低鎘鉛菜心品種田間試驗(yàn)研究

李俊 ，劉興，彭建兵 ，林泉 ，馬強(qiáng)，衛(wèi)澤斌 ，吳啟堂 *

1. 華農(nóng)—東升生態(tài)環(huán)境修復(fù)聯(lián)合研發(fā)中心/江門泰盛石場(chǎng)有限公司/廣東東升實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510440；

2. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642

廣東省北部礦業(yè)區(qū)和珠江三角洲土壤重金屬污染較嚴(yán)重，為全國(guó)6個(gè)綜合防治先行區(qū)之一（國(guó)務(wù)院，2016）。北部礦業(yè)區(qū)Cd、Pb污染嚴(yán)重，珠江三角洲受到Cd、Ni污染（羅小玲等，2014）。胡小玲等（2006）對(duì)珠海市的7大類61份新鮮葉菜樣品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示，Pb超標(biāo)率達(dá)到8.2%，Cd超標(biāo)率達(dá)到24.6%；秦文淑（2010）通過(guò)對(duì)廣州市區(qū)居民菜市場(chǎng)主要蔬菜采樣測(cè)定，分析其中的Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni等重金屬的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Pb、Cd、Cr為廣州蔬菜主要污染的元素，超標(biāo)率分別為22.2%、13.9%和38.9%。

從植物吸收重金屬能力的種間以及種內(nèi)差異入手，篩選出能夠低富集重金屬元素的作物的種類或品種，在不影響經(jīng)濟(jì)效益以及產(chǎn)量的前提下，盡量推廣種植低積累的作物或品種，以降低產(chǎn)品中重金屬元素的含量（He et al.，2015；鄒素敏等，2017）。

菜心（Brassica parachinensisL.）屬于十字花科蕓薹屬，是華南地區(qū)種植規(guī)模最大的葉菜類蔬菜作物。故而，篩選出低富集Cd、Pb的菜心品種對(duì)降低長(zhǎng)期食用菜心的人群所帶來(lái)的健康風(fēng)險(xiǎn)有重要的意義。徐照麗等（2002）用盆栽試驗(yàn)篩選出低Cd菜心品種。最近，陳惠君等（2016）以37種菜心為實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)土培盆栽試驗(yàn)篩選Cr/Pb相對(duì)高累積和相對(duì)低累積品種，對(duì)篩出品種進(jìn)行水培和鈣離子通道抑制試驗(yàn)，研究相對(duì)低累積品種根系活化、吸收重金屬的能力。結(jié)果表明，特級(jí)粗條和油青四九為 Cr/Pb相對(duì)高累積品種，綠星和極品為Cr/Pb相對(duì)低累積品種。因而有研究者認(rèn)為在輕、中度污染的菜地，通過(guò)選育Cd、Pb低積累菜心品種可以將菜心可食用部分的Cd、Pb濃度控制在允許的范圍之內(nèi)。本文針對(duì)廣東省北部礦業(yè)區(qū)和珠江三角洲的2種典型的Cd/Pb污染農(nóng)田土壤，采用田間試驗(yàn)的方法，在不同的污染和栽培條件下驗(yàn)證已經(jīng)盆栽篩選得到的低Cd菜心品種，同時(shí)增加當(dāng)?shù)仄贩N進(jìn)行田間直接篩選低Cd/Pb的菜心品種，以便在華南地區(qū)污染農(nóng)田應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

菜心品種的篩選試驗(yàn)是在廣東省韶關(guān)市翁源縣，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫20.6 ℃，降水量為1778 mm，光照充足，無(wú)霜期為312 d；廣州市白云區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為22.3 ℃，降水量為、1899 mm、光照充足、無(wú)霜期為341 d。土壤的各項(xiàng)基本理化性質(zhì)詳見(jiàn)下表1。韶關(guān)市翁源縣研究區(qū)土壤的Cd、Pb分別為輕微和重度污染；廣州市白云區(qū) Cd輕微污染，鉛不污染。

選擇種植的菜心品種有CXSH、LGL、ZCCX、CCXW、YL702、CL80、CJ60、TL60，所用的種子均購(gòu)于廣東省農(nóng)科院。其中，LGL、YL702為通過(guò)盆栽篩選得到的低Cd品種，ZCCX為高Cd品種（孫巖，2018），其余為當(dāng)?shù)厥褂玫钠贩N。

試驗(yàn)所需肥料包括有機(jī)肥（廣州市生產(chǎn)力促進(jìn)中心，佛山市三水通力復(fù)合肥有限公司生產(chǎn)）、雞糞（購(gòu)買于韶關(guān)市某養(yǎng)雞場(chǎng)）、復(fù)合肥（N:P:K=15:15:15，廣東拉多美化肥有限公司生產(chǎn)）。防治雜草用抗老化特級(jí)黑色8針黑網(wǎng)（2 m寬，奧峰遮陽(yáng)網(wǎng)編織有限公司）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

