云南某礦區(qū)周邊重金屬鎘低積累、高產(chǎn)玉米品種篩選研究

楊牧青 和麗萍 魏恒 曾沛藝 和淑娟 唐嫚

摘要 以20個(gè)玉米品種為試驗(yàn)材料，通過田間小區(qū)試驗(yàn)，分析農(nóng)田土壤pH為堿性、重金屬Cd污染土壤條件下，不同玉米品種產(chǎn)量及籽粒中重金屬Cd含量差異性。研究結(jié)果表明：研究區(qū)20個(gè)玉米品種產(chǎn)量間存在差異性，金秋玉35、五谷3861、勝玉8號(hào)、羅單299、墾玉1505、會(huì)玉336產(chǎn)量較高，優(yōu)先推薦種植；20個(gè)玉米品種對(duì)重金屬Cd累積性差異較大，康農(nóng)20和康農(nóng)玉007這2個(gè)玉米品種籽粒中Cd含量超過標(biāo)準(zhǔn)限值，其余18個(gè)品種均未超標(biāo)，五谷3861、會(huì)玉336、誠信5號(hào)3個(gè)品種對(duì)重金屬Cd累積性最低；綜合玉米產(chǎn)量及重金屬Cd的累積性，金秋玉3、五谷3861、會(huì)玉336建議在當(dāng)?shù)貎?yōu)先推廣種植，具有高產(chǎn)及Cd低積累特性，能有效保障當(dāng)?shù)剞r(nóng)用地安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 玉米；低積累；品種篩選；鎘

中圖分類號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）02–0007-03

“萬物土中生，有土斯有糧”，土是農(nóng)業(yè)最基本的生產(chǎn)資料，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，是不可再生的自然資源，干凈的土更是糧食質(zhì)量安全的重要保障。隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，大量重金屬等污染物通過污灌、大氣沉降、過量施用化肥農(nóng)藥等途徑進(jìn)入土壤環(huán)境，土壤重金屬污染本身具有隱蔽性和滯后性，土壤中重金屬等有毒有害物質(zhì)不斷累積，造成生態(tài)環(huán)境遭到破壞、土壤環(huán)境質(zhì)量退化、食用農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)等問題[1]。據(jù)全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)顯示[2]，全國16%土壤面積遭污染，農(nóng)用耕地方面的污染面積占比達(dá)19.4%，其中Cd超標(biāo)點(diǎn)位占比7%，為最高，整體形勢(shì)堪憂。農(nóng)用地重金屬主要累積在耕作層，重金屬具有特有的物理性質(zhì)，在土壤環(huán)境中非常難以被生物降解，土壤中的重金屬從一定程度上來說“只進(jìn)不出”，不斷累積。其中的有效態(tài)，即可交換態(tài)可以被農(nóng)作物吸收，在農(nóng)產(chǎn)品中富集，最終通過食物鏈進(jìn)入人體內(nèi)不斷積累，導(dǎo)致慢性中毒，可對(duì)人體產(chǎn)生相當(dāng)大的危害[3]。

云南礦產(chǎn)儲(chǔ)量大、礦種多，被譽(yù)為“有色金屬王國”。該礦區(qū)采、選礦等活動(dòng)歷史悠久，同時(shí)由于當(dāng)時(shí)落后的生產(chǎn)工藝，環(huán)保設(shè)施不完善，環(huán)保管理薄弱等因素，使礦區(qū)周邊及流域下游農(nóng)用地土壤受到污染，農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。如何有效保障農(nóng)用地安全生產(chǎn)成為了土壤修復(fù)的焦點(diǎn)，目前土壤修復(fù)技術(shù)很多，但是能滿足“易推廣、成本低、效果好”的農(nóng)用地修復(fù)技術(shù)主要為品種替代，即種植重金屬耐性強(qiáng)，低積累品種種植[4～6]。李貴杰等[7]在粵北礦業(yè)活動(dòng)區(qū)通過研究14個(gè)玉米品種發(fā)現(xiàn)，不同玉米吸收累積重金屬As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn有顯著差異，篩選出3個(gè)低積累玉米品種。趙麗芳等[8]在浙南地區(qū)在14個(gè)玉米品種中篩選出3個(gè)玉米品種，并發(fā)現(xiàn)不同器官Cd含量由高到低依次為根＞莖葉＞籽粒。雷恩等[9]和杜彩艷等[10]在個(gè)舊篩選出適宜當(dāng)?shù)氐头e累玉米品種。很多研究都表明低積累玉米品種的篩選對(duì)農(nóng)用地安全利用有重要意義，但是由于不同玉米品種區(qū)域適宜性差異性大，其他地區(qū)研究成果難以跨區(qū)域有效應(yīng)用。本研究借鑒以往的研究方法，篩選Cd低積累的同時(shí)，兼顧農(nóng)民最關(guān)注的產(chǎn)量因子，加強(qiáng)玉米品種可推廣性，旨在篩選出適宜當(dāng)?shù)谻d低積累、高產(chǎn)玉米品種，助力實(shí)現(xiàn)農(nóng)用地安全利用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

