种植密度增大而逐渐明显；单植CK和混植SN时牛膝菊株高Y7和根长Y8与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植株高Y7＝-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)；单植根长Y8＝-
1.76X+24.79(R2＝0.82，p<0.05)；混植根长Y8＝-1.59X+24.82(R2＝0.93，p<0.05)；
1.76X+24.79(R2＝0.82，p<0.05)；混植根长Y8＝-1.59X+24.82(R2＝0.93，p<0.05)；
[0019] 牛膝菊密度增加造成其单植对照组CKN和混植处理组SN的各部分生物量下降显著，且影响随种植密度增加而增大；而根冠比则多数处理差异不显著；当牛膝菊种植密度相同时，混植SN较单植CKN更有利于牛膝菊各部分生物量的积累，且整体呈现出随种植密度增大而影响增大的趋势；单植CK和混植SN时牛膝菊的单植地上部Y9、单植根部Y10、总生物量Y11与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植地上部Y9＝-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)；单植根部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)；单植总生物量Y11＝-0.48X+5.52(R2＝0.96，p<0.05)；混植总生物量Y11＝-0.38X+5.89(R2＝
0.94，p<0.05)；
0.94，p<0.05)；
[0020] 无论是牛膝菊的单植对照组CKN还是混植处理组SN，牛膝菊种植密度的增加对牛膝菊自身地上部镉含量Y12、自身根部镉含量Y13的积累产生促进作用；在牛膝菊种植密度相同的情况下，较之单植CKN与生菜混植SN对牛膝菊自身地上部镉含量Y12、自身根部镉含量Y13的积累起抑制作用；单植CK和混植SN时牛膝菊自身地上部镉含量Y12、自身根部镉含量Y13镉含量与其种植密度(X)呈一次线性关系，回归方程分别为：单植地上部Y12＝1.82X+2 2
41.85(R＝0.83，p<0.05)；混植地上部Y12＝1.58X+41.51(R＝0.86，p<0.05)；单植根部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)。
41.85(R＝0.83，p<0.05)；混植地上部Y12＝1.58X+41.51(R＝0.86，p<0.05)；单植根部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)。
[0021] 进一步，牛膝菊单植对照组CKN和混植处理组SN牛膝菊种植密度增加均能显著促进牛膝菊各部分的镉积累量，由于对根部的影响大于地上部，转运量系数有所下降；且该促进作用随密度增加而影响越发显著；与牛膝菊单植CKN相比，混植SN生菜更有利于牛膝菊各部分的镉积累，且密度越大促进作用越明显；由于对地上部的影响大于根部，混植后转运量系数有所提高，改善牛膝菊对镉的提取量和转运效果；单植CK和混植SN时牛膝菊的地上部镉积累量Y14、镉总积累量Y15与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植地上部Y14＝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)；单植镉总积累量Y15＝0.17X+0.07(R2＝0.99，p<0.05)；混植镉总积累量Y15＝
0.21X+0.03(R2＝0.99，p<0.05)；
0.21X+0.03(R2＝0.99，p<0.05)；
[0022] 随着牛膝菊种植密度增加，单植对照组CKN和混植处理组SN的牛膝菊对氮元素的吸收均受到抑制，且密度越大影响越显著；在牛膝菊种植密度相同时，较之单植对照CKN，混植处理SN抑制了牛膝菊对氮元素的吸收，抑制效应随种植密度增大而减弱；单植CK和混植SN时牛膝菊的全氮含量Y16与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y16＝-1.37X+33.22(R2＝0.96，p<0.05)；混植Y16＝-0.95X+29.63(R2＝0.92，p<0.05)；
[0023] 牛膝菊单植对照组CKN和混植处理组SN的密度变化均促进牛膝菊对磷元素的吸收，且密度增加影响程度更大；较之对照单植组CKN，与生菜混植SN显著地抑制牛膝菊对磷元素的吸收；单植CK和混植SN时牛膝菊的全磷含量Y17与其种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y17＝0.14X+3.10(R2＝0.98，p<0.05)；混植Y17＝0.11X+3.05(R2＝0.86，p<0.05)。
[0024] 进一步，牛膝菊种植密度增加抑制单植对照组CKN和混植处理组SN牛膝菊对钾元素的吸收；与单植CKN相比，混植SN生菜使牛膝菊对钾元素的吸收受到抑制，但增加种植密度在一定程度上改善混植产生的抑制作用；单植CK和混植SN时牛膝菊全钾含量Y18与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y18＝-2.75X+48.82(R2＝0.99，p2
<0.05)；混植Y18＝-1.97X+43.58(R＝0.98，p<0.05)。
<0.05)；混植Y18＝-1.97X+43.58(R＝0.98，p<0.05)。
[0025] 进一步，生菜的根长Y19与牛膝菊种植密度X呈一次线性关系，回归方程为：Y19＝-0.84X+15.82(R2＝0.76，p<0.05)；
[0026] 生菜的产量Y20、地上部生物量Y21和总生物量Y22与牛膝菊种植密度X均呈一次线性关系，回归方程分别为：产量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)；总生物量Y22＝-1.11X+9.00(R2＝0.92，p<0.05)；
[0027] 生菜的地上部镉积累量Y23、镉总积累量Y24与牛膝菊种植密度X均呈现一次线性关系，回归方程分别为：地上部镉积累量Y23＝-0.07X+0.64(R2＝0.94，p<0.05)；镉积累量Y24＝-0.08X+0.71(R2＝0.95，p<0.05)。
[0028] 进一步，生菜的全氮含量Y25与牛膝菊种植密度X呈现一次线性关系，回归方程为：2
Y25＝-0.73X+38.22(R＝0.82，p<0.05)；
Y25＝-0.73X+38.22(R＝0.82，p<0.05)；
[0029] 生菜的全磷含量Y26与牛膝菊种植密度X呈现一次线性关系，回归方程为：Y26＝-0.24X+5.48(R2＝0.90，p<0.05)；
[0030] 生菜的全钾含量Y27与牛膝菊种植密度X呈现一次线性关系，回归方程为：Y27＝-2
7.10X+104.06(R＝0.87，p<0.05)
7.10X+104.06(R＝0.87，p<0.05)
[0032] 本发明提供的为四川地区镉污染农田的蔬菜安全生产提供理论参考，进而解决了四川地区镉污染造成农田生态难以修复的问题。
[0033] 本发明在镉胁迫下，不同密度的牛膝菊与生菜混植后，两种植物根际土壤pH值降低，导致土壤阳离子交换量和有效镉含量升高，进而抑制土壤速效养分的有效性，但却促进了根际土壤中速效磷含量提高。说明牛膝菊与生菜通过释放根际分泌物增强彼此的化感作用，改变根际土壤的各项理化性质使之进一步影响植物本身的各项生命活动。根际土壤的离子活化效应以及营养元素有效性的改变成为了提升牛膝菊镉富集特性和保障生菜安全生产的内在基础。
[0034] 本发明在镉胁迫下，低密度的混植牛膝菊有利于两种植物的生长，但牛膝菊种植过密对两种植物的生长状况都产生不利影响。研究表明：牛膝菊在种植2～3株·盆-1的密度下其株高、根长和生物量下降速率较慢，而生菜在与1～2株·盆-1的牛膝菊混植时其株高、根长、产量和生物量增幅较大。
[0035] 本发明在镉胁迫下，牛膝菊种植密度增加使其各部分镉含量都有所提高且5株·盆-1时达到最大值，地上部和地下部分别为50.53～52.30mg·kg-1、78.96～84.96mg·kg-1。生菜与低密度的牛膝菊混植能够降低其对重金属镉的吸收，在混植牛膝菊1株·盆-1时生菜可食用部的镉含量较单植时降低了9.28％。在修复能力方面，伴随与生菜混植的牛膝菊种植密度增加，牛膝菊修复效率提高的同时降低了生菜对镉的积累；主要表现在，牛膝菊种植
5株·盆-1时自身总镉积累量最大为0.870～1.069mg·kg-1、相对修复能力达到二级标准，-1 -1
生菜在混植牛膝菊1～3株·盆 时平均镉积累量小于单植的2.91mg·kg 。
5株·盆-1时自身总镉积累量最大为0.870～1.069mg·kg-1、相对修复能力达到二级标准，-1 -1
生菜在混植牛膝菊1～3株·盆 时平均镉积累量小于单植的2.91mg·kg 。
[0036] 本发明在镉胁迫下，牛膝菊种植密度增加对其除磷以外的营养元素吸收有所抑制，但对生菜而言，当牛膝菊混植密度为1株·盆-1时提高了生菜对氮和钾元素的吸收，但牛膝菊种植密度过密却降低了生菜体内各项营养元素的积累。同时，牛膝菊全磷含量随其种植密度增加而升高，说明磷元素在牛膝菊体内对镉的解毒作用中起重要作用。
[0037] 本发明在镉胁迫下，混植牛膝菊密度的增加一方面启动了生菜的抗氧化防御系统以抵抗逆境下活性氧对机体的伤害，另一方面降低了生菜对光能的利用效率而使其光合作用减弱影响植物生理代谢。其中，生菜的抗氧化保护酶系统在混植牛膝菊密度为2～3株·盆-1时保持较高且相对稳定的活性，而光合作用则在牛膝菊种植1～2株·盆-1的密度下显示出种间竞争对生菜的生理代谢影响不大。
[0038] 本发明在镉胁迫下，与不同密度的牛膝菊混植对生菜品质造成一定的影响。伴随混植牛膝菊密度的增加，生菜维生素C和可溶性蛋白含量分别在牛膝菊4株·盆-1和3株·盆-1密度下达到最大值，分别为81.67μg·g-1和6.10mg·g-1；可溶性糖含量则在混植牛膝菊1株·盆-1时达到最大值7.35mg·g-1后逐渐降低，而纤维素和硝态氮含量则表现出随着混-1