翁源縣種植：種植時(shí)間是2017年12月5日，采收時(shí)間2018年3月10日，種植期為97 d。種植品種為L(zhǎng)GL、ZCCX、CCXW、YL702、CJ60、TL60共6個(gè)品種，每個(gè)品種都做3個(gè)重復(fù)，共21個(gè)小區(qū)，通過(guò)隨機(jī)抽簽的方式選擇小區(qū)分布。每塊小區(qū)都起壟，設(shè)計(jì)成長(zhǎng)度為2 m、寬度為1 m的試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)壟面面積2 m2。按當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的種植習(xí)慣，種植菜心之前，先進(jìn)行翻地，以雞糞作為底肥，施用標(biāo)準(zhǔn)為 0.5 kg·m-2，有機(jī)肥與表層土壤充分混勻。然后在每塊小區(qū)上鋪上黑網(wǎng)，使黑網(wǎng)能夠完全把每個(gè)小區(qū)覆蓋，以控制雜草生長(zhǎng)。在黑網(wǎng)上每隔25 cm剪1個(gè)9 cm2（3 cm×3 cm）的正方形洞，采用穴播的方式播種，每個(gè)正方形洞中播5粒種子。播種后，澆充足的水，使土壤充分濕透。種植后，每天傍晚淋水1次，使試驗(yàn)地保持濕潤(rùn)。當(dāng)幼苗真葉展開(kāi)后進(jìn)行第1次間苗，留下2棵長(zhǎng)勢(shì)最好的；隨著幼苗長(zhǎng)大至15 cm時(shí)，再間苗1次，留下一棵長(zhǎng)勢(shì)最好的。種植期間特別注意害蟲黃條跳甲，在長(zhǎng)出幼苗后，每隔10 d噴1次殺蟲劑，直至收獲前2周停止殺蟲。在菜心抽苔初期，每畝（1畝=667 m2）追加復(fù)合肥15 kg，之后每隔一周按相同用量追肥1次，共追肥3次。

白云區(qū)種植：種植時(shí)間是2018年10月30日，采收時(shí)間2019年1月5日，種植期為67 d。種植品種為L(zhǎng)GL、ZCCX、CCXW、YL702、CXSH、CL80共 6個(gè)品種，以有機(jī)肥作為底肥，施用標(biāo)準(zhǔn)為 0.8 kg·m-2，其他部分與上一個(gè)試驗(yàn)種植方式相同。

1.3 樣品的采集與處理方法

樣品采集：待試驗(yàn)田施用底肥之后，種植菜心之前，采集初始土壤的樣品，在每個(gè)小區(qū)中按照對(duì)角線原則設(shè)置5個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)取20 cm深的表層土混合均勻作為該小區(qū)的起始土壤樣品。菜心收獲時(shí)，采集每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇的 3棵長(zhǎng)勢(shì)較好的菜心，分成莖葉和根 2個(gè)部分，帶回實(shí)驗(yàn)室作為待測(cè)植物樣品。

樣品處理：土壤樣品采集后放于通風(fēng)處自然風(fēng)干，然后從每個(gè)土樣中取出40 g左右的土用陶瓷研缽研磨，研磨至土壤的粒徑全部小于0.15 mm，將研磨好的土壤樣本放于封口袋中等待測(cè)量。將每個(gè)小區(qū)收集到的3棵菜心全部的莖葉和根用自來(lái)水沖洗掉泥土，再用雙蒸水潤(rùn)洗，晾干，分別記錄下收集到的不同部分的鮮重，然后將各部分分別剪碎混勻放于紙質(zhì)的大信封中，先在105 ℃烘干箱中殺青30 min，再放置于 65 ℃恒溫箱中徹底烘干。取出后，分別記錄各部分干重，稱取40 g左右樣品用高速粉碎機(jī)粉碎，粉碎至植物粒徑全部小于 0.475 mm，將研磨好的植物樣本放于封口袋中，待測(cè)。

1.4 樣品的測(cè)定方法

植物樣品的測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法 GB5009—2014，用微波消解儀消煮。消煮完成后，Cd、Pb元素用ICP-MS（Agilent Technologies 7700）測(cè)定；Zn、Cu用火焰原子吸收光譜儀（HITACHI Z-2300型）測(cè)定。

土壤樣品的測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T23739—2009，用微波消解儀消煮。消煮完成后，Cd用石墨爐原子吸收光譜儀（HITACHI Z-2700型）測(cè)定，Pb、Cu、Zn的測(cè)定用火焰原子吸收光譜儀（HITACHI Z-2300型）。