于2020年5月在云南某礦區(qū)周邊Cd污染農(nóng)田治理修復(fù)試點(diǎn)項(xiàng)目區(qū)開展。在該試驗(yàn)區(qū)按照網(wǎng)格均勻布點(diǎn)共布設(shè)12個(gè)土壤采樣點(diǎn)位，采集耕作層表土。土壤Cd含量平均值為1.3 mg/kg，超過土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—2018）中風(fēng)險(xiǎn)篩選值0.6 mg/kg，種植農(nóng)產(chǎn)品存在不符合質(zhì)量安全的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)，且土壤中有效態(tài)Cd含量平均值為0.54 mg/kg，占全量比平均值為45.29%，總體占比較高。土壤基本理化性質(zhì)及重金Cd含量見表1～表2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置20個(gè)玉米品種處理，誠信5號(hào)和龍生16為在云南蘭坪篩選出的鎘低積累品種，其余18個(gè)玉米品種均為試驗(yàn)區(qū)所在地種子站出售品種，每個(gè)品種3組重復(fù)，即一共60組（含對(duì)照），小區(qū)面積40 m2，長寬比例范圍（2～5）∶1，試驗(yàn)區(qū)盡量設(shè)置為長10 m、寬4 m的長方形狀，合計(jì)面積約2 400 m2。各試驗(yàn)組采用隨機(jī)分布，按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行栽種、施肥、耕作等田間管理。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤樣品采集：玉米栽種前在試驗(yàn)地網(wǎng)格取樣布點(diǎn)采集0～20 cm耕作層土壤，風(fēng)干后樣品置于瑪瑙球磨機(jī)進(jìn)行研磨，使樣品全部通過0.15～0.4 mm的尼龍篩，混合均勻裝袋。土壤pH值、有機(jī)質(zhì)等理化性質(zhì)指標(biāo)按照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》規(guī)定方法測(cè)定，Cd測(cè)定采用石墨爐原子吸收分光光度（GFAA）法測(cè)定。

玉米產(chǎn)量測(cè)定及樣品采集：在玉米成熟后，在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)選擇3個(gè)4 m2玉米長勢(shì)較為均勻的區(qū)域?yàn)?個(gè)單元，單元區(qū)塊避免與相鄰實(shí)驗(yàn)小區(qū)保持適當(dāng)距離，避免邊界影響，采集單元內(nèi)玉米棒，然后現(xiàn)場(chǎng)脫粒裝袋稱重取平均值，然后計(jì)算玉米實(shí)際產(chǎn)量。最后采集玉米籽粒樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室65 ℃左右輔熱烘干，烘干后樣品置于瑪瑙球磨機(jī)進(jìn)行研磨，使樣品全部通過0.25～0.40 mm的尼龍篩，混合均勻裝袋。玉米樣品采用混合酸HNO3+HClO4（4∶1）消解制備成待測(cè)液，Cd測(cè)定采用石墨爐原子吸收分光光度（GFAA）法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)及圖表采用Microsoft Excel 2019和SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行制作及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米籽粒重金屬差異性分析

20個(gè)玉米品種籽粒中重金屬Cd測(cè)定結(jié)果如下表所示，Cd含量范圍為0.295～0.007 mg/kg，最大值含量品種為康農(nóng)玉007，最小值含量品種為五谷3861，2個(gè)品種相差約72倍，不同玉米對(duì)重金屬Cd累積差異性較大，研究結(jié)果與以往研究結(jié)果基本一致，相同作物不同品種間對(duì)重金屬的累積性也存在較大的差異性，選擇重金屬累積性較低的品種在農(nóng)用地土壤重金屬超標(biāo)區(qū)域種植，是有效保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要途徑。