植牛膝密度增加而持续升高的变化趋势。整体而言，1～3株·盆 的低密度混植牛膝菊能够在一定程度上提升生菜的各项品质。
附图说明
植牛膝密度增加而持续升高的变化趋势。整体而言，1～3株·盆 的低密度混植牛膝菊能够在一定程度上提升生菜的各项品质。
附图说明
[0039] 图1是本发明实施例提供的牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)植株体内的全氮含量均随其种植密度变化图；
[0040] 图2是本发明实施例提供的牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)植株体内的全磷含量均随其种植密度变化图；
[0041] 图3是本发明实施例提供的牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)植株体内的全钾含量均随其种植密度变化图。
具体实施方式
[0042] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0043] 本发明实施例提供的在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法，所述在镉胁迫下不同密度的牛膝菊与叶菜类生菜混作方法采用镉污染土培盆栽的试验方法人工模拟常见蔬菜的田间耕作模式，以镉超富集植物牛膝菊和叶菜类生菜为试验材料；在10mg·kg-1的镉污染胁迫下设置牛膝菊种植1，2，3，4和5株·盆-1的密度分别与1株·盆-1的叶菜类生菜混植；同时以相应密度单植1，2，3，4和5株·盆-1牛膝菊和1株·盆-1生菜作为对照CK；分析各处理下两种植物生长状况、镉积累特性、营养吸收，生菜生理生化、品质指标，以及根际土壤各项理化性质的变化规律，分析牛膝菊种植密度对牛膝菊镉积累特性和生菜安全生产的调控机制。
[0044] 1材料与方法
[0045] 1.1供试材料
[0046] 1.1.1植物及来源
[0048] 牛膝菊(Galinsoga parviflora)，菊科牛膝菊属一年生直立性草本。植株高10～80cm，须根发达，根系分布于20～30cm的表土层，近地的茎及茎节均可长出不定根。茎纤细的基部径不足1mm，粗壮的基部径约4mm，不分枝或基部分枝，分枝斜生，全部茎枝被疏散伏贴短柔毛和少量腺毛，茎基部和中部花期脱毛或稀毛。叶对生，有柄，柄长1～2cm，卵形或长椭圆状卵形，边缘浅或钝锯齿或波状浅锯齿，在花序下部的叶全缘或近全缘，基出3脉或不明显5出脉，全部茎叶两面粗涩，被白色稀疏贴伏的短柔毛，向上及花序下部的叶渐小。头状花序半球形，有长花梗，多数在茎枝顶端排列成疏散的伞状花序。瘦果倒卵状锥形，3棱或中央花瘦果4～5棱，黑色或黑褐色，常压扁，被白色微毛。周年生长，花果期7～10月。分布于四川、云南、贵州、西藏等地区，喜冷凉气候，不耐热。常生长在庭园、河谷、溪边、路边和低洼的农田中。
[0049] 生菜(Lactuca sativa)，学名叶用莴苣，菊科莴苣属一年生草本蔬菜作物。株高20～100cm，根系浅且须根发达，主要根群分布在20cm土层内[74]。叶簇直立生长，叶群向内微抱但不紧密，叶片散生易擗。由于脆嫩爽口，略甜，生熟食均可，常年来一直是深受人们喜爱的叶菜类蔬菜。本试验供试生菜品种选用四川地区当季常见的玻璃生菜(全年耐抽苔生菜皇A98-大头型)，该品种纯度高，品质好，耐性、抗性良好，可全年种植，50天初采并可持续采收50天以上。供试生菜种子购买自成都市种子站。
[0050] 1.1.2土壤及重金属
[0051] 供试土壤为水稻土，取自四川农业大学成都校区周边农田，,其中供试土壤背景有效镉含量未检出。供试重金属为镉，以CdCl2·2.5H2O分析纯溶液形式按设计浓度加入供试土壤。
[0052] 1.1.3时间及地点
[0053] 供试时间：2014年3～5月进行盆栽试验，2014年5～9月进行室内实验。
[0054] 供试地点：四川农业大学成都校区第三实验楼顶大棚和生态学综合实验室。
[0055] 1.2试验设计
[0056] 1.2.1污染土壤制备
[0057] 将风干后的供试土壤过3目筛用30cm×25cm(直径×高)的塑料盆每盆装入9kg。按照试验设计的污染浓度10mg·kg-1向供试土壤中以CdCl2·2.5H2O分析纯溶液的形式加入重金属镉，充分混匀后保持湿润放置30天。充分平衡后取适量污染土壤过100目筛制备根际土，然后采用根际袋法重新装盆。在盆底先装5cm厚的过3目筛土层，然后用300目孔径尼龙纱网封底，在纱网上均匀铺上2mm的根际土层，在根际土层上放一个100目尼龙纱网袋，网袋上部开口，再向盆中继续装过3目筛土层约20cm。将植物材料种植于尼龙网袋中，保证植物根系全部在尼龙纱网袋中生长。盆中所有土壤均为污染好的供试土壤，上、中、下三个部分土壤镉含量一致。
[0058] 1.2.2植物材料培育
[0059] 将牛膝菊和生菜种子撒在培养皿中，保持充足水分，放入PGX-330B-30H型光照培养箱进行催芽萌发。培养箱内光照度设为24000Lx，光照时数14h/d，昼温24℃，夜温18℃。待牛膝菊和生菜出芽后移植于育苗穴盘中，用营养土进行固苗培养。幼苗长出2对真叶且长势稳定时，挑选大小一致的植株按试验设计处理移入已污染的供试土壤中进行盆栽试验。
[0060] 将牛膝菊以不同的种植密度与生菜混作，每个处理重复4次。盆与盆之间的距离为15cm，完全随机摆放。整个生长过程不定期交换盆与盆的位置以减弱边际效应的影响，注意及时去除杂草，防治病虫害。试验期间，各处理植物育苗及后期抚育管理方式一致，60天以后收取植株样本。
[0061] 1.2.3盆栽处理方式
[0062] 试验设计的供试土壤重金属镉污染浓度结合现行四川地区农田重金属镉污染的实际情况，参考《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)以及Lin L.J.、刘、金等在镉胁迫下对牛膝菊和各类蔬菜进行的相近研究试验设计，综合考虑后选用10mg·kg-1Cd的浓度进行控制性模拟污染试验。
[0063] 1.2.4试验样品采集
[0064] 1.2.4.1土样采集
[0065] 盆栽试验在植物材料成熟收样后用抖落法采集根际土壤样品，即将根际袋中的植物根系挖出后，抖落根系上较大的土块，剩余粘在根系上的根际土壤用刷子刷下集中收集。采集的土样混匀风干后，过1mm筛保存，用以测定土壤根际土pH值、有效镉含量、土壤阳离子交换量以及各项养分含量。
[0066] 1.2.4.2植物样采集
[0067] 牛膝菊和生菜均在镉胁迫60天后的蔬菜成熟期收样。植物样整株测定形态指标后，按地上部(可食部)、根部别保存鲜样和干样。鲜样用液氮采样后，于Thermo700型超低温冰箱中-80℃保存以备生理指标和品质指标的测定；干样用DHG-9070A型烘箱105℃杀青15min后以75℃烘干至恒重，粉碎后用于镉和养分含量的测定。
[0068] 1.3测定内容及方法
[0069] 1.3.1土壤指标测定
[0070] 土壤各项指标均参照《土壤农化分析(第三版)》测定，具体方法如下。
[0071] 1.3.1.1土壤pH值、阳离子交换量和有效镉含量测定
[0072] pH值：土水比1:2.5方法，采用PHS-3C型酸度计测定。
[0073] 阳离子交换量：乙酸钠-火焰光度法，用乙酸钠、异丙醇、乙醇和乙酸铵淋洗，在6400A型火焰光度计上测定。
[0074] 有效镉：DTPA-TEA浸提，采用Aaanlust800型原子吸收分光光度计测定。
[0075] 1.3.1.2土壤养分含量测定
[0076] 全氮：半微量凯氏法，浓硫酸消煮，采用QSY-1型凯氏定氮仪测定。
[0077] 全磷：氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法，采用UV-1800型分光光度计测定。
[0078] 全钾：氢氧化钠熔融-火焰光度法，采用6400A型火焰光度计测定。
[0079] 碱解氮：碱解扩散法，用0.005mol·L-1(1/2H2SO4)标准液滴定。
[0080] 速效磷：NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，采用UV-1800型分光光度计测定。
[0081] 有效钾：HNO3浸提-火焰光度法，采用6400A型火焰光度计测定。
[0082] 1.3.2植物指标测定
[0083] 对供试牛膝菊测定其生长情况、地上和根部的镉含量以及营养元素含量。供试生菜除了测定上述三类指标外，还要对其生理生化和品质指标进行测定。
[0084] 植物生长状况、镉含量及营养元素含量参照《土壤农化分析》[77]测定，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性参照《植物生理学实验》[78]测定，抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性、可溶性糖和纤维素含量参照《植物生理学实验指导》测定，叶绿素、维生素C和可溶性蛋白含量参照《植物生理学模块实验指导》测定，硝态氮含量参照《植物生理学实验教程》测定，具体方法如下。
[0085] 1.3.2.1植物生长状况测定
[0086] 株高、根长：植株全株高度及其主根长度采用直尺测量。
[0087] 生物量、产量：用自来水将植物样品整株泥土洗净后，再用去离子水反复冲洗，拭干。将植株分为地上部和根部，用PL303型电子天平称取鲜重。分别将鲜样用DHG-9070A型烘箱105℃杀青15min，75℃烘干至恒重，然后用电子天平称取干重。植株地上部和根部的干重分别计为各部分生物量，生菜地上部鲜重计为产量。
[0088] 1.3.2.2植物镉含量测定
[0089] HNO3-HClO4消化，采用Aaanlust 800型原子吸收分光光度计测定。
[0090] 1.3.2.3植物营养元素测定
[0091] 全氮：浓H2SO4-H2O2消煮，采用QSY-1型凯氏定氮仪测定。
[0092] 全磷：钼锑抗比色法，浓H2SO4-H2O2消煮，采用UV-1800型分光光度计测定。