表1 土壤基本理化性質(zhì)和重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Main Characteristics and heavy metal contents of studied soils

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的處理在Excel 2007軟件中完成；統(tǒng)計(jì)分析在IBM SPSS Statistics 22軟件中完成，采用單因素方差分析法檢驗(yàn)處理間差異顯著性，顯著性水平設(shè)為P＜0.05。

作物對(duì)重金屬的富集系數(shù)采用下式計(jì)算：

富集系數(shù)=可食用部分的重金屬濃度/土壤中的重金屬濃度

2 結(jié)果分析

2.1 翁源試驗(yàn)區(qū)結(jié)果分析

2.1.1 不同品種菜心的產(chǎn)量和Cd/Pb含量

表2列出了在翁源種植菜心的產(chǎn)量情況，菜心產(chǎn)量差異顯著，較高的有ZCCX和CCXW這2個(gè)品種晚熟品種，產(chǎn)量次高的是YL702和LGL這2個(gè)中熟品種，產(chǎn)量最低的是TL60和CJ60這2個(gè)早熟品種。

表2 不同品種菜心在翁源試驗(yàn)區(qū)的的產(chǎn)量和Cd/Pb含量Table 2 Yield and Cd/Pb contents of different varieties of Brassicaparachinensis planted in Wengyuan experimental site

菜心Cd、Pb含量的情況表明，在本次種植中所有的菜心的Cd指標(biāo)均能達(dá)到食品國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg·kg-1鮮重），也沒(méi)有顯著差異，菜心Cd較低的品種是LGL、TL60和CCXW。菜心中Pb含量較低的品種是TL60和LGL，達(dá)到國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)（0.3 mg·kg-1鮮重），其他4個(gè)品種Pb指標(biāo)未能達(dá)到國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。因此，LGL和TL60可以認(rèn)為是低鎘鉛品種，但是TL60產(chǎn)量較低。

2.1.2 不同品種菜心的富集系數(shù)

菜心可食用部分的富集系數(shù)是衡量菜心富集重金屬的重要參照，因?yàn)樗谝欢ǔ潭壬舷送寥乐亟饘傥廴舅降挠绊憽１?是在翁源試驗(yàn)區(qū)種植的菜心的富集系數(shù)。菜心中Cd的富集系數(shù)變化于0.4—0.6之間，較小的是LGL和TL60。菜心中Pb的富集系數(shù)比Cd小3個(gè)數(shù)量級(jí)，變化于0.0005—0.0009之間，不同品種中較小的是LGL和TL60。

表3 翁源試驗(yàn)區(qū)種植的不同品種菜心對(duì)Cd/Pb的富集系數(shù)Table 3 Concentration factors of different varieties of Brassica parachinensis in Wenyuan experimetal site

2.2 白云試驗(yàn)區(qū)結(jié)果分析

2.2.1 不同品種菜心的產(chǎn)量和Cd/Pb含量

表4列出了在白云區(qū)種植菜心的產(chǎn)量情況，菜心產(chǎn)量差異顯著，較高的有ZCCX和CCXW這2個(gè)晚熟品種，產(chǎn)量次高的是YL702和LGL這2個(gè)中熟品種，產(chǎn)量最低的是CL80這個(gè)早熟品種，晚熟品種CXSH產(chǎn)量也較低。

表4 不同品種菜心在白云試驗(yàn)區(qū)的的產(chǎn)量和Cd/Pb含量Table 4 Yield and Cd/Pb contents of different varieties of Brassica parachinensis planted in Baiyun experimental site

菜心莖葉中Cd含量差別顯著，其中Cd含量較低的是YL702、LGL和CL80這些中早熟品種（表4），含量較高的是ZCCX、CCXW和CXSH這些晚熟品種。菜心莖葉中 Pb的含量差別不顯著，其中含量較低的是LGL、YL702，含量偏高的是CCXH、CCXW這2個(gè)晚熟品種。

2.2.2 不同品種菜心的富集系數(shù)

白云試驗(yàn)區(qū)種植的菜心中Cd的富集系數(shù)變化于0.07—0.22之間（表5），低于翁源試驗(yàn)區(qū)。不同類型的菜心富集系數(shù)差異性顯著，最小的品種為CL80，較小的是YL702和LGL。菜心中Pb的富集系數(shù)變化于0.0003—0.0007之間，與翁源試驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)果相近，不同品種中較小的是YL702和LGL。

表5 白云試驗(yàn)區(qū)種植的不同品種菜心對(duì)Cd/Pb的富集系數(shù)Table 5 Concentration factors of different varieties of Brassica parachinensis in Baiyun experimetal site

