紅麻耐土壤重金屬污染品種篩選

李文略，陳常理，駱霞紅，安 霞，朱關(guān)林，金關(guān)榮

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蕭山棉麻研究所, 浙江 杭州 311202)

土壤重金屬污染的修復(fù)是當(dāng)今科學(xué)研究的一個熱門課題，植物修復(fù)技術(shù)是目前應(yīng)用最多、最有發(fā)展前景的修復(fù)技術(shù)。目前，世界上已發(fā)現(xiàn)的超富集植物有500多種[1]，其中一些重金屬耐性強(qiáng)、生長快、生物量大、經(jīng)濟(jì)價值高并有一定的重金屬富集能力的植物被逐步應(yīng)用到重金屬修復(fù)當(dāng)中[2-3]。

紅麻(Hibiscuscannabinus)具有生物量高、適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)和易栽培等特性，其生物量為針葉木材的3～4倍，干物質(zhì)產(chǎn)量最高可達(dá) 20.3 t·hm-2[4-5]，用途涉及麻紡、造紙、建材、麻塑、活性炭、飼料、食用等諸多領(lǐng)域，被視為21世紀(jì)潛在的優(yōu)勢作物[6]。

紅麻具備一定的重金屬土壤修復(fù)能力[5，7]。本研究以7個不同類型紅麻品種為試驗(yàn)材料，在Cd、Zn為主的重金屬污染農(nóng)田上種植，進(jìn)行比較試驗(yàn)，篩選出對重金屬耐性強(qiáng)的品種，為進(jìn)一步研究利用紅麻修復(fù)土壤重金屬污染提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2016年在杭州市某地進(jìn)行，為重金屬污染土壤。參試的紅麻品種共7個：常規(guī)晚熟品種福紅991、晚熟航天誘變品種福紅航992(福建農(nóng)林大學(xué))，晚熟雜交組合H368、晚熟常規(guī)品種湘紅1號(中國麻類研究所)，中熟航天誘變品種航優(yōu)1號、晚熟常規(guī)品種浙8310(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院)，晚熟雜交組合紅優(yōu)2號(廣西大學(xué))。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以品種為處理，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積7.7 m2(5.5 m×1.4 m)，重復(fù)3次。2016年6月6日播種，10月10日收獲，全生育期126 d。栽培管理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行。

1.3 檢測項(xiàng)目

土壤重金屬檢測，采用五分法采集0～20 cm表層土壤樣品，剔除植物殘?bào)w和石塊，混勻后自然風(fēng)干，研磨后過80目篩，委托浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所對土壤樣品中Zn、Cr、Cd、Cu、Ni 5種重金屬全量進(jìn)行檢測。具體方法和指標(biāo)參照總Zn(GB/T 17138—1997)、Cr(HJ 491—2009)、Cd(GB/T 17141—1997)、Cu(GB/T 17138—1997)、Ni(GB/T 17139—1997)的方法。

植株收獲期考查各小區(qū)有效莖數(shù)，每個小區(qū)選取有代表性20株考查株高、莖粗、鮮皮厚、鮮葉重、鮮麻骨重、鮮麻皮重等。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SAS 9.2軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量

由表1可知，試驗(yàn)地土壤為弱堿性，5種重金屬檢測值均超過全國土壤元素背景值，其中土壤重金屬Cd和Zn嚴(yán)重超標(biāo)。重金屬Cd含量達(dá)到11.1 mg·kg-1，高出土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)[8]10.1倍，是全國土壤元素背景值[9]的114.4倍；重金屬Zn含量則超過土壤環(huán)境Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)約46.1%，是全國土壤元素背景值的5.9倍；重金屬Cr含量接近土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)；其他2種重金屬Ni和Cu含量均未超過土壤環(huán)境Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，分別是中國土壤元素背景值的1.3倍和2.1倍。

表1 試驗(yàn)地土壤重金屬含量情況

2.2 紅麻生物量及農(nóng)藝性狀

由表2可知，不同紅麻品種對重金屬污染土壤的適應(yīng)性不同，適應(yīng)性最好的是H368，生物量達(dá)到 76.22 t·hm-2；其次是福紅航992，為62.90 t·hm-2；以下依次是福紅991、航優(yōu)1號、浙8310和紅優(yōu)2號，分別為60.12、57.68、56.70和56.35 t·hm-2；湘紅1號最差，僅為49.21 t·hm-2。H368生物量比其他品種增產(chǎn)21.2%～54.9%，鮮麻葉、鮮麻骨和鮮麻皮產(chǎn)量比其他品種分別增產(chǎn)14.8%～87.5%、12.9%～39.5%和25.1%～61.1%。