[0093] 全钾：浓H2SO4-H2O2消煮，采用6400A型火焰光度计测定。
[0094] 1.3.2.4植物生理生化指标测定
[0095] 超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑NBT法，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法，过氧化氢酶(CAT)活性采用H2O2分解量法，抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性采用紫外分光光度法，叶绿素含量采用95％乙醇浸提法，均使用UV-1800型分光光度计进行测定。
[0096] 1.3.2.5植物品质指标测定
[0097] 维生素C含量采用分光光度计法，硝态氮含量采用水杨酸比色法，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法，纤维素含量采用蒽酮比色法，均使用UV-1800型分光光度计进行测定。
[0098] 2结果与分析
[0099] 2.1牛膝菊种植密度对根际土壤的影响
[0100] 2.1.1根际土壤的离子活化效应
[0101] 2.1.1.1pH值
[0102] 对牛膝菊而言，不论是单植对照组(CKN)还是混植处理组(SN)的根际土壤均随牛膝菊种植密度的增加而pH显著降低。当牛膝菊种植密度为5株·盆-1时，单植(CK)和混植(SN)的土壤pH降至最小值，较最小牛膝种植密度1株·盆-1时分别降低了9.11％和9.10％。对生菜而言，较之单植(CKS)，混植(SN)显著降低了其根际土壤pH。
[0103] 此外，在同样的牛膝种植密度下其单植和混植对根际土壤pH的影响变化则表现为低密度下混植处理组(SN)土壤的pH较单植对照组(CKN)有所下降，但高密度时混植处理组(SN)的根际土壤pH却高于单植对照组(CKN)。所以，牛膝菊的密度变化对根际土壤环境所产生的酸化影响单植(CK)大于混植(SN)。
[0104] 回归分析结果显示，单植(CK)和混植(SN)时根际土壤环境的pH值(Y)与牛膝菊种植密度(X)均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y＝-0.18X+7.91(R2＝0.99，p<2
0.05)；混植Y＝-0.14X+7.95(R＝0.94，p<0.05)。
0.05)；混植Y＝-0.14X+7.95(R＝0.94，p<0.05)。
[0105] 注：表中数据为平均值±标准误(n＝3)。采用邓肯式新复极差法检验显著性，不同字母为差异达到0.05显著水平(p<0.05)，同列字母相同表示差异不显著(p>0.05)。
[0106] 2.1.1.2阳离子交换量
[0107] 牛膝菊种植密度对土壤阳离子交换量的影响不显著。大致表现为随着牛膝菊种植密度增加，单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)的根际土壤阳离子交换量有所增加，当牛膝菊密度为5株·盆-1时，单植(CK)和混植(SN)的土壤阳离子交换量达到最大值，较牛膝菊1株·盆-1时分别提高了7.98％和10.71％。同时，相比单植生菜的对照(CKS)，与牛膝菊混植(SN)提高了其根际的土壤阳离子交换量，但差异不显著。
[0108] 在同样的牛膝菊种植密度下，低密度时混植处理组(SN)的土壤阳离子交换量大于单植对照组(CKN)，而牛膝菊种植密度增大后则小于单植对照组(CKN)。所以，牛膝菊密度变化造成的土壤阳离子交换量上升影响混植(SN)大于单植(CK)。
[0109] 回归分析显示，单植(CK)和混植(SN)时根际土壤阳离子交换量(Y)与牛膝菊种植密度(X)均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y＝1.55X+74.26(R2＝0.99，p<0.05)；2
混植Y＝1.31X+73.19(R＝0.88，p<0.05)。
混植Y＝1.31X+73.19(R＝0.88，p<0.05)。
[0110] 2.1.1.3有效镉
[0111] 牛膝菊种植密度的增加在单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)中均提高了其根际土壤的有效镉含量，且牛膝菊种植密度越大，差异越显著。当牛膝菊种植5株·盆-1时，单植-1(CK)和混植(SN)根际土壤有效镉含量均达到最大值，较最小牛膝菊种植密度1株·盆 时分别增加了8.67％和8.54％。而单植生菜的对照处理(CKS)其根际土壤有效镉含量低于与牛膝菊混植的处理(SN)，差异不显著。
[0112] 在同样的牛膝菊种植密度下，低密度时混植处理组(SN)的根际土壤有效镉含量较单植对照组(CKN)有所上升，而高密度混植牛膝菊(SN)时的根际土壤有效镉含量则比单植对照(CKN)时低。因此，牛膝菊密度对土壤有效镉含量的促进作用随牛膝菊密度增加而差异显著，且单植(CK)大于混植(SN)。
[0113] 回归分析表明，单植(CK)和混植(SN)时根际土壤中的有效镉含量(Y)与牛膝菊种植密度(X)均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y＝0.16X+6.94(R2＝0.99，p<0.05)；混植Y＝0.12X+6.92(R2＝0.93，p<0.05)。
[0114] 综上所述，牛膝菊与生菜混植而形成的种间竞争关系造成了两种植物根际周围的化感作用增强，因此释放出的大量根际分泌物导致两种植物根际范围内土壤的基本理化性质改变。伴随与生菜混植的牛膝菊种植密度增加，最易受植物根际分泌物影响的土壤pH值首先发生改变，致使根际环境的土壤酸化；随后土壤中的各种离子的活动状态、活跃程度也受到影响，所以土壤阳离子交换量增加；而最终则引起了土壤中重金属镉的有效态含量上升，进而直接加剧了植物实际受到的重金属镉胁迫程度。本研究结果显示，牛膝菊与生菜混作而引起的其根际土壤离子活化作用随牛膝菊种植密度的增加而加强；在牛膝菊密度相同的情况下，混植生菜对上述离子活化效应具有一定的调控作用，但效果并不明显。
[0115] 2.1.2根际土壤营养元素的影响
[0116] 2.1.2.1碱解氮
[0117] 对牛膝菊而言，单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)的根际土壤碱解氮含量均随-1牛膝菊种植密度增加而不显著逐渐降低。在种植牛膝菊5株·盆 密度下，单植(CK)和混植(SN)时的根际土碱解氮含量均达到最小值，较最小密度1株·盆-1分别下降为6.93％、
5.90％。虽然单植生菜的对照组(CKS)根际土壤中的碱解氮含量略高于与牛膝菊混植的处理组(SN)，但差异并不显著。
5.90％。虽然单植生菜的对照组(CKS)根际土壤中的碱解氮含量略高于与牛膝菊混植的处理组(SN)，但差异并不显著。
[0118] 此外，在牛膝菊种植密度相同的情况下，较之单植牛膝菊的对照组(CKN)，与生菜混植处理(SN)时根际土壤碱解氮的含量略有提高，但变化不明显。因此，牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)均表现出伴随种植密度的增加，其对根际土壤中碱解氮含量的抑制效果趋于明显，影响程度单植(CK)大于混植(SN)，但总体变化都不显著；而混植则对牛膝菊密度增加造成的土壤碱解氮含量下降起不显著的改善作用。
[0119] 回归分析结果表明，单植(CK)和混植(SN)时根际土壤的碱解氮含量(Y)与牛膝菊种植密度(X)均呈一次线性关系，回归方程分别为：单植Y＝-1.49X+92.52(R2＝0.96，p<0.05)；混植Y＝-1.15X+93.49(R2＝0.97，p<0.05)。
[0120] 2.1.2.2速效磷
[0121] 牛膝菊的单植对照组(CK)和混植处理组(SN)根际土壤中的速效磷含量均随其种-1植密度增加而显著增加。当牛膝菊种植5株·盆 时，单植(CK)和混植(SN)的根际土壤速效磷含量均达到最大值，分别比最小密度1株·盆-1时增加了31.71％和41.41％。同时，生菜的单植对照组(CKS)根际土壤速效磷含量虽然比混植牛膝菊处理组(SN)略小，但差异不显著。
[0122] 当牛膝菊种植密度相同时，各个密度混植生菜的处理组(SN)较单植牛膝菊的对照组(CKN)根际土壤中速效磷含量变化均不显著。可以得出，牛膝菊密度增加使单植(CK)和混植(SN)根际土壤中的速效磷含量显著升高，促进效果混植(SN)大于单植(CK)。
[0123] 回归分析可知，单植(CK)和混植(SN)时根际土壤的速效磷含量(Y)与牛膝菊种植密度(X)均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y＝0.83X+8.65(R2＝0.89，p<0.05)；2
混植Y＝0.82X+7.88(R＝0.97，p<0.05)。
混植Y＝0.82X+7.88(R＝0.97，p<0.05)。
[0124] 2.2牛膝菊种植密度对其本身的影响
[0125] 2.2.1牛膝菊生长状况的影响
[0126] 2.2.1.1株高与根长
[0127] 牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)同时表现出随着其种植密度的增加，生长状况逐渐受到抑制的趋势。如表2.2所述，伴随牛膝菊种植密度增加，单植(CKN)和混植(SN)的牛膝菊株高和根长均有显著下降。在密度最大为5株·盆-1时，牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)的株高、根长都降到最小值。此时，单植(CKN)的牛膝菊株高和根长较最小密度1株·盆-1时分别下降了39.90％、35.28％；而混植(SN)生菜的牛膝菊株高和根长则分别下降了31.28％、28.47％。
[0128] 在牛膝菊种植密度相同的情况下，与单植牛膝菊的对照组(CKN)相比，混植生菜的牛膝菊(SN)各个种植密度下株高均有显著提升，且密度最大5株·盆-1较密度最小1株·盆-1时增幅最大为27.62％。在根长方面，除4株·盆-1外的其余各牛膝菊种植密度处理下，混植(SN)牛膝菊根长均较单植(CKN)时有所增加，同样在种植5株·盆-1牛膝菊时，根长增幅最大为12.01％。