根據(jù)重金屬Cd累積性分類主要可以分為2類，第一類為康農(nóng)20和康農(nóng)玉007，平均含量為0.245 mg/kg，對(duì)重金屬Cd的累積性較強(qiáng)?，F(xiàn)行的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017 ）中玉米重金屬Cd限量值為0.1 mg/kg，康農(nóng)20和康農(nóng)玉007中重金屬含量分別為0.295和0.195 mg/kg，遠(yuǎn)超過農(nóng)產(chǎn)品污染物限量，超標(biāo)倍數(shù)分別為2.95和1.95，超標(biāo)占比為10%。對(duì)人體直接或間接健康存在較高安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，應(yīng)禁止在當(dāng)?shù)赝茝V種植。

其余18個(gè)品種可歸為一類，平均含量為0.021 mg/kg，低于玉米籽粒中污染物限量0.1 mg/kg，對(duì)重金屬Cd累積性較低，尤其是誠信5號(hào)、會(huì)玉336、五谷3861等品種，安全生產(chǎn)達(dá)標(biāo)率為90%，通過玉米品種篩選并推廣，剔除重金屬Cd超標(biāo)及鄰近超標(biāo)品種，能有效實(shí)現(xiàn)土壤重金屬Cd超風(fēng)險(xiǎn)篩選值農(nóng)用地全利用。

2.2 不同玉米產(chǎn)量差異性分析

試驗(yàn)地種植20個(gè)玉米品種產(chǎn)量差異明顯，產(chǎn)量區(qū)間為11.84～6.87 t/hm2，平均產(chǎn)量為9.40 t/hm2，標(biāo)準(zhǔn)差為1.24 t/hm2，

變異系數(shù)為0.1324，不同玉米品種間產(chǎn)量存在差異，但是變化不顯著，這與品種本身以及土壤環(huán)境適應(yīng)性差異有關(guān)系。產(chǎn)量最高的為金秋玉35，最低的為康農(nóng)20（圖2～圖3）。

針對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行聚類分析可分為4類。

第1類：金秋玉35，產(chǎn)量為11.84 t/hm2，產(chǎn)量為所有玉米中最高，明顯高于平均產(chǎn)量。

第2類：五谷3861、勝玉8號(hào)、羅單299、墾玉1505、會(huì)玉336，一共5個(gè)玉米品種，平均產(chǎn)量為10.68 t/hm2。

第3類：康農(nóng)玉007、云金1號(hào)、勝玉10號(hào)、大天1號(hào)、富華3號(hào)、贊玉2009、誠信5號(hào)，一共7個(gè)玉米品種，平均產(chǎn)量為9.48 t/hm2。

第4類：會(huì)單888、羅單297、華玉11、大天006，共4個(gè)玉米品種，平均產(chǎn)量為8.63 t/hm2。

第5類：龍生16號(hào)、西抗18、康農(nóng)20，一共4個(gè)玉米品種，平均產(chǎn)量為7.29 t/hm2。

綜上，從產(chǎn)量差異角度，金秋玉35、五谷3861、勝玉8號(hào)、羅單299、墾玉1505、會(huì)玉336產(chǎn)量明顯高于其他14個(gè)品種。

2.3 小結(jié)

綜合玉米產(chǎn)量及重金屬Cd的累積情況，金秋玉35、五谷3861、會(huì)玉336、勝玉8號(hào)、墾玉1505、羅單297等品種產(chǎn)量較高，且籽粒中重金屬鎘相對(duì)較低，建議在當(dāng)?shù)赝茝V種植，尤其金秋玉35、五谷3861、會(huì)玉336具有高產(chǎn)及Cd低積累特性，能有效保障當(dāng)?shù)剞r(nóng)用地安全生產(chǎn)。

3 結(jié)論

研究區(qū)20個(gè)玉米品種產(chǎn)量間存在差異性，金秋玉35、五谷3861、勝玉8號(hào)、羅單299、墾玉1505、會(huì)玉336產(chǎn)量較高。