表2 7個紅麻品種生物量表現(xiàn)

注：同列數(shù)據(jù)后無相同字母表示經(jīng)Duncan法統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。表3同。

表3表明，各品種經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)不一，有效株數(shù)、株高均存在顯著差異。生物量最佳品種H368株高356.3 cm，比其他品種高6.5%～13.0%，達(dá)顯著水平；莖粗14.4 mm，皮厚89.7 μm，也優(yōu)于其他品種。紅優(yōu)2號有效株數(shù)最多，達(dá)到24.782萬株·hm-2，但株高最低，僅為315.4 cm，較H368低40.9 cm。湘紅1號生物量最低，主要原因在于有效株數(shù)最少。

表3 7個紅麻品種經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)

3 小結(jié)與討論

紅麻因其適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)、生物產(chǎn)量高、用途廣，且產(chǎn)品不進(jìn)入食物鏈，被認(rèn)為是一種理想的重金屬污染農(nóng)田修復(fù)材料。王玉富[5]發(fā)現(xiàn)種植紅麻的Cd污染土壤，Cd含量以每年347 g·hm-2的速度下降，且植株葉片中Cd含量高達(dá)52.3 mg·kg-1；當(dāng)土壤中Pb濃度為100～400 mg·kg-1時，紅麻對重金屬Pb的富集系數(shù)可達(dá)1～3，85%重金屬積累在根部；Arbaoui等[10]研究發(fā)現(xiàn)，紅麻莖部重金屬的富集系數(shù)高于玉米，可達(dá)0.704。本試驗(yàn)中，在重金屬Cd和Zn嚴(yán)重污染的土壤上，紅麻的生物量集中在49.21～76.22 t·hm-2，也充分驗(yàn)證了紅麻對重金屬污染土壤適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

目前關(guān)于紅麻修復(fù)污染土壤的報(bào)道，多以單一品種為主，而不同品種紅麻耐土壤重金屬污染的能力不同，鮮有紅麻品種間耐土壤重金屬污染的報(bào)道。本試驗(yàn)以7個紅麻品種為試驗(yàn)材料，種植在Cd(11.1 mg·kg-1)、Zn(438 mg·kg-1)污染土壤上，結(jié)果表明，雜交組合H368在生物量、株高等方面顯著優(yōu)于其他品種，鮮生物量可達(dá)76.22 t·hm-2，各經(jīng)濟(jì)性狀分別為：株高356.3 cm，莖粗

14.4 mm，為高耐土壤重金屬污染品種；福紅航992、福紅991、航優(yōu)1號、浙8310和紅優(yōu)2號，鮮生物量在56.35～62.90 t·hm-2，為中耐土壤重金屬污染品種；湘紅1號鮮生物量為49.21 t·hm-2，為低耐土壤重金屬污染品種。

[1] 范占煌, 董國云. 重金屬污染土壤植物修復(fù)治理與農(nóng)業(yè)利用研究進(jìn)展[J]. 資源節(jié)約與環(huán)保, 2015 (2): 167-169.

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[3] 佘瑋, 揭雨成, 邢虎成, 等. 湖南石門、冷水江、瀏陽3個礦區(qū)的苧麻重金屬含量及累積特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(3): 874-881.

[4] 陶愛芬, 張曉琛, 祁建民. 紅麻綜合利用研究進(jìn)展與產(chǎn)業(yè)化前景[J]. 中國麻業(yè)科學(xué), 2007, 29(1): 1-5.

[5] 王玉富. 黃麻、紅麻在重金屬污染耕地修復(fù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015 (8): 49-52.

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[8] 國家環(huán)境保護(hù)局科技標(biāo)準(zhǔn)司. 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):GB 15618—1995[S]．北京: 科學(xué)出版社，1995．

[9] 國家環(huán)境保護(hù)局．中國土壤元素背景值[M]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990．

[10] ARBAOUI S, EVLARD A, MHAMDI M W, et al. Potential of kenaf(HibiscuscannabinusL.)and corn(ZeamaysL.)for phytoremediation of dredging sludge contaminated by trace metals[J]. Biodegradation, 2013, 24(4)：563-567.