[0129] 由此可见，牛膝菊种植密度增加对其株高和根长水平均存在显著抑制影响，且密度越大抑制效果越明显。在牛膝菊种植密度相同的情况下，混植(SN)较单植(CKN)更利于其株高和根长的生长，这种有利影响几乎随种植密度增大而逐渐明显。
[0130] 此外，单植(CK)和混植(SN)时牛膝菊株高和根长(Y)与其种植密度(X)均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植株高Y＝-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)；单植根长Y＝-1.76X+24.79(R2＝0.82，p<0.05)；混植根长
2
Y＝-1.59X+24.82(R＝0.93，p<0.05)。
2
Y＝-1.59X+24.82(R＝0.93，p<0.05)。
[0131] 表2.2种植密度对牛膝菊生长状况的影响
[0132]
[0133] 2.2.1.2生物量
[0134] 由表2.2可见，不论是单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)的牛膝菊，都表现出随着其种植密度加大，植株生长发育逐渐受到抑制，导致其各部分生物量的积累显著下降。牛膝菊种植密度最大5株·盆-1时，其地上部、根部以及总生物量均降至最小值，较最小密度1-1株·盆 时单植对照组(CKN)降幅分别为38.99％、43.53％、40.00％，混植处理组(SN)降幅则分别达到27.16％、35.51％、28.90％。此外，随牛膝菊种植密度的增大，其单植(CKN)和混植(SN)的根冠比均逐渐减小，但差异不显著。
[0135] 回归分析表明，单植(CK)和混植(SN)时牛膝菊的各部分生物量(Y)与其种植密度(X)均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植地上部Y＝-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)；单植根部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)；单植总生物量Y＝-0.48X+
5.52(R2＝0.96，p<0.05)；混植总生物量Y＝-0.38X+5.89(R2＝0.94，p<0.05)。
0.95，p<0.05)；混植根部Y＝-0.10X+1.25(R2＝0.98，p<0.05)；单植总生物量Y＝-0.48X+
5.52(R2＝0.96，p<0.05)；混植总生物量Y＝-0.38X+5.89(R2＝0.94，p<0.05)。
[0136] 综上所述，牛膝菊作为新兴的重金属镉超富集植物，对重金属镉污染的土壤有较强的耐受性，种植密度的变化通过对植物间竞争关系的调控，进而影响其生长状况。本研究结果显示，不论是牛膝菊的单植对照组(CKN)还是混植处理组(SN)，其种植密度增加均抑制了牛膝菊自身的生长发育；而与单植(CKN)相比混植(SN)生菜对牛膝菊生长发育有促进作用。对牛膝菊而言，这两种作用随种植密度的增加而影响效果加强。
[0137] 2.2.2牛膝菊镉富集特性的影响
[0138] 2.2.2.1镉含量及富集转运
[0139] 由表2.3可知，牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)其种植密度的增加，均有利于提高其各部分对重金属镉的积累。对牛膝菊单植对照组(CKN)而言，其各部分镉含量在2株·盆-1时先出现不显著地下降，随后逐渐升高并在5株·盆-1密度下达到最大值，地上部和根部较最小密度1株·盆-1时分别增加了15.95％、88.64％，差异显著。而混植处理组(SN)的牛膝菊各部分镉含量则随其种植密度的增加持续上升，且在5株·盆-1密度处理下达到最大值，较最小密度分别增加了15.39％和105.44％。
[0140] 当牛膝菊种植密度相同时，同单植牛膝菊的对照组(CKN)相比，牛膝菊与生菜混植(SN)抑制了其各部分对镉的积累。较之牛膝菊的单植对照组(CKN)，混植牛膝菊(SN)地上部镉含量在牛膝菊密度2株·盆-1时略有提高而后持续下降，3株·盆-1处理下降幅最大为4.03％，但各密度差异均不显著；而其根部镉含量则除2株·盆-1外其余各牛膝菊种植密度-1
下均受到显著抑制，且当牛膝菊密度为1株·盆 时降幅最大为14.66％。
下均受到显著抑制，且当牛膝菊密度为1株·盆 时降幅最大为14.66％。
[0141] 由此可见，无论是牛膝菊的单植对照组(CKN)还是混植处理组(SN)，其种植密度的增加对其自身各部分镉含量的积累产生促进作用。在牛膝菊种植密度相同的情况下，较之单植(CKN)与生菜混植(SN)对牛膝菊各部分镉含量的积累起抑制作用。
[0142] 同时，单植(CK)和混植(SN)时牛膝菊各部分镉含量(Y)与其种植密度(X)呈一次线性关系，回归方程分别为：单植地上部Y＝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)；单植根部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)。
[0143] 表2.3密度变化下的牛膝菊镉富集特性
[0144]
[0145] 同样由表2.3可见，牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)各部分富集系数均显现出随其种植密度增加而逐渐增大的趋势。牛膝菊单植对照组(CKN)的地上部和根部的富集系数同时在2株·盆-1密度下先呈现不显著地下降，而后随种植密度增加富集系数显著上升，在5株·盆-1时达到最大值，较最小密度1株·盆-1增幅分别为21.20％、97.17％。而牛膝菊混植处理组(SN)则伴随其种植密度增加，牛膝菊各部分富集系数持续上升，在其密度5株·盆-1下达到最大值，地上部和根部增幅较最小密度1株·盆-1时分别为19.51％和112.77％。在转运系数方面，单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)的牛膝菊均表现出随其种植密度增加而逐渐下降的趋势，且牛膝菊种植密度越大差异越显著；在牛膝菊5株·盆-1时降到最低值，单植(CKN)和混植(SN)时均较最小密度分别为下降了38.54％、43.77％。
[0146] 在牛膝菊种植密度相同时，与单植(CKN)相比混植(SN)生菜通过整体上提高牛膝菊地上部富集系数，降低其根部富集系数的途径，对牛膝菊的转运系数有所调控，但各密度下差异均不显著。当牛膝菊种植密度为最小密度1株·盆-1时，其混植处理组(SN)较单植对照组(CKN)根部富集系数下降10.89％，转运系数提高13.74％，差异显著。而其地上部的富集系数则在牛膝菊密度2株·盆-1增幅最大为5.37％，差异不显著。
[0147] 可以看出，密度变化能够提高单植(CKN)和混植(SN)时牛膝菊各部分的富集能力，影响程度随密度增加而增大。由于根部的富集能力提高大于地上部，导致其转运能力随着种植密度的增加受到抑制，密度增大抑制效果趋于显著。当牛膝菊种植密度一致时，较之单植(CKN)，混植(SN)生菜对牛膝菊的富集及转运效率有不显著的改善。
[0148] 综上所述，牛膝菊在镉污染土壤上仍然能够维持较好的生长状况，缘自其对镉的超富集特性。而牛膝菊与生菜混植时其密度的变化会影响牛膝菊的生长状况，进而对其镉富集特性造成一定的影响。本研究结果表明，牛膝菊种植密度增加有利于其单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)牛膝菊的各部分镉含量积累，提高了其富集能力，但降低了牛膝菊对重金属镉的转运效率。较单植(CKN)而言，与生菜混植(SN)使牛膝菊各部分的镉含量受到抑制，虽然对其富集和转运能力有所改善，但影响并不明显。
[0149] 2.2.2.2镉积累量与修复能力
[0150] 牛膝菊种植密度增加促进了其植株对镉含量的吸收，但由于植物生长情况受到抑制，总体上限制了每株牛膝菊单体对土壤中镉的积累量。如表2.4所述的试验结果显示，在以盆为单位面积的约0.07m2土壤范围内，由于牛膝菊种植密度增加，实际增加了单位面积的牛膝菊生物总量，因此无论是单植对照组(CKN)还是混植处理组(SN)的牛膝菊各部分的镉积累量都显著增高，且密度越大促进效果越明显。在牛膝菊密度为5株·盆-1时地上部和总积累量均达到最大值，较最小密度1株·盆-1时增幅分别为单植(CKN)254.65％、292.92％，混植(SN)320.04％、365.31％。转运量系数方面，牛膝菊单植对照组(CKN)在其2株·盆-1密度下有所提升，随后显著下降，密度最大时降至最小值，较最小密度降幅为
33.64％；混植处理组(SN)则为持续下降，牛膝菊密度最大5株·盆-1时降至最小值，较最小密度差异显著，降幅为36.50％。
33.64％；混植处理组(SN)则为持续下降，牛膝菊密度最大5株·盆-1时降至最小值，较最小密度差异显著，降幅为36.50％。
[0151] 在牛膝菊种植密度一致的情况下，同单植对照组(CKN)相比，混植处理(SN)促进了牛膝菊各部分的镉积累量，除1株·盆-1外其余各牛膝菊种植密度下混植(SN)生菜都能显著-1提高牛膝菊的镉积累量。当牛膝菊5株·盆 时，其地上部和总的镉积累量较最小密度1株·盆-1增幅最大，分别达到28.31％、22.88％。转运量系数方面，相较单植(CKN)各密度下混植(SN)的牛膝菊转运量系数都有所提升，且牛膝菊种植4株·盆-1时增幅最大为27.35％。
[0152] 由此可见，牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)其种植密度增加均能显著促进牛膝菊各部分的镉积累量，由于对根部的影响大于地上部，转运量系数有所下降；且该促进作用随密度增加而影响越发显著。与牛膝菊单植(CKN)相比，混植(SN)生菜更有利于牛膝菊各部分的镉积累，且密度越大促进作用越明显；由于对地上部的影响大于根部，混植后转运量系数有所提高，改善了牛膝菊对镉的提取量和转运效果。
