鎘低積累玉米水稻品種的篩選

董欣欣 孫保亞 楊雙 王月 郭志磊 劉彥 陳曄

(沈陽市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研發(fā)服務中心(沈陽市農(nóng)業(yè)科學院)，遼寧 沈陽 110034)

同一植物的不同品種對重金屬的吸收積累存在一定差異。張洋等對32個不同油菜品種鎘(Cd)吸收累積特征的研究發(fā)現(xiàn)，不同品種之間積累Cd的能力存在顯著差異。很多谷類作物吸收重金屬的能力也存在品種差異。對43個不同品種的水稻盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，Cd含量在常規(guī)秈稻精米、稻谷中最高，而在常規(guī)粳稻中最低。類似的盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，46個不同水稻品種糙米含Cd量差異顯著，變化范圍在0.428～2.558mg·kg-1。作物吸收重金屬的種間差異在大白菜、馬鈴薯、玉米中均有體現(xiàn)。

本試驗篩選對重金屬Cd低積累的玉米、水稻品種，使之適合種植在中、低污染農(nóng)田土壤中，其可食部的重金屬含量達到國家食品安全生產(chǎn)標準的要求，并將這類品種在沈陽市推廣種植，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的安全種植生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所的沈陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測站(新民屯站區(qū))：土壤pH6.49，有機碳17.0g·kg-1，CEC為17.25cmol·kg-1，全氮1.71g·kg-1，全磷1.62g·kg-1，全鉀20.0g·kg-1，總鎘1.30mg·kg-1。

沈陽市于洪區(qū)閘上村：土壤pH6.40，有機碳16.6g·kg-1，CEC為23.88cmol·kg-1，全氮1.53g·kg-1，全磷0.77g·kg-1，全鉀20.05g·kg-1，總鎘0.45mg·kg-1。

1.2 試驗材料

供試玉米品種和水稻品種均為近年在沈陽市普遍種植的品種，見表1、2。

表1 參試玉米品種名稱

1.3 試驗設計

玉米品種篩選試驗在中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所的沈陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測站(新民屯站區(qū))進行，每個品種設3次重復，78個小區(qū)，每個小區(qū)面積60m2，隨機區(qū)組排列，雙粒點播，田間管理措施和正常生產(chǎn)一致。

水稻品種篩選試驗在沈陽市于洪區(qū)閘上村進行，每個品種設3次重復，60個小區(qū)，每個小區(qū)面積60m2，隨機區(qū)組排列，人工插秧，田間管理措施和正常生產(chǎn)一致。

表2 參試水稻品種名稱

1.4 樣品的采集與分析

田間土壤采用隨機5處梅花點分布法取樣，均勻混合，低溫(4℃)保存及風干處理備用；玉米、水稻樣品采用5點“Z”型隨機取樣法采集，玉米、水稻風干脫粒后備用。

土壤基本性質(zhì)測定參照鮑士旦等研究方法；土壤鎘含量按照國家標準(GB/T-1997)采用HCl-HNO3-HF-HClO3消解，火焰原子吸收光譜儀測定；土壤有效鎘含量采用0.1mol·L-1的鹽酸浸提，電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-OES)進行測定；玉米籽粒鎘含量采用HNO3-H2O2法(5∶1，V/V)消解，原子吸收分光光度計進行測定；水稻籽粒鎘含量按照農(nóng)業(yè)部標準(NY147-88)，采用HNO3-HClO4消解，石墨爐原子吸收光度計測定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

應用Excel 2007、SPSS 16.0(Chicago、IL、USA)等軟件進行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析和作圖，差異顯著性采用Duncan法進行檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米品種籽粒、莖葉對鎘的累積比較

不同玉米品種籽粒中鎘含量符合GB2715-2005的規(guī)定(≤0.1mg·kg-1)，見表3。其中，“狀元985”籽粒中鎘含量最高，為0.019mg·kg-1；“富友9”籽粒中鎘含量最低，為0.004mg·kg-1。此外，不同玉米品種之間籽粒中鎘累積量的變異系數(shù)為47.59%，說明26個供試玉米品種籽粒吸收累積鎘的差異性明顯。玉米籽實含鎘量的頻次分布見圖1，由圖1可知，玉米籽實大多數(shù)品種含鎘量在0.004～0.008mg·kg-1。

