四個(gè)玉米品種在鎘污染土壤中的產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

摘 要 采用大田栽培試驗(yàn)的方法，研究了不同玉米品種產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀對鎘污染土壤的響應(yīng)。結(jié)果表明：在鎘濃度為0.86 mg·kg-1的條件下，4個(gè)供試玉米品種的農(nóng)藝性狀在Cd脅迫下存在一定的差異，其中湘農(nóng)玉27號的株高、莖粗、穗位葉葉長均顯著低于湘農(nóng)玉36號、湘農(nóng)玉22號、湘薈玉1號；湘農(nóng)玉27號、湘薈玉1號的穗位葉葉寬顯著低于湘農(nóng)玉36號、湘農(nóng)玉22號。4個(gè)供試玉米品種產(chǎn)量變幅為7 530.09～11 446.85 kg·hm-2，其中湘農(nóng)玉36號顯著高于湘農(nóng)玉27號、湘薈玉1號、湘農(nóng)玉22號。在Cd低積累玉米品種篩選中，可考慮湘農(nóng)玉36號作為供試品種。

關(guān)鍵詞 鎘；玉米品種；農(nóng)藝性狀；產(chǎn)量；湖南省瀏陽市達(dá)滸鎮(zhèn)

中圖分類號：S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.22.012

我國約有7%的耕地土壤受鎘（Cadmium，Cd）污染，且鎘是我國耕地土壤的首要重金屬污染物[1]。2014年的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》表明，土壤中Cd的點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)7.0%，遠(yuǎn)高于Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni等7種重金屬的污染[2]。Cd不僅對玉米的新陳代謝有著十分嚴(yán)重的危害，也是玉米植物體內(nèi)的非必要元素，在玉米生長發(fā)育過程中Cd如果超出一定范圍會產(chǎn)生抑制作用。鎘污染已是制約玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要原因之一，不同程度的鎘污染還直接影響玉米產(chǎn)量和品質(zhì)。有學(xué)者研究表明玉米在Cd脅迫后葉片發(fā)黃，地上地下部分生物量降低，玉米穗的產(chǎn)量下降，甚至籽粒性狀和品質(zhì)性狀均受到影響[3]。研究表明，當(dāng)Cd濃度大于10 μg·g-1時(shí)，會對植物產(chǎn)生危害[4-5]。植物攝取過量Cd時(shí)，多種生理生化過程會直接或間接地被抑制，如呼吸作用、光合作用、細(xì)胞伸長、氮代謝和營養(yǎng)生長，導(dǎo)致生物量降低[6]。玉米是我國主要的糧食、飼料、經(jīng)濟(jì)作物。約9 000年前，玉米由北美洲墨西哥南部地區(qū)的大芻草（Zea mays subspecies parviglumis）馴化而來[7]。迄今為止，人類栽培玉米的歷史有7 000余年[8]。在我國，玉米已成為種植范圍最廣、總產(chǎn)量最高的農(nóng)作物。小麥、水稻和玉米作為全球三大主糧作物，只有玉米是異花授粉C4作物，C4作物具有較高的光合利用效率和巨大的產(chǎn)能潛力，在工業(yè)加工和能源方面也發(fā)揮著積極作用，被稱為21世紀(jì)“谷物之王”[9-10]。玉米產(chǎn)量和品質(zhì)受品種遺傳特性和環(huán)境因素共同影響，并且各性狀之間既相互聯(lián)系又相互制約，某一性狀的改變會導(dǎo)致其他性狀改變。瀏陽市位于湖南省東北部，當(dāng)?shù)厮募痉置?，常年種植玉米。近年來，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，瀏陽市急需高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、適宜機(jī)械化的優(yōu)良品種。為篩選出低鎘積累、適合當(dāng)?shù)胤N植、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)性好、抗逆性強(qiáng)的玉米優(yōu)良品種，以4個(gè)玉米品種為研究對象，開展大田作物常規(guī)管理試驗(yàn)，探索鎘污染土壤對玉米產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2021年在湖南省瀏陽市達(dá)滸鎮(zhèn)進(jìn)行，當(dāng)?shù)貫閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均氣溫18.9 ℃，年日照時(shí)間為1 597.2 h，年降水量為1 377.7 mm。供試土壤為黏質(zhì)土，主要化學(xué)性質(zhì)為pH值4.88、有機(jī)質(zhì)28.10 g·kg-1、堿解氮395.62 mg·kg-1、有效磷7.63 mg·kg-1、速效鉀254.17 mg·kg-1。土壤全Cd含量為0.86 mg·kg-1。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018），瀏陽市基地土壤中Cd含量高于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值。