[0153] 回归分析结果显示，单植(CK)和混植(SN)时牛膝菊的各部分镉积累量(Y)与其种植密度(X)均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植地上部Y＝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)；单植总积累量Y＝0.17X+0.07(R2＝0.99，p<0.05)；混植总积累量Y＝0.21X+0.03(R2＝0.99，p<0.05)。
[0154] 表2.4密度变化下的牛膝菊镉修复能力
[0155]
[0156]
[0157] 正如表2.4所述，每年种植6次的情况下，要利用牛膝菊修复使试验中每盆含10mg·kg-1重金属镉的9kg污染土壤治理后达到国家土壤环境质量标准(GB15618-1995)中二级的重金属镉含量0.60mg·kg-1水平，牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)的相对修复年限和相对修复指数均随种植密度增加而显著降低，相对修复模量则明显增加。牛膝菊密度变化对三项指标的影响都随密度增加而影响效果增强，在牛膝菊种植5株·盆-1时相对修复年限和指数降至最小值，较最小密度1株·盆-1处理降幅分别为单植(CKN)73.01％、
27.45％，混植(SN)77.05％、31.69％；而相对修复模量增幅则达到最大值，较最小密度增幅单植(CKN)和混植(SN)分别为265.38％、320.00％。
27.45％，混植(SN)77.05％、31.69％；而相对修复模量增幅则达到最大值，较最小密度增幅单植(CKN)和混植(SN)分别为265.38％、320.00％。
[0158] 当牛膝菊种植密度相同时，与牛膝菊单植的对照组(CKN)相比，混植处理(SN)在各密度下均能显著降低牛膝菊的相对修复年限和指数，并显著提高相对修复模量，其促进效果随密度增加而增大。当牛膝菊密度为5株·盆-1时变幅较最小密度达到最大，相对修复年限和指数降幅分别为24.80％、8.25％，而相对修复模量增幅则为32.63％。
[0159] 所以，无论是牛膝菊的单植对照组(CKN)还是混植处理组(SN)，种植密度的增加都能显著提高牛膝菊对土壤的修复能力，且该促进随密度增加而加大。与对照单植(CKN)相比，混植(SN)后牛膝菊对单位土体的修复能力显著增强，且种植密度越大有利影响越明显。
[0160] 综上所述，将超富集植物应用于重金属污染土壤修复时，需要把植株体内的重金属元素浓度含量与其生物量建立起联系，以此评价其对土壤中重金属的提取能力和修复效果。本研究结果显示，牛膝菊种植密度增加促进了其单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)各部分对土壤重金属镉的提取和修复能力，但降低了其对镉的转运能力；较之牛膝菊单植的对照组(CKN)，与生菜混植(SN)处理能够同时提高牛膝菊各部分的镉提取量、转运能力和修复能力，并且所有的促进作用随密度增加而影响效果增强。
[0161] 2.2.3牛膝菊营养吸收的影响
[0162] 2.2.3.1全氮含量
[0163] 试验结果如图1所示，牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)植株体内的全氮含量均随其种植密度的增加而降低，且密度越大差异越显著。在牛膝菊种植密度最大的5-1株·盆 时，单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)的牛膝菊全氮含量都降到最小值，较之最小密度1株·盆-1降幅分别为17.59％、13.94％。
[0164] 当牛膝菊种植密度一致时，在各个密度下混植处理(SN)的牛膝菊体内全氮含量均小于单植对照(CKN)，除4株·盆-1外其他牛膝菊种植密度均差异显著。其影响程度随种植密度增加而逐渐减小，密度最小1株·盆-1时混植生菜(SN)的牛膝菊全氮含量较单植对照(CKN)下降了10.16％，降幅最大。
[0165] 由此可见，随着牛膝菊种植密度增加，单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)的牛膝菊对氮元素的吸收均受到抑制，且密度越大影响越显著。在牛膝菊种植密度相同时，较之单植对照(CKN)，混植处理(SN)抑制了牛膝菊对氮元素的吸收，抑制效应随种植密度增大而减弱。
[0166] 回归分析显示，单植(CK)和混植(SN)时牛膝菊的全氮含量(Y)与其种植密度(X)均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y＝-1.37X+33.22(R2＝0.96，p<0.05)；混植Y＝-0.95X+29.63(R2＝0.92，p<0.05)。
[0167] 2.2.3.2全磷含量
[0168] 本发明发现伴随牛膝菊种植密度增加，其单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)植株体内的全磷含量均有所增长，但差异并不显著。如图2所示，牛膝菊单植对照组(CKN)其种植密度越大植株全磷含量不断增加，当种植5株·盆-1时牛膝菊时，其全磷含量达到最大值，-1 -1较之最小密度1株·盆 增加了16.40％；而混植处理组(SN)则表现为除牛膝菊3株·盆外，其余处理均差异不显著，种植牛膝菊5株·盆-1时达到最大值，较之最小密度增加了
12.39％。
12.39％。
[0169] 在牛膝菊种植密度相同的情况下，混植处理组(SN)的牛膝菊各密度下全磷含量均-1小于单植对照组(CKN)，当牛膝菊种植密度为5株·盆 时，较之最小密度降幅最大，达到
7.17％，差异显著；其余各密度处理变化均不明显。
7.17％，差异显著；其余各密度处理变化均不明显。
[0170] 因此，牛膝菊单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)的密度变化均促进了其对磷元素的吸收，且密度增加影响程度更大。较之对照单植组(CKN)，与生菜混植(SN)显著地抑制了牛膝菊对磷元素的吸收。
[0171] 回归分析表明，单植(CK)和混植(SN)时牛膝菊的全磷含量(Y)与其种植密度(X)均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y＝0.14X+3.10(R2＝0.98，p<0.05)；混植Y＝0.11X+3.05(R2＝0.86，p<0.05)。
[0172] 2.2.3.3全钾含量
[0173] 试验结果表明，牛膝菊种植密度增加造成了其单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)的牛膝菊体内全钾含量逐渐降低。由图3可见，单植对照组(CKN)中牛膝菊的钾元素含量除3株·盆-1外各密度处理均显著下降，且随密度增加影响明显。当牛膝菊种植密度为5株·盆-1时，其植株全钾含量降至最小值，较最小密度1株·盆-1降低了23.62％。而混植处理组(SN)的牛膝菊的全钾含量则受密度控制调控的影响随密度增加而减弱，除2株·盆-1外-1其余各牛膝菊种植密度变化不明显。当牛膝菊5株·盆 时的其全钾含量降至最小值，较最小密度降幅为19.50％。
[0174] 当牛膝菊种植密度相同时，较之牛膝菊单植对照组(CKN)，混植处理组(SN)各个密度处理下的牛膝菊全钾含量均有所降低，抑制效果随密度增加而减小。当牛膝菊种植密度-1为2株·盆 时，混植(SN)时植株的全钾含量较之单植(CKN)降幅最大为9.80％。
[0175] 所以，牛膝菊种植密度增加抑制了单植对照组(CKN)和混植处理组(SN)牛膝菊对钾元素的吸收。与单植(CKN)相比，混植(SN)生菜使牛膝菊对钾元素的吸收受到了抑制，但增加种植密度可以在一定程度上改善混植产生的抑制作用。
[0176] 相关数据的回归分析表明，单植(CK)和混植(SN)时牛膝菊全钾含量(Y)与其种植密度(X)均呈现一次线性关系，回归方程分别为：单植Y＝-2.75X+48.82(R2＝0.99，p<0.05)；混植Y＝-1.97X+43.58(R2＝0.98，p<0.05)。
[0177] 综上所述，植物体内的三大营养元素的含量对其抗逆性以及多项生命活动具有十分重要的意义。而植物对土壤中营养元素的吸收情况与其根际土壤中的速效养分生物有效性息息相关。本发明结果表明，牛膝菊与生菜混植时因其种植密度增加而引起了根际土壤中速效养分含量的变化，进而使其体内除磷以外的营养元素含量下降，且影响随密度增加而增大。较单植对照(CKN)而言，与生菜混植(SN)导致牛膝菊对吸收营养元素的吸收受到抑制，但合理密植可以令该不利影响得到调控。
[0178] 2.3牛膝菊种植密度对生菜的影响
[0179] 2.3.1生菜生长状况的影响
[0180] 2.3.1.1株高与根长
[0181] 本发明发现，牛膝菊与生菜混植(SN)时其密度变化对生菜株高和根长影响较生菜单植(CKS)时均不显著。结果如表3.5
[0182] 回归分析结果显示，生菜的根长(Y)与牛膝菊种植密度(X)呈一次线性关系，回归方程为：Y＝-0.84X+15.82(R2＝0.76，p<0.05)。
[0183] 表3.5牛膝菊种植密度对生菜生长状况的影响T
[0184]
[0185]
[0186] 2.3.1.2产量和生物量
[0187] 与生菜单植的对照(CKS)相比，混植牛膝菊种植密度增加使生菜的产量、地上部生物量和总生物量均 呈现先升高后降低的趋势。当牛膝菊种植密度为1株·盆-1时，生菜的产量、地上部生物量和总生物量均 达到最大值，较单植对照(CKS)的增幅分别是8.48％、2.55％、2.28％，其中产量变化显著，而各部分生物量 差异不显著。当牛膝菊密度为5株·盆-1时，生菜的产量、地上部生物量和总生物量降至最小值，降幅分 别为66.59％、70.85％、