3 討論

3.1 不同品種菜心的綜合比較

有關(guān)低Cd菜心品種的室內(nèi)研究已經(jīng)不少（徐照麗等，2002；Wu et al.，2007），但是未在大田驗(yàn)證，也缺乏同時(shí)低積累Cd、Pb的大田品種報(bào)道。本研究在大田模式下進(jìn)行了試驗(yàn)，而且選擇了廣東省二類典型污染土壤作為試驗(yàn)點(diǎn)。在有色金屬礦山污染型Cd/Pb復(fù)合污染農(nóng)田，即翁源縣的試驗(yàn)中，所有的菜心的Cd指標(biāo)均能達(dá)到食品國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，這與李富榮等（2016）的研究結(jié)果相符。然而由于土壤Pb重度污染，菜心Pb含量大部分品種不能達(dá)到食品國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)（菜心鮮樣中Pb含量小于0.3 mg·kg-1），Cd、Pb含量指標(biāo)均較低的是 TL60和LGL，值得進(jìn)一步核實(shí)。這2個(gè)品種為新篩選得到的低Cd/Pb品種，與其他研究者用人為污染土壤通過(guò)盆栽試驗(yàn)得到的品種不同（Qiu et al.，2011）。

在珠江三角洲Cd污染農(nóng)田，即廣州市白云區(qū)種植菜心的試驗(yàn)時(shí)，翁源試驗(yàn)區(qū)種植產(chǎn)量偏低的TL60未找到種子來(lái)進(jìn)一步核實(shí)，種植的6個(gè)品種菜心的Cd、Pb指標(biāo)均能達(dá)到食品國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。富集重金屬Cd、Pb的能力較低的是YL702和LGL，但是，YL702在翁源縣種植Pb不能達(dá)到食品國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。因此，2次大田試驗(yàn)得出的結(jié)果為：LGL為適播期較寬、較高產(chǎn)的低鎘鉛品種。

3.2 菜心成熟期和生長(zhǎng)時(shí)間的影響

白云試驗(yàn)區(qū)與翁源試驗(yàn)區(qū)土壤中總Cd相似，比較這兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)相同品種的菜心莖葉中Cd的含量和莖葉中Cd的富集系數(shù)，發(fā)現(xiàn)在翁源試驗(yàn)區(qū)相同品種的菜心莖葉的Cd的含量明顯超過(guò)在白云試驗(yàn)區(qū)的菜心莖葉（表 2、4），翁源試驗(yàn)區(qū)相同品種菜心莖葉Cd的富集系數(shù)也大于白云試驗(yàn)區(qū)的菜心莖葉。除了前述的土壤pH的影響，白云菜心的生長(zhǎng)時(shí)間為67 d，而翁源菜心的生長(zhǎng)時(shí)間為97 d，翁源菜心的生長(zhǎng)時(shí)間顯著長(zhǎng)于白云菜心，因此，菜心中富集重金屬Cd的濃度可能與菜心生長(zhǎng)的時(shí)間存在聯(lián)系，菜心的生長(zhǎng)周期越長(zhǎng)，富集Cd的濃度越高，這種現(xiàn)象在黑麥草（Lolium perenne）相關(guān)研究中也有報(bào)道（吳啟堂，1993）。

2個(gè)試驗(yàn)區(qū)菜心統(tǒng)一種植到晚熟品種剛好成熟的狀態(tài)，不同類型的菜心富集Cd能力的強(qiáng)弱關(guān)系大致為：晚熟品種（ZCCX、CCXW）≥中熟品種（YL702、LGL）≥早熟品種（TL60、CJ60）（表3、5）。因此，晚熟品種可能富集 Cd較高；其次，中熟品種（YL702、LGL）產(chǎn)量中等，Cd較低（孫巖，2018），但本研究的供試品種還不夠多，還不能得到規(guī)律性的結(jié)論。

4 結(jié)論

通過(guò)2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)田間試驗(yàn)研究，可以得出以下初步結(jié)論：

（1）本次研究所選用的菜心品種在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)Cd輕微污染土壤條件下種植，菜心莖葉的Cd含量均能符合國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg·kg-1鮮重），富集系數(shù)變化于0.1—0.6之間。菜心對(duì)Pb的富集系數(shù)較小，變化于0.0003—0.0009之間，但是在翁源試驗(yàn)區(qū)重度污染土壤條件下種植，一般菜心品種莖葉Pb含量可超過(guò)國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（0.3 mg·kg-1）。

（2）篩選出LGL和TL60為低Pb品種，綜合考慮產(chǎn)量指標(biāo)，最終篩選出LGL為低Cd、Pb品種。

（3）菜心重金屬富集濃度還受生長(zhǎng)期長(zhǎng)度和成熟期類型的影響，需要進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。