1.2 供試材料

試驗(yàn)玉米品種分別為湘農(nóng)玉22號、湘農(nóng)玉27號、湘薈玉1號和湘農(nóng)玉36號。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，于2021年在湖南省瀏陽市達(dá)滸鎮(zhèn)播種。每667 m2種植3 200株。播種前劃分小區(qū)，小區(qū)長3.0 m，寬1.2 m，每個(gè)品種3次重復(fù)，共24個(gè)小區(qū)。人工穴播，普通玉米種子每穴2粒，每667 m2施三元復(fù)合肥（有效N、P、K含量均≥15%）50 kg作基肥，二葉一心間苗，三葉一心定苗。玉米生長期間田間管理同普通栽培。

1.4 試驗(yàn)方法

采用隨機(jī)取樣法，于收獲前每個(gè)品種選取10株測量株高、穗位高、莖粗、穗位葉葉長及穗位葉葉寬等農(nóng)藝性狀。

采用隨機(jī)取樣法，每個(gè)小區(qū)取10個(gè)果穗，隨后帶回實(shí)驗(yàn)室晾曬至安全含水量（14.0%）并進(jìn)行考種，測量穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)及百粒重等。

1.5 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Office 2012進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 20.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘污染土壤的不同玉米品種農(nóng)藝性狀的差異分析

由表1可知，在株高方面，4個(gè)玉米品種間湘農(nóng)玉36號最大，湘薈玉1號次之，株高最小的是湘農(nóng)玉27號，湘農(nóng)玉27號顯著低于其他3個(gè)品種。在穗位高方面，湘農(nóng)玉36號最大，其次是湘農(nóng)玉27號，穗位高最小的是湘農(nóng)玉22號，4個(gè)品種間均未存在顯著性差異。在莖粗方面，湘薈玉1號最大，湘農(nóng)玉36號次之，莖粗最小的是湘農(nóng)玉27號，其中湘農(nóng)玉27號顯著低于其他3個(gè)品種。在穗位葉葉長方面，湘農(nóng)玉22號最大，湘農(nóng)玉36號次之，穗位葉葉長最小的是湘農(nóng)玉27號，其他3個(gè)品種顯著高于湘農(nóng)玉27號。在穗位葉葉寬方面，湘農(nóng)玉22號最大，湘農(nóng)玉36號次之，穗位葉葉寬最小的是湘農(nóng)玉27號，其中湘農(nóng)玉22號、湘農(nóng)玉36號顯著高于湘農(nóng)玉27號、湘薈玉1號。在葉面積方面，湘農(nóng)玉22號最大，湘農(nóng)玉36號次之，葉面積最小的是湘農(nóng)玉27號，其中湘農(nóng)玉22號、湘農(nóng)玉36號顯著高于湘農(nóng)玉27號、湘薈玉1號。

2.2 鎘污染土壤的不同玉米品種產(chǎn)量的差異分析

由表2可知，在穗長方面，4個(gè)玉米品種間湘農(nóng)玉36號穗長最大，湘農(nóng)玉27號次之，穗長最小的是湘農(nóng)玉22號，其中湘農(nóng)玉22號顯著低于除湘薈玉1號外的其他2個(gè)玉米品種。在穗粗方面，湘農(nóng)玉36號和湘農(nóng)玉27號的穗粗最大，湘薈玉1號次之，湘農(nóng)玉22號最小，各品種間穗粗未存在顯著性差異。在禿尖長方面，湘農(nóng)玉22號的禿尖長最大，湘農(nóng)玉27號次之，湘農(nóng)玉36號最小，其中湘農(nóng)玉22號顯著高于湘農(nóng)玉36號，但與其他2個(gè)玉米品種相比，未達(dá)到顯著性差異。在行粒數(shù)方面，湘農(nóng)玉36號的行粒數(shù)最大，湘薈玉