71.20％，差异显著。根冠比方面，较之单植生菜的对照(CKS)，混植牛膝菊使生菜 的根冠比显著降低，当种植2株·盆-1牛膝菊时，生菜根冠比降至最小值，降幅为28.87％。所以，较之对 照(CKS)，适宜密度的混植牛膝菊可以使生菜的产量及生物量均有所提高，但牛膝菊密度增加却抑制了生 菜产量和生物量的积累；根冠比减小说明混植牛膝菊对生菜根部的抑制作用大于地上部，而控制与牛膝 菊的混植密度对该抑制效果起一定调控作用。
71.20％，差异显著。根冠比方面，较之单植生菜的对照(CKS)，混植牛膝菊使生菜 的根冠比显著降低，当种植2株·盆-1牛膝菊时，生菜根冠比降至最小值，降幅为28.87％。所以，较之对 照(CKS)，适宜密度的混植牛膝菊可以使生菜的产量及生物量均有所提高，但牛膝菊密度增加却抑制了生 菜产量和生物量的积累；根冠比减小说明混植牛膝菊对生菜根部的抑制作用大于地上部，而控制与牛膝 菊的混植密度对该抑制效果起一定调控作用。
[0188] 回归分析表明，生菜的产量、地上部生物量和总生物量(Y)与牛膝菊种植密度(X)呈一次线性关系，回归方程分别为：产量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)；总生物量Y＝-1.11X+9.00(R2＝0.92，p<0.05)。
[0189] 综上所述，镉胁迫环境和混植牛膝菊所引起的生境竞争对生菜的生长状况和产量建成都会产生一定的影响。本研究结果显示，与对照单植生菜(CKS)相比，密度适宜地与牛膝菊混植(SN)可以促进生菜的生长发育；但牛膝菊种植密度增加，则使生菜的生长发育受到抑制，密度越大抑制效果越明显。
[0190] 2.3.2生菜镉积累特性的影响
[0191] 2.3.2.1镉含量
[0192] 如表2.6所述的试验结果发现，较之单植生菜的对照(CKS)，混植牛膝菊种植密度的增加使生菜地上部的镉含量呈现先降低后升高的趋势。当牛膝菊密度为1株·盆-1时，生菜的地上部镉含量降至最低值，较对照(CKS)降低了9.28％，差异显著。混植牛膝菊种植密度为4株·盆-1开始生菜地上部的镉含量超过了单植对照(CKS)，当牛膝菊5株·盆-1时生菜地上部镉含量达到最大值，较对照(CKS)增幅为25.18％。同时，相比单植对照(CKS)，与牛膝菊混植(SN)提高了生菜根部对镉元素的吸收，且牛膝菊种植密度越大促进作用越显著。当牛膝菊5株·盆-1时，生菜根部的镉含量达到最大值，较之对照(CKS)上升了50.93％。
[0193] 综合混植牛膝菊后生菜地上部和根部的镉含量情况可以得出，与单植生菜对照-1(CKS)相比，牛膝菊1～3株·盆 时生菜体内的平均镉含量降低，其中牛膝菊种植密度最小时1株·盆-1时，生菜平均镉含量降至最小值，较对照(CKS)下降了8.35％；牛膝菊种植密度增加，生菜体内平均镉含量随之升高，牛膝菊5株·盆-1时生菜平均镉含量达到最大值，较对照(CKS)增大25.86％，差异显著。
[0194] 由此可见，较之单植生菜的对照(CKS)处理，适宜密度地混植牛膝菊有利于降低生菜对镉元素的吸收，但种植密度过大则会加剧生菜体内镉含量的增加，牛膝菊种植密度越大，对生菜吸收重金属镉的促进效果越明显。
[0195] 表2.6牛膝菊种植密度对生菜镉积累特性的影响
[0196]
[0197] 2.3.2.2镉积累量
[0198] 本发明结果由表2.6可知，较之单植生菜的对照处理(CKS)，与牛膝菊混植(SN)能够降低生菜各部分的重金属镉积累量，除1株·盆-1外其余各牛膝菊种植密度下生菜的各部分镉积累量随牛膝菊密度增加而显著下降。当牛膝菊混植密度为5株·盆-1时，生菜地上部和总镉积累量均降到最低值，较对照(CKS)时分别下降了58.20％、58.46％。因此较之对照(CKS)，混植牛膝菊使生菜各部分对镉元素的积累量显著降低，且牛膝菊种植密度越大，其对生菜镉积累量的改善作用也越大。
[0199] 回归分析结果表明，生菜的各部分镉积累量(Y)与牛膝菊种植密度(X)均呈现一次线性关系，回归方程分别为：地上部Y＝-0.07X+0.64(R2＝0.94，p<0.05)；总积累量Y＝-0.08X+0.71(R2＝0.95，p<0.05)。
[0200] 综上所述，与超富集植物混植有助于改善蔬菜对污染农田中重金属元素的吸收和积累，而对混植超富集材料的密度控制是调控蔬菜体内重金属含量与其最终产量之间平衡的关键。本研究表明，较之生菜单植(CKS)，适宜密度地混植牛膝菊有利于降低生菜体内各部分的镉含量，但牛膝菊过密则会带动生菜对镉元素的吸收；结合产量考虑，混植牛膝菊将改善生菜各部分的镉积累量，影响程度随牛膝菊密度增加而增大。
[0201] 2.3.3生菜营养吸收的影响
[0202] 2.3.3.1全氮含量
[0203] 生菜因其作为农作物的特殊属性，在与牛膝菊混植的种间竞争中对营养元素氮的争夺显示出了绝对优势。与单植生菜的对照处理(CKS)相比，混植牛膝菊密度的增加对生菜体内全氮含量产生先升高后显著下降的影响。当牛膝菊种植密度为1株·盆-1时，生菜对氮元素的吸收得到促进达到最大值，较对照(CKS)增幅为3.20％，变化不显著；当种植5株·-1盆 牛膝菊时生菜体内的全氮含量降至最低值，此时较对照(CKS)降幅为8.49％。所以，较之单植生菜的对照(CKS)，低密度的混植牛膝菊能够促进生菜对氮元素的吸收，但牛膝菊混植密度过大，则会抑制生菜体内的全氮含量水平，且牛膝菊种植密度增大抑制效果加强。
[0204] 回归分析显示，生菜的全氮含量(Y)与牛膝菊种植密度(X)呈现一次线性关系，回2
归方程为：Y＝-0.73X+38.22(R＝0.82，p<0.05)。
归方程为：Y＝-0.73X+38.22(R＝0.82，p<0.05)。
[0205] 2.3.3.2全磷含量
[0206] 与牛膝菊混植后生菜对磷元素的竞争吸收优势不如氮元素。较之生菜单植的对照处理(CKS)，混植牛膝菊显著降低了生菜体内的全磷含量。低密度混植处理时变化不显著，-1牛膝菊密度为4株·盆 开始，生菜对磷元素的吸收受到的抑制逐渐趋于明显。当种植牛膝菊为5株·盆-1时，生菜全磷含量降至最小值，较单植对照(CKS)下降了25.52％。因此，较之单植对照(CKS)，混植牛膝菊(SN)整体上抑制了生菜对磷元素的吸收，且随牛膝菊种植密度增加，抑制效果趋于显著。
[0207] 回归分析表明，生菜的全磷含量(Y)与牛膝菊种植密度(X)呈现一次线性关系，回归方程为：Y＝-0.24X+5.48(R2＝0.90，p<0.05)。
[0208] 2.3.3.3全钾含量
[0209] 在与牛膝菊的种间竞争中生菜吸收钾元素的优势十分明显，其全钾含量变化趋势与氮元素相似。当混植牛膝菊密度不断增加时，生菜体内的全钾含量较之单植对照(CKS)呈现出低促高抑的趋势。当牛膝菊种植1株·盆-1时，生菜的全钾含量略微提高达到最大值，较对照(CKS)处理提高了8.31％，变化显著；但随着牛膝菊种植密度增加，生菜对钾元素的吸收则受到明显抑制。牛膝菊密度为5株·盆-1时，生菜的全钾含量降至最小值，较单植对照(CKS)降低34.16％。可以看出，与单植生菜的对照处理(CKS)相比，适宜密度地混植牛膝菊能够促进生菜对钾的积累，但混植牛膝菊过密，则会降低生菜的全钾含量，且牛膝菊密度越大不利影响越显著。
[0210] 回归分析表明，生菜的全钾含量(Y)与牛膝菊种植密度(X)呈现一次线性关系，回归方程为：Y＝-7.10X+104.06(R2＝0.87，p<0.05)。
[0211] 综上所述，对蔬菜而言三大营养元素在其生长发育和产量建成过程中起到了尤为重要的作用。因与不同密度的牛膝菊混植而形成的种间竞争关系，难免会对生菜吸收土壤中速效养分造成一定的影响，进而导致生菜体内营养元素含量的变化。本发明结果显示，与单植生菜的对照处理(CKS)相比，适宜密度地混植牛膝菊能够促进生菜对除磷元素以外的营养元素的吸收，但牛膝菊种植密度过大则会抑制生菜体内各种营养元素的含量水平，且不利影响随牛膝菊种植密度增大而趋于明显。
[0212] 2.3.4生菜生理生化的影响
[0213] 2.3.4.1超氧化物歧化酶(SOD)与过氧化物酶(POD)活性
[0214] 较之单植生菜的对照(CKS)，与各个密度牛膝菊混植都显著提高了生菜的SOD活性，随着牛膝菊种植密度增加，生菜SOD活性呈现先升高后降低的趋势，差异显著。当牛膝菊种植密度3株·盆-1时，生菜SOD活性达到最大值，较对照(CKS)升高了78.42％；而后的牛膝菊4株·盆-1密度后生菜SOD活性开始下降。除SOD活性较高的牛膝菊2～3株·盆-1之间变化不明显外，其余各处理之间差异均显著。
[0215] 生菜POD活性方面，与单植生菜的对照(CKS)相比，随着混植牛膝菊密度增加，生菜-1POD活性呈现显著地先上升后下降趋势，与SOD活性变化趋势相近。当牛膝菊种植3株·盆时，生菜POD活性达到最大值，较对照(CKS)提高了35.79％；之后随着牛膝菊种植密度增加生菜POD活性开始下降，当种植5株·盆-1牛膝菊时，生菜体内的POD活性降至最低，较对照(CKS)下降了13.90％，升高和降低变化差异均显著。
[0216] 由此可知，在镉污染环境下混植不同密度的牛膝菊对生菜形成了一定的逆境胁迫，启动了其体内的抗氧化防御系统，进而对生菜体内SOD和POD活性产生影响。本研究结果可以看出，较之单植生菜的对照(CKS)，混植牛膝菊密度增加，生菜的SOD和POD活性同时呈现出先上升后下降的趋势，并在牛膝菊3株·盆-1时达到最大值；虽然两种保护酶的变化趋势相近，但整体上POD的响应较SOD略显滞后。
[0217] 2.3.4.2过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性
[0218] 与单植生菜的对照(CKS)相比，各密度混植的牛膝菊均使生菜体内CAT活性显著降低。随着牛膝菊种植密度增加，生菜CAT活性呈先降低后升高，然后又降低的波动性趋势，且差异显著。当牛膝菊种植密度为2株·盆-1时生菜CAT活性降到最低值，较之对照(CKS)降幅为36.91％；之后牛膝菊种植密度的增加显著提高了生菜的CAT活性，种植4株·盆-1牛膝菊时，较对照(CKS)降幅最小为18.11％。
[0219] 而生菜的APX活性变化规律则与CAT活性不尽相同，较之单植生菜的对照处理(CKS)，混植各密度的牛膝菊均显著提高了生菜的APX活性。伴随牛膝菊种植密度增加，生菜APX活性呈波动性上升的变化趋势，差异显著。在牛膝菊种植4株·盆-1的密度下，生菜的APX活性达到最大值，较单植对照(CKS)上升了56.47％，之后生菜APX活性又表现出不显著地下降。
