適宜浙南地區(qū)種植的重金屬低積累玉米品種篩選

趙麗芳，黃鵬武，宗玉統(tǒng)，盧升高*

(1.樂清市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 樂清 325600； 2.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058)

農(nóng)田重金屬污染是我國主要的環(huán)境問題之一，污染農(nóng)田的修復(fù)與安全利用是保障我國糧食安全和人民健康的重要任務(wù)。針對中輕度污染農(nóng)田，采用對重金屬低積累的作物品種，使可食用部位重金屬含量達到安全食用標(biāo)準(zhǔn)，是污染農(nóng)田安全利用的重要途徑。研究表明[1-8]，不同玉米品種對重金屬的吸收存在明顯差異，通過種植重金屬低積累的品種，能生產(chǎn)出安全的產(chǎn)品。因此，篩選適合不同區(qū)域的重金屬低積累品種，是實現(xiàn)重金屬污染農(nóng)田安全利用的一條現(xiàn)實可行的途徑。目前，有關(guān)浙江地區(qū)玉米品種的重金屬轉(zhuǎn)運和富集差異性研究較為匱乏。為此，以玉米為材料，采用田間試驗，研究了重金屬在玉米體內(nèi)的積累、轉(zhuǎn)運和富集差異性，試圖篩選出具有重金屬低積累特性的玉米品種，為安全利用重金屬污染耕地提供技術(shù)措施。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗地選擇浙南某Cd和Cu復(fù)合污染耕地，該地由于電鍍酸洗污水污染，土壤全Cd平均含量為0.91 mg·kg-1，全Cu平均含量為187.03 mg·kg-1。根據(jù)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量：農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》，試驗地土壤中Cd和Cu含量超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值。試驗共采用12個玉米品種：銀糯1號、福華甜玉米、彩糯10號、萬糯1號、科甜981、嵊科甜208、香雪糯、東糯4號、珍糯2號、萬糯2000、蘇科糯3號、黃玉米6，均購自當(dāng)?shù)胤N子市場。

1.2 處理設(shè)計與樣品采集

試驗于2018年進行，采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置12個品種處理，3個重復(fù)。按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)模式進行栽培、施肥、耕作等田間管理。玉米成熟后測產(chǎn)采集籽粒、秸稈和根系樣品。根系樣品先用自來水小心洗凈根系泥土，然后用超純水清洗，吸水紙吸干水分。植物樣品在105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒重，分別稱量其生物量。樣品粉碎過100目尼龍篩保存待用。

1.3 重金屬檢測與數(shù)據(jù)處理

植物樣品采用硝酸和高氯酸消化，土壤樣品采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消化，消化均用微波消解儀進行。待測液中Cd用石墨爐原子吸收光譜儀測定，Cu含量用原子吸收光譜儀測定。數(shù)據(jù)處理利用Microsoft Excel 2016軟件，計算重金屬富集系數(shù)及重金屬轉(zhuǎn)運系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米品種籽粒、莖葉和根的重金屬含量

由圖1可見，12個玉米品種籽粒的Cd含量為0.06～0.52 mg·kg-1，最低值與最高值相差近9倍，玉米品種間籽粒Cd含量存在較大差異。根據(jù)食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 2715—2016)，試驗品種中有2個玉米品種籽粒的Cd含量超標(biāo)，其余10個品種的Cd含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)。玉米秸稈Cd含量為0.45～3.21 mg·kg-1，根系為1.12～4.72 mg·kg-1。玉米品種不同部位Cd含量表現(xiàn)為根>莖葉>籽粒。由此分析，根是玉米吸收和儲存重金屬的主要器官，對Cd向地上部運輸起到限制作用。玉米籽粒中Cd積累作用相對較弱的品種，其根系中積累的Cd較高。對籽粒富集Cd的玉米品種如東糯4號和福華甜玉米，其根系往往表現(xiàn)為較低的Cd含量現(xiàn)象。不同玉米品種籽粒、秸稈和根系中的Cu含量，籽粒為4.73～8.30 mg·kg-1，秸稈為7.50～24.46 mg·kg-1，根系為32.89～134.15 mg·kg-1，同樣表現(xiàn)出根>莖葉>籽粒的分布規(guī)律。在試驗的12個品種中萬糯2000、嵊科甜208、福華甜玉米等品種有較高的Cu含量，而萬糯1號、銀糯1號等Cu含量較低(圖2)。