1號次之，最小的是湘農(nóng)玉22號，湘農(nóng)玉36號顯著高于其他3個(gè)玉米品種。在穗行數(shù)方面，湘薈玉1號的穗行數(shù)最大，湘農(nóng)玉36號次之，湘農(nóng)玉22號最小，其中湘薈玉1號顯著高于除湘農(nóng)玉36號的其他2個(gè)玉米品種，湘農(nóng)玉22號的穗行數(shù)顯著低于其他3個(gè)玉米品種。在百粒重方面，湘農(nóng)玉36號的百粒重最大，湘農(nóng)玉22號次之，湘薈玉1號最小，其中湘農(nóng)玉36號顯著高于除湘農(nóng)玉22號的其他2個(gè)玉米品種。在產(chǎn)量方面，湘農(nóng)玉36號最大，湘薈玉1號次之，湘農(nóng)玉22號最小，其中湘農(nóng)玉36號顯著高于其他3個(gè)玉米品種。

3 結(jié)論

在鎘污染土壤的條件下，4個(gè)品種產(chǎn)量從高到低依次為湘農(nóng)玉36號、湘薈玉1號、湘農(nóng)玉27號、湘農(nóng)玉22號，平均產(chǎn)量為9 580.15 kg·hm-2，其中湘農(nóng)玉36號產(chǎn)量最高，為11 446.85 kg·hm-2。從供試玉米品種的農(nóng)藝、產(chǎn)量等性狀看，株高、穗位高、穗位葉葉寬、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長、穗粗及百粒重均存在一定的差異，其中湘農(nóng)玉36號在株高、穗位高、穗長、穗粗、行粒數(shù)及百粒重方面均優(yōu)于其余品種。因此，在下一步Cd積累篩選中，可以考慮湘農(nóng)玉36號為低鎘積累品種，該結(jié)果可為選育Cd低累積品種提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] WANG W Z， XU W H， ZHOU K， et al. Research progressing of present contamination of Cd in soil and restoration method[J]. Wuhan University Journal of Natural Science（English Edition），2015，20（5）：430-444.

[2] 崔俊義，馬友華，王陳絲絲，等.農(nóng)田土壤鎘污染原位鈍化修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2017，33（30）：79-83.

[3] 方利平，章明奎，符娟林.外源鉛銅鎘在長三角和珠三角農(nóng)業(yè)土壤中的轉(zhuǎn)化[J].生態(tài)環(huán)境，2005（6）：843-846.

[4] GILL S S，TUTEJA N.Cadmium stress tolerance in crop plants probing the role of sulfur[J].Plant Signaling and" Behavior，2011，6（2）：215-222.

[5] NAGAJYOTI P C，LEE K D，SREEKANTH T V M.Heavy metals，occurrence and toxicity for plants：a review[J].Environmental Chemistry Letters，2010，8（3）：199-216.

[6] HUANG H，XIONG Z T，LI M J，et al.Effect of cadmium and herbicides on the growth，chlorophyll" and soluble sugar content in rice seedlings[J].Wuhan University Journal of Natural" Sciences，2006，11（3）：742-748.

[7] LIU H J，WANG X Q，WARBURTON ML，et al.Genomic，transcriptomic，and phenomic variation reveals the complex adaptation of modern" maize breeding[J].Molecular Plant，2015，8（6）：871-884.

[8] 楊林.陜A群和陜B群選育玉米自交系的穗部性狀遺傳解析[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2021.

[9] LAWRENCE C J，WALBOT V. Translational genomics for bioenergy production from fuelstock grasses：maize as the model species[J].The Plant Cell，2007，19（7）：2091-2094.

[10] WANG L，SUN S Y，JIN J Y，et al.Coordinated regulation of vegetative and reproductive branching in rice[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2015，112（50）：15504-15512.

（責(zé)任編輯：張春雨）