[0220] 从上述变化可以得出，植物体内的抗氧防御系统保护其机体不受氧化损伤的过程本质上是一个动态平衡的氧化-还原过程。试验结果表明，较之单植生菜的对照(CKS)，生菜体内的CAT和APX活性对逆境胁迫的响应在种植牛膝菊2～3株·盆-1时可能具有互补的作用机制；而伴随牛膝菊种植密度增加，在牛膝菊4株·盆-1时二者又呈现相似的受限趋势；虽然两种保护酶的变化规律不尽相同，但整体上同样具有相似的波动性。
[0221] 2.3.4.3光合色素
[0222] 试验结果如表2.7所述，与单植生菜的对照(CKS)处理相比，生菜的三种光合色素均表现出以1株·盆-1密度混植牛膝菊时其含量显著提高；随着牛膝菊混植密度增加，生菜各种光合色素含量逐渐下降；当牛膝菊种植5株·盆-1时，各种光合色素含量又有所提高；混植后的变化除叶绿素b外其他光合色素差异显著。
[0223] 当牛膝菊种植密度为1株·盆-1时，生菜的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素均达到最大值，较对照(CKS)时分别增加19.73％、9.09％和22.71％；此时总叶绿素和叶绿素a/b值也达到最大值，分别较对照(CKS)增加20.40％和9.63％。随着牛膝菊密度增加，生菜各种叶绿素含量逐渐降低，其中叶绿素a、类胡萝卜素和总叶绿素含量下降显著，叶绿素b和叶绿素a/b值变化不明显。在牛膝菊4株·盆-1密度下，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素以及叶绿素a/b值较单植对照(CKS)均降到最低值，较对照(CKS)降幅分别为42.77％、26.83％、46.06％、37.16％以及21.76％。随后牛膝菊混植密度最大时，除叶绿素b上升不显著外，其余各种光合色素指标均显著上升。
[0224] 此外，较之单植生菜的对照(CKS)，试验中叶绿素a/b值的下降趋势说明混植牛膝菊的密度变化对生菜叶绿素a的影响程度大于叶绿素b，而类胡萝卜素在光合色素中的比例偏高则说明混植牛膝菊的密度增大影响生菜对光照的利用效率，进而影响了生菜叶绿素合成，使其叶片呈现出黄化的趋势。
[0225] 综上所述，在生菜受到重金属镉污染和混植牛膝菊的种间竞争两种复合逆境的胁迫下，抗氧化保护酶防御系统针对镉胁迫表现出了相应的适应性和抵抗能力，而以光和色素为主的光合作用则受到了种间竞争的抑制和调控。虽然两种响应的作用机制不尽相同，但同样对筛选适宜的牛膝菊混植密度，实现降低生菜镉积累量的同时平衡其产量和品质保障的研究具有重要意义。
[0226] 表2.7牛膝菊种植密度对生菜光合色素含量的影响
[0227]
[0228] 2.3.5生菜品质指标的影响
[0229] 2.3.5.1维生素C
[0230] 各密度混植的牛膝菊均能使生菜维生素C含量较单植对照(CKS)显著提高。随着牛膝菊种植密度增加，生菜维生素C含量总体呈现先升高后下降趋势，差异显著。当牛膝菊种植4株·盆-1时，生菜维生素C含量达到最大，较对照(CKS)增加了91.58％；在牛膝菊最大种植密度5株·盆-1时，生菜维生素C含量显著下降。
[0231] 所以，较之生菜单植(CKS)，适宜密度的混植牛膝菊对生菜体内维生素C的积累有一定促进作用，而牛膝菊混植密度过大，则会抑制生菜维生素C含量的增加，进而影响生菜的营养品质。
[0232] 2.3.5.2硝态氮
[0233] 试验结果表明，与单植生菜的对照处理(CKS)相比，混植牛膝菊显著的提高了生菜中硝态氮的累积，且牛膝菊混植密度越大，硝态氮含量增加显著。当牛膝菊种植密度为5株·盆-1时，生菜对硝态氮的累积达到最大值，较对照(CKS)增幅为48.88％。因此，生菜与牛膝菊混植(SN)时牛膝菊密度越大，相较生菜单植(CKS)，其对生菜累积硝态氮的促进效果越显著。
[0234] 回归分析结果显示，生菜的硝态氮含量(Y)与牛膝菊种植密度(X)呈现一次线性关系，回归方程为：Y＝41.13X+394.40(R2＝0.98，p<0.05)。
[0235] 2.3.5.3可溶性蛋白
[0236] 与单植生菜的对照处理(CKS)相比，混植牛膝菊能够显著提高生菜体内的可溶性蛋白含量，但随着牛膝菊混植密度增加，生菜的可溶性蛋白含量呈现出显著地先升高后下降的趋势。当牛膝菊种植3株·盆-1时，生菜的可溶性蛋白含量达到最大值，较之单植对照(CKS)增幅为114.79％；随后生菜可溶性蛋白含量开始下降，各种植密度间差异均显著。
[0237] 可以看出，较之单植生菜对照(CKS)处理，混植牛膝菊可以提高生菜体内的可溶性蛋白含量，但混植密度过大，则会限制生菜可溶性蛋白的增加。因此，以适宜的密度混植牛膝菊是控制逆境对生菜机体造成伤害的同时提高生菜营养品质的关键所在。
[0238] 2.3.5.4可溶性糖
[0239] 较之单植生菜的对照(CKS)，与牛膝菊混植后生菜的可溶性糖含量随牛膝菊混植密度的增加，呈现先升高后下降的趋势。当牛膝菊种植1株·盆-1时，生菜可溶性糖含量较对照(CKS)有显著上升，达到最大值且增幅为18.81％。随后牛膝菊密度增加，生菜的可溶性糖含量显著下降。在牛膝菊种植的最大密度5株·盆-1时，生菜的可溶性糖含量降至最低值，较对照(CKS)下降43.94％，差异显著。
[0240] 由此可知，与单植生菜的对照(CKS)相比，低密度的混植牛膝菊可以促进生菜体内可溶性糖含量的提高，而牛膝菊种植密度过大，则导致生菜可溶性糖含量上升受到抑制，进而影响生菜可食用部分的风味和品质。
[0241] 3.3.5.5纤维素
[0242] 与单植生菜的对照(CKS)相比，混植牛膝菊使生菜的纤维素含量上升，且随着牛膝菊混植密度增加影响效果趋于显著。在5株·盆-1的牛膝菊混植密度下，生菜中的纤维素含量达到最大值，较对照(CKS)增加了184.16％，差异显著。所以，混植牛膝菊可以使生菜中的纤维素含量显著提升，且牛膝菊种植密度越大，促进作用越明显。
[0243] 回归分析表明，生菜的纤维素含量(Y)与牛膝菊种植密度(X)呈现一次线性关系，回归方程为：Y＝0.60X+0.74(R2＝0.93，p<0.05)。
[0244] 3讨论
[0245] 3.1牛膝菊种植密度对根际土壤的影响
[0246] 超富集植物牛膝菊也存在与前者相似的特性，试验结果表明随着种植牛膝菊密度增加，根际土壤pH值显著下降而有效镉含量有所提升，根际土壤pH值与有效镉含量呈极显著负相关的关系，这一系列变化导致了植物体内的重金属镉含量增加。
[0247] 本发明这与低pH的情况下土壤中的磷主要以易被植物吸收的H2PO4-形态存在有关。根际土壤的pH值与速效磷含量呈极显著负相关关系，可以理解为牛膝菊种植密度增加其根际分泌物酸化了根际土壤，而根际土壤较低的pH值又增加了速效磷的生物有效性。根际土壤中速效磷含量的增加，促进了植物对磷元素的吸收和积累，以保障牛膝菊利用磷元素缓解重金属镉对其机体毒害的适应对策发挥作用。
[0248] 综上所述，牛膝菊与生菜混植后二者的根际效应在一定程度上改变了根际土壤的各项理化性质，其过程对根际土壤的离子活化效应以及营养元素有效性的改变是提升牛膝菊镉富集特性和保障生菜安全生产的内在基础。通过不同密度牛膝菊与生菜混作对牛膝菊的富集特性和生菜的安全品质进行调控，可以成为实现农田镉污染植物修复和蔬菜安全生产保障平衡的科学新办法。
[0249] 3.2牛膝菊种植密度对其本身的影响
[0250] 不同种植密度牛膝菊与生菜混植后，两种植物的根际分泌物导致根际土壤各项理化性质的改变，进而影响了牛膝菊的生长状况、营养吸收情况以及镉积累特性。
[0251] 本发明结果表明，牛膝菊因其镉超富集植物的特殊属性对镉污染的土壤表现出较强的耐受性，但种植密度增加造成的竞争压力仍导致其各项生长状况受到抑制。与单植牛膝菊相比，混植生菜促进了各密度下牛膝菊的生长发育。与蒋成爱等对东南景天间作大豆、玉米和黑麦草的分析结果相近，低密度牛膝菊和生菜混植时对其本身的生长发育的略微促进，可能是低密度的混植后两种植物分摊了环境中镉对彼此生长发育的毒害作用，进而有更加充足的能量供给参与植株干物质的积累。而高密度混植牛膝菊时其生长发育受到抑制，除了由于植物根际升高的有效镉导致其体内镉含量上升产生的毒害作用以外，还与有限的环境无法满足过多植物个体对光照、水分和营养元素等资源的需求使植物的生长发育受到限制有关，这与Bazaya B.R.等和王旭等对不同植物间混作密度和模式对其生物量的影响关系方面的研究结果相似。
[0252] 与多数的重金属同样抑制植物对磷元素的吸收不同，本发明中伴随牛膝菊种植密度增加，牛膝菊体内的全磷含量却有所增加。这一研究结果引导本发明从新的角度思索超富集植物牛膝菊在镉胁迫下的植物-土壤生态系统中对磷元素利用的特殊途径：首先牛膝菊利用根系分泌物活化土壤中的镉离子使之更易吸收，当植株体内吸收进入大量的重金属镉之后，牛膝菊需要利用丰富的磷与镉离子形成金属磷酸盐，金属磷酸盐在牛膝菊细胞壁与液泡的沉淀作用降低了镉离子在其体内木质部的长距离输送，从而减轻镉对牛膝菊的毒害。基于此本发明认为，牛膝菊的根系分泌物活化根际土壤中镉离子的同时增加了磷元素的有效性，促进了重金属元素镉和营养元素磷同时大量地被牛膝菊吸收，形成了牛膝菊体内各部分镉含量与其全磷含量之间所呈的显著正相关关系，进而使得磷元素参与其对重金属镉的富集和解毒过程。
[0253] 综上所述，本发明从不同密度的牛膝菊与生菜混植后对其本身各项生命活动造成的影响角度考虑，认为低密度即1～3株·盆-1的牛膝菊与生菜混植，在能够维持牛膝菊相对较好的营养吸收和生物量积累的情况下，利用牛膝菊对土壤中重金属镉较高的提取量实现其对镉污染农田更有效的修复。因此，以不同的密度混植牛膝菊在一定程度上对镉污染农田上生菜的安全生产和牛膝菊的植物修复起到了有利地平衡作用。
[0254] 3.3牛膝菊种植密度对生菜的影响
[0255] 两种植物混植后，二者根际土壤各项理化性质的变化，对牛膝菊的生长状况、营养吸收以及镉富集特性造成一定的影响，进而影响了生菜的各项生命活动，最终反映出的生菜产量建成、镉积累特性及营养品质的变化将成为实现生菜安全生产的关键。