圖1 不同玉米品種籽粒、秸稈和根系中的Cd含量

圖2 不同玉米品種籽粒、秸稈和根系中的Cu含量

2.2 不同玉米品種的重金屬富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)

富集系數(shù)表示重金屬從土壤向玉米各器官的轉(zhuǎn)運程度，莖葉/根轉(zhuǎn)移系數(shù)代表重金屬從根部向莖葉中的轉(zhuǎn)運程度，二者比例越小，表明重金屬從根部向籽粒和莖葉中轉(zhuǎn)運越困難。籽粒/莖葉表示重金屬從莖葉向籽粒中轉(zhuǎn)運的能力，比值越大，表明重金屬越容易從莖葉中向籽粒中轉(zhuǎn)運。由表1可知，玉米籽粒對Cd的富集系數(shù)在0.07～0.58，秸稈的富集系數(shù)在0.51～3.41，根系的富集系數(shù)在1.42～4.92，表明玉米籽粒對Cd具有較低的富集；秸稈—籽粒間的轉(zhuǎn)移系數(shù)在0.05～0.55，根系—籽粒間的轉(zhuǎn)移系數(shù)在0.02～0.43，秸稈—根系間的轉(zhuǎn)移系數(shù)在0.20～2.33，表明土壤中的Cd向上轉(zhuǎn)運的過程中，經(jīng)過玉米根系和秸稈的屏蔽作用，降低了重金屬向籽粒的轉(zhuǎn)移。玉米對Cu的富集系數(shù)表現(xiàn)為根>莖葉>籽粒,同樣地Cu主要積累在玉米根系中。與Cd比較，玉米對Cu的富集更低。

表1 不同玉米品種的重金屬富集系數(shù)

2.3 重金屬低積累玉米品種的篩選

在對重金屬低積累農(nóng)作物品種篩選過程中，除了考慮農(nóng)作物品種體內(nèi)重金屬的含量外，還得綜合考慮農(nóng)作物的產(chǎn)量狀況。田間試驗12個玉米品種的產(chǎn)量為1 860～3 810 kg·hm-2，平均在2 805 kg·hm-2，表明在相同的土壤和管理條件下不同玉米品種的產(chǎn)量存在較大差異。根據(jù)調(diào)查，在這些Cd中度污染農(nóng)田上種植水稻，其糙米中Cd含量往往超過食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)的幾倍。通過篩選低積累重金屬的玉米品種替代水稻種植來減少食物鏈重金屬富集是經(jīng)濟可行的安全利用模式。理想的重金屬低積累作物應(yīng)該同時具備以下特征：該作物可食部位重金屬含量低于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；該作物對重金屬的富集系數(shù)較低(<1)；該作物對重金屬毒害具有較高的耐受性，產(chǎn)量或生物量無明顯下降。因此，綜合考慮玉米產(chǎn)量和污染物積累情況，初步認為銀糯1號、彩糯10號、科甜981、蘇科糯3號等品種屬于重金屬低積累品種。銀糯1號籽粒Cd含量為0.06 mg·kg-1，富集系數(shù)為0.065；彩糯10號Cd含量為0.08 mg·kg-1，富集系數(shù)為0.087；科甜981籽粒Cd含量為0.065 mg·kg-1，富集系數(shù)為0.071；蘇科糯3號籽粒Cd含量為0.08 mg·kg-1，富集系數(shù)為0.087。

3 小結(jié)

本試驗在Cd和Cu復(fù)合污染農(nóng)田研究了12個玉米品種對重金屬的積累情況，發(fā)現(xiàn)不同玉米品種對重金屬的積累存在顯著差異。對Cd積累低的品種同樣具有較低的Cu積累，表明在Cd和Cu復(fù)合污染土壤中低積累玉米品種具有對Cd和Cu的共同抗性，可作為復(fù)合污染農(nóng)田安全利用的作物類型之一。綜合考慮作物的產(chǎn)量和積累情況，篩選出銀糯1號、彩糯10號、科甜981、蘇科糯3號等品種屬于重金屬低積累品種。