圖1 不同含鎘量范圍供試26種玉米籽實樣本數(shù)分布

根據(jù)前期研究表明，玉米莖葉部鎘含量在成熟期最高。本試驗僅采集成熟期玉米莖葉測定不同品種玉米莖葉中鎘含量，結(jié)果表明，玉米莖葉中鎘含量變化趨勢與玉米籽粒中鎘含量變化趨勢不同，“東單1331”莖葉中鎘含量最高，為0.759mg·kg-1；“東單1501”莖葉中鎘含量最低，為0.096mg·kg-1，見表3。

表3 不同玉米品種籽粒和莖葉中鎘含量

2.2 不同玉米品種籽粒對鎘的富集能力比較

富集系數(shù)(BCF)是衡量植物對重金屬積累能力大小的一個重要指標，是指植物體內(nèi)某種重金屬含量與土壤中該種重金屬含量的比值，富集系數(shù)越大，說明富集能力越強。玉米籽粒富集系數(shù)是指玉米籽粒中重金屬含量與土壤中重金屬含量的比值。通過對不同品種玉米籽粒對鎘的富集系數(shù)進行分析可知，大部分玉米籽粒對鎘的富集能力較弱，富集系數(shù)小于0.01，富集能力最弱的是“富友9”，其次是“東單1501”、“東單90”、“鐵研368”、“東單60”。其中，“狀元985”、“東單1331”、“丹玉405”、“明玉260”、“東單118”和“明玉178”對鎘的富集能力較強，富集系數(shù)大于0.01，見表3。

2.3 不同水稻品種糙米對鎘的累積比較

不同水稻品種糙米中鎘含量分析見表4。20個糙米品種中鎘含量極差值達到3.7倍，變異系數(shù)38.26%，說明不同品種水稻籽粒對鎘的積累存在明顯的差異，也表明篩選低吸收、低積累鎘的水稻品種是可行的。糙米含鎘量的頻次分布見圖2，由圖2可知，糙米含鎘量遵循正態(tài)分布規(guī)律，大多數(shù)品種含鎘量在0.04～0.08mg·kg-1。

表4 供試20種水稻糙米含鎘量統(tǒng)計

圖2 不同含鎘量范圍供試20種水稻糙米樣本數(shù)分布

2.4 不同水稻品種糙米對鎘的富集能力比較

根據(jù)表5中不同品種水稻糙米對鎘的富集系數(shù)進行分析可知，“鹽939”糙米對鎘的富集能力最強，富集系數(shù)為0.29；“隆66”糙米對鎘的富集能力最弱，富集系數(shù)為0.11。同時水稻對鎘的富集能力顯著高于玉米對鎘的富集能力，見表3、5。

表5 不同水稻品種糙米對鎘的富集系數(shù)

2.5 不同水稻品種產(chǎn)量性狀的比較

不同品種水稻產(chǎn)量見表6。由表6可知，“遼399”、“美鋒稻225”產(chǎn)量最高，為675kg·667m-2，較“隆66”高33.33%，但“隆66”糙米的鎘含量低于“遼399”和“美鋒稻225”糙米的鎘含量。這與前人的“高產(chǎn)伴隨高鎘”的研究結(jié)論相一致，本研究中鎘含量最高值是“鹽939”糙米為0.128mg·kg-1，其產(chǎn)量卻在中位水平。故水稻產(chǎn)量性狀與鎘積累能力的關(guān)系需要進一步研究。

表6 不同水稻品種產(chǎn)量性狀

3 結(jié)論

在鎘污染土壤中進行鎘低積累玉米、水稻品種篩選試驗。試驗結(jié)果表明，參試玉米籽粒鎘含量在0.004～0.019mg·kg-1，參試水稻糙米鎘含量在0.035～0.128mg·kg-1。試驗在土壤鎘含量為1.30mg·kg-1的條件下種植玉米、在土壤鎘含量為0.45mg·kg-1條件下種植水稻，其籽粒和糙米中鎘含量最高值分別為0.019mg·kg-1和0.128mg·kg-1，均符合《GB2715-2005糧食衛(wèi)生標準》中污染物限量標準。結(jié)合不同玉米、水稻品種對土壤中鎘積累能力和農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟效益分析，篩選出玉米低積累品種為“富友9”、“東單1501”、“東單90”、“鐵研368”和“東單60”；水稻低積累品種為“遼399”、“美鋒稻225”、“遼212”和“遼1499”。這些品種可作為中、輕度鎘污染地區(qū)玉米、水稻品種推廣種植。