[0256] 生菜的产量与其体内的镉含量呈极显著的负相关，说明伴随牛膝菊种植密度增加对生菜生长情况造成影响的内在因素是其体内镉含量的变化。如前文所述，由于混作牛膝菊的超富集植物特性导致其根系分泌物活化了根际土壤中的有效态重金属镉，进而带动了生菜对土壤中镉元素的吸收和积累。但是低密度混植牛膝菊时由于其对环境中镉元素毒害-1的分摊作用，能够降低生菜体内的镉含量。在本发明的10mg·kg 镉污染浓度下生菜可食用部的重金属镉含量在混植牛膝菊1株·盆-1时下降幅度最大，较生菜单植时降低了9.28％。
虽然与牛膝菊混植显著改善了生菜可食用部的重金属镉含量，但在试验设计的浓度和处理下供试生菜仍远超过国家食品污染物限量标准(GB 2762-2005)中规定的镉含量安全标准-1
0.20mg·kg ，说明设计浓度仅适用于控制性试验的理论研究。基于上述结果，可以得出在国家土壤环境质量标准(GB15618-1995)中二级的重金属镉浓度0.60mg·kg-1下，采用本发明所提供的技术方法可以使生菜可食用部的镉含量下降至安全食用标准以下。所以，通过将超富集植物牛膝菊与叶菜类蔬菜生菜混植的方式能够实现镉污染农田中生菜的安全生产。此外，生菜中镉含量的积累根部远大于地上部，说明叶菜类蔬菜的镉积累特性主要存在高耐受和低转运的特点，而Nayek S.等对不同蔬菜的比较性研究也发现了叶菜类蔬菜菠菜在重金属积累分布策略上具有相同的规律。
虽然与牛膝菊混植显著改善了生菜可食用部的重金属镉含量，但在试验设计的浓度和处理下供试生菜仍远超过国家食品污染物限量标准(GB 2762-2005)中规定的镉含量安全标准-1
0.20mg·kg ，说明设计浓度仅适用于控制性试验的理论研究。基于上述结果，可以得出在国家土壤环境质量标准(GB15618-1995)中二级的重金属镉浓度0.60mg·kg-1下，采用本发明所提供的技术方法可以使生菜可食用部的镉含量下降至安全食用标准以下。所以，通过将超富集植物牛膝菊与叶菜类蔬菜生菜混植的方式能够实现镉污染农田中生菜的安全生产。此外，生菜中镉含量的积累根部远大于地上部，说明叶菜类蔬菜的镉积累特性主要存在高耐受和低转运的特点，而Nayek S.等对不同蔬菜的比较性研究也发现了叶菜类蔬菜菠菜在重金属积累分布策略上具有相同的规律。
[0257] 氮、磷、钾作为植物生长所必须的营养元素，在植物多项生命活动中占有重要地位。生菜全氮、磷、钾含量与其产量之间的极显著正相关关系说明三大营养元素在生菜的产量建成中起到十分重要的作用。由于混植后两种植物的根系分泌物改变了根际土壤中的速效养分有效性，虽然作为蔬菜类农作物的生菜在与牛膝菊的养分竞争中占据绝对优势，但伴随牛膝菊种植密度增加，生菜对各项营养元素的吸收和积累仍然受到抑制。本发明认为低密度混植牛膝菊时生菜全氮和全钾含量有所增长是由于牛膝菊对镉的吸收减轻了镉对生菜的毒害作用，从而有利于生菜对养分的竞争吸收的情况；而高密度混植牛膝菊后造成的竞争关系形成了植物对有限营养元素的争夺，导致植物体内的营养元素含量下降。
[0258] 重金属镉污染以及生境竞争两种复合逆境的胁迫启动了生菜体内的抗氧化防御系统。随着混植牛膝菊密度增加，生菜的SOD和POD活性先后表现出先上升后下降的趋势，这种镉胁迫下植物SOD和POD协同作用低促高抑的现象在李清飞等对麻风树的研究和Zhang S.R.等对豨莶的中也有所体现。而另外两种同样存在于叶绿体中的抗氧化保护酶CAT和APX的活性则表现为牛膝菊低密度下生菜CAT活性受到抑制而APX活性上升，中高密度种植牛膝菊时两种酶均出现先上升再下降的趋势，上述植物CAT在较高胁迫下与其他抗氧化保护酶功能互补以及同APX的协同作用与镉胁迫下的印度芥菜、圆锥南芥和荠菜存在一定的相似性。重金属胁迫会抑制植物叶绿素的合成，导致光合作用减弱，进而影响植物生长和代谢活动。而本发明中混植牛膝菊对生菜光能利用效率的影响和重金属镉胁迫的复合逆境，共同导致了生菜各项光合色素含量下降。光合作用受到影响而导致的光合色素变化与生菜的产量建成、镉积累特以及营养品质等各项指标都存在极显著的相关性，说明本发明中光合作用是影响生菜安全生产的主要内在因素之一。此外，与王等在铅对萝卜叶绿素合成影响的研究结果不同，本发明中叶绿素a/b值下降说明混植牛膝菊的密度控制对生菜叶绿素a的影响大于叶绿素b，这可能是由于叶绿素a与光能吸收转化关系更密切、对重金属胁迫更敏感的原因。
[0259] 由于逆境胁迫对生菜各项生理生化特性的影响，导致了其多项品质指标发生变化。本发明中镉胁迫环境下混植牛膝菊密度增加，使得生菜的维生素C和可溶性蛋白含量呈先上升后下降的趋势，其变化规律与赵晓莉等对城市污泥影响生菜生理和品质的研究中结果一致。生菜这两项品质指标与其各种抗氧化保护酶的变化呈极显著的相关，在一定程度上也证明了重金属胁迫和种间竞争的复合逆境启动了生菜生理上的抗逆响应并最终影响了其品质。此外，混植牛膝菊抑制了生菜对光能的有效利用使其光合作用减弱进而对生菜的可溶性糖和硝态氮含量造成了不利影响。生菜的可溶性糖和硝态氮含量同其光合色素含量的变化成极显著相关关系，说明可溶性糖作为光合作用的首要产物，其合成途径与叶绿素的含量息息相关；而硝态氮的积累则是由于生菜光合作用强度降低不能提供足够的有机物和硝酸盐还原所需的能量，从而使得硝态氮在液泡中大量累积，以代替碳水化合物和有机酸作为渗透调节物质维持正常的细胞渗透压。但与徐等对铜胁迫下小白菜品质指标的中观点不同，本发明认为重金属镉胁迫通过降低生菜体内硝酸盐还原酶的活性，抑制硝酸盐的转化过程，进而导致了硝态氮在生菜中的大量累积。对生菜的纤维素含量而言，其含量与生菜的生长情况呈极显著负相关关系，说明逆境导致生菜的生长受到影响使得其茎叶逐渐木质化和纤维化，这与谢等对镉胁迫下小白菜营养品质的研究结果一致。本发明认为，虽然生菜纤维素含量升高是其受逆境胁迫对生长造成不利影响的应激反应，但考虑到较高的纤维素含量对人类的健康有利，所以生菜纤维素含量在一定范围内的升高是可以被接受的试验结果。
[0260] 综上所述，综合考虑不同密度牛膝菊与生菜混植对生菜生长发育、镉积累特性、营养吸收、生理生化以及各项品质的影响，本研究认为在生菜与低密度即1～3株·盆-1的牛膝菊混植的情况下，能够保证生菜的产量建成和营养吸收不受过大影响，并且通过其生理生化的一系列响应，在降低其体内的重金属镉元素含量的同时使其各项品质均有所提高。所以，低密度地混植牛膝菊能够帮助生菜实现低镉积累与优质产量和品质之间的平衡，可以成为兼顾生菜安全生产与农田镉污染高效修复的可靠途径。
[0261] 综上所述，低密度地混植牛膝菊对生菜各项品质的提升有促进作用，但混植密度过大，则会降低生菜的营养和安全品质，且密度越大抑制效果越显著。
[0262] 4结论与展望
[0263] 4.1结论
[0264] 本发明通过分析镉胁迫条件下不同密度的超富集植物牛膝菊与叶菜类蔬菜生菜混植而引起的植物各项生命活动变化规律，分析了牛膝菊种植密度对其镉积累特性及生菜生菜安全的影响。现得出主要结论如下：
[0265] (1)在镉胁迫条件下，以不同的密度的牛膝菊与生菜混植后，两种植物根际土壤中pH值降低，导致土壤阳离子交换量和有效镉含量升高，进而抑制了土壤中速效养分的有效性，但却促进了根际土壤中速效磷含量的提高。说明牛膝菊与生菜通过释放根际分泌物的方式增强彼此的化感作用，改变根际土壤的各项理化性质使之进一步影响植物本身的各项生命活动。根际土壤的离子活化效应以及营养元素有效性的改变成为了提升牛膝菊镉富集特性和保障生菜安全生产的内在基础。
[0266] (2)镉胁迫条件下，低密度的混植牛膝菊有利于两种植物的生长，但牛膝菊种植过密对两种植物的生长状况都产生不利影响。因此，在生菜产量优先的情况下，建议以牛膝菊1株·盆-1的密度与生菜混植，能够达到保证生菜安全高产的同时利用牛膝菊对农田土壤镉较高的提取量实现镉污染农田的高效修复。
[0267] (3)镉胁迫条件下，牛膝菊种植密度增加使其各部分的镉含量都有所提高，种植密度为2～5株·盆-1时牛膝菊的修复能力达到二级标准。生菜与低密度的牛膝菊混植能够降低其对重金属镉的吸收，在混植牛膝菊1株·盆-1时生菜可食用部的镉含量较单植时降低了9.28％。因此，本发明所提供的技术方法能够实现镉污染农田中的生菜安全生产。考虑到修复优先时，推荐混植牛膝菊的密度3株·盆-1，这样既能够一定程度上改善重金属镉在生菜体内的积累，又可以保证牛膝菊对农田镉污染较高的修复效率。
[0268] (4)镉胁迫条件下，种植密度增加对牛膝菊除磷以外的营养元素吸收有所抑制，但对生菜而言，低密度的混植牛膝菊提高了其对氮和钾元素的吸收，但牛膝菊种植过密却降低了生菜体内各项营养元素的积累。基于混植过程中生菜对各项营养元素的绝对竞争优势，本研究认为1～2株·盆-1的混植牛膝菊能够在对生菜营养状况影响不大的情况下，使牛膝菊以相对较为良好的营养状态参与对镉污染农田的修复。此外，本研究还发现磷元素可能在牛膝菊机体对镉毒害的缓解作用过程中起到了重要作用。
[0269] (5)在镉胁迫条件下，当牛膝菊混植密度为2～3株·盆-1时，生菜体内的抗氧化保护酶在镉胁迫下保持着较高且相对稳定的活性，以维持生菜的各项生理活动不受逆境的严重影响；而当混植牛膝菊密度为1～2株·盆-1时，种间竞争对生菜光合作用的减弱所造成的生理代谢影响不大。因此，低密度混植牛膝菊时的生菜在其自身抗逆境生理机制的保护下，可以在被牛膝菊修复的镉污染农田中获得较高的产量和品质。
[0270] (6)在镉胁迫条件下，牛膝菊混植密度的增加造成了生菜维生素C、可溶性蛋白和可溶性糖含量先升后降，而纤维素含量和硝态氮含量持续上升的变化。从整体上以生菜品质优先的角度考虑，在3株·盆-1的密度下混植牛膝菊有利于实现镉污染农田中的生菜生产质量安全与营养品质的平衡保障。同时，可以根据生菜各项品质的优先顺位在低密度1～3株·盆-1范围内对混植的牛膝菊进行调控，以满足市场的多样化需求。
[0271] 综上所述，以低密度的超富集植物牛膝菊与叶菜类蔬菜生菜混作能够在提高牛膝菊对镉污染农田的修复效率同时，降低生菜对重金属镉的积累、提高生菜的产量和品质，并且维持生菜较为理想的营养吸收和生理代谢水平，因此可以作为实现四川地区镉污染农田蔬菜安全生产和生态修复的新技术加以推广与应用。
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