研究區(qū)20個(gè)玉米品種對(duì)重金屬Cd累積性差異較大，康農(nóng)20和康農(nóng)玉007這2個(gè)玉米品種籽粒中Cd含量超過GB 2762—2017標(biāo)準(zhǔn)，其余18個(gè)品種均未超標(biāo)，五谷3861、會(huì)玉336、誠信5號(hào)3個(gè)品種對(duì)重金屬Cd累積性最低。

（3）綜合玉米產(chǎn)量及重金屬Cd的累積性，金秋玉35、五谷3861、會(huì)玉336具有高產(chǎn)及Cd低積累特性，建議優(yōu)先在當(dāng)?shù)赝茝V種植，能有效保障當(dāng)?shù)剞r(nóng)用地安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁竹紅，尹大強(qiáng)，胡忻，等.礦區(qū)附近農(nóng)田土壤中重金屬和礦質(zhì)元素浸提研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（5）：1774-1778.

[2] 陳能場(chǎng)，鄭煜基，何曉峰，等.《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》探析[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，36（9）：1689-1692.

[3] 崔巖山，陳曉晨.土壤中鎘的生物可給性及其對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].環(huán)境科學(xué)，2010，31（2）：403-408.

[4] Zhang G P， Fukami M， Sekimoto H. Influence of cadmium on mineral concentrations and yield components in wheat genotypes differing in Cd tolerance at seedling stage[J]. Field Crops Research， 2002，77（2/3）：93-98.

[5] Liu W T， Zhou Q X， An J， et al. Variations in cadmium accumulation among Chinese cabbage cultivars and screening for Cd-safe cultivars[J]. Journal of Hazardous Materials， 2009，173（1/2/3）：737-743.

[6] Liu W T， Zhou Q X， Zhang Y L， et al. Lead accumulation in different Chinese cabbage cultivars and screening for pollution-safe cultivars[J]. Journal of Environmental Management， 2009， 91（3）：781-788.

[7] 田美玲，陸素芬，常顯志，等.粵北礦業(yè)活動(dòng)影響區(qū)重金屬低積累水稻品種篩選研究[J].河池學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，39（2）：8-16.

[8] 趙麗芳，黃鵬武，宗玉統(tǒng)，等.適宜浙南地區(qū)種植的重金屬低積累玉米品種篩選[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，60（8）：1370-1372.

[9] 雷恩，劉艷紅.個(gè)舊礦區(qū)周邊農(nóng)田高產(chǎn)、重金屬低積累玉米品種的篩選[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（9）：124-127.

[10] 杜彩艷，張乃明，雷寶坤，等.不同玉米（Zea mays）品種對(duì)鎘鋅積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的差異研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2017，36（1）：16-23.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Screening of Maize Varieties with Low Cadmium Accumulation and High Yield around A Mining Area in Yunnan Province

Yang Mu-qing et al（Yunnan Research Academy of Eco-environmental Sciences， Kunming， Yunnan 650034）

Abstract Taking 20 maize varieties as experimental materials， the difference of yield and content of heavy metal Cd in grains of different maize varieties was analyzed through field plot experiment under the condition that the soil pH was alkaline and the soil was polluted by heavy metal Cd. The results showed that there were differences in the yields of 20 maize varieties in the study area. Jinqiuyu 35， Wugu 3861， Shengyu 8， Luodan 299， Kenyu 1505 and Huiyu 336 had higher yields， so they were preferred to be planted.The 20 maize varieties had a large difference in the Cd accumulation of heavy metals. The Cd content in the grains of two maize varieties， Kangnong 20 and Kangnongyu 007， exceeded the standard limit， while the other 18 varieties did not exceed the standard. The three varieties， Wugu 3861， Huiyu 336 and Chengxin 5， had the lowest Cd accumulation of heavy metals. Considering the yield of maize and the accumulation of heavy metal Cd， Jinqiuyu 3， Wugu 3861 and Huiyu 336 are recommended to give priority to planting in the local area. They have the characteristics of high yield and low Cd accumulation， which can effectively ensure the safe production of local agricultural land.

Key words Corn; Low accumulation; Variety screening; Cadmium

作者簡介 楊牧青（1992—），男，云南麗江人，中級(jí)工程師，碩士，主要研究土壤重金屬污染修復(fù)。*通信作者：和麗萍（1974—），女，云南麗江人，碩士，主要土壤重金屬污染修復(fù)，13668762208@163.com。

收稿日期 2022-11-10