農田鎘污染對大豆鎘吸收特性及其產量的影響

陽小鳳，馬淑梅，黃 山，寧柏成，邱 博，李小紅

（湖南省作物研究所，長沙410125）

湖南省有色金屬礦藏十分豐富，素稱“有色金屬之鄉”。有色金屬礦產的大規模開發雖然給湖南省帶來巨大經濟效益，但是也加重了礦區周圍生態環境的破壞，其中較為嚴重的影響就是農田土壤被重金屬污染。農田土壤重金屬污染情況的發展不但極大地增加了污染土壤治理和土地復墾的難度，而且影響糧食作物和其它經濟作物的產量，并使農產品存在不同程度的品質問題［1～3］。其中，鎘是重金屬污染問題中的主要污染物。

鎘是植物生長發育過程中非必需的營養元素，環境中過量的鎘容易在植物體內積累，對植物產生毒害作用［4］。同時，鎘通過食物鏈進入人體，積累過量時會嚴重危害人體健康［5，6］。

大豆是人類重要的植物蛋白和油分來源，具有耐貧瘠和生物固氮等特點，常作為礦區復耕的主要經濟作物。近幾年來，湖南省棉田改制和農業供給側改革，大豆的種植面積持續增加，但土壤鎘污染對大豆生產造成了一定程度的不良影響。本試驗以多個大豆品種為材料，對不同基因型大豆品種進行鎘脅迫篩選種植，以期篩選出高產、鎘低積累的大豆品種。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點選在湖南省長沙縣北山鄉榮合橋村，土壤全鎘含量為0.63 mg／kg。

1.2 試驗材料

62份粒用大豆品種資源，包括近年來審定的新品種、推廣面積較大的主推品種以及一些品系材料。

1.3 試驗設計

所有品種于2015年4月8日播種，隨機區組排列，小區設計規格為2 m×4 m，穴播，穴距20 cm，行距40 cm，每穴留苗2株。小區密度為20萬株／hm2，田間栽培管理操作按常規措施進行。所有小區生育期間進行病蟲害防治工作，成熟后及時收獲。

1.3.1 樣品的采集與測定

播種前，每個小區采用5點取樣法取耕作層混合土壤，采樣深度0～20 cm。待土樣自然風干后，每個混合樣品取1 kg左右，測定土壤鎘含量。收獲大豆曬干脫粒，每個品種各抽取1 kg樣品，單獨裝袋，作為檢測樣本。大豆秸稈取樣時，每小區取中間行連續5行，曬干，70℃烘至恒重，粉碎，然后過60目篩。每個品種單獨裝袋。

所有檢測樣品按統一標準取樣，貼上標簽后，送至湖南省分析測試中心進行檢測。

1.3.2 產量分析

成熟期分別收獲試驗田各小區大豆品種，所有面積均計產。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2003軟件進行數據整理，運用SPSSStatistics21軟件進行系統聚類、方差及相關性分析。

2 結果與分析

2.1 鎘污染條件下大豆品種籽粒、秸稈鎘含量

62個大豆品種的籽粒鎘含量為0.190～0.552 mg／kg，大豆品種籽粒鎘含量差異較大。籽粒鎘含量在0.2mg／kg以下的大豆品種僅占總數的1.2%，而籽粒鎘含量在0.2～0.4 mg／kg之間的大豆品種占總數的54.8%，剩余44.0%的大豆品種籽粒鎘含量在0.4 mg／kg以上（表1）。

表1 各粒用大豆品種籽粒、秸稈鎘含量和產量情況

（續表1）

2.2 大豆產量與鎘含量相關性分析

表1數據表明，不同大豆品種產量差異較大，粒用大豆品種的產量在459.7～3191.0 kg／hm2之間，部分地方品種籽粒性狀較差，其產量較低。

對產量、籽粒鎘含量、秸稈鎘含量等數據進行相關分析，粒用大豆品種的產量與籽粒鎘含量呈正相關（r＝0.142），與秸稈鎘含量呈負相關（r＝－0.326）；秸稈鎘含量與籽粒鎘含量呈正相關，且達到極顯著水平（r＝0.464**）。

2.3 大豆產量與鎘含量的聚類分析

使用SPSSStatistics21數據處理軟件，采用系統聚類中的組間聯接法對粒用大豆的產量、籽粒鎘含量和秸稈鎘含量3個性狀數據進行分析。在首次聚類分析盲選得到初步結果后，對產量和兩個鎘含量數據進行單因素方差分析，以此來判斷3個性狀數據結果對聚類分析結果產生影響的差異性，并最終選擇產量性狀數據進行聚類分析。

當聚類分析閾值大于10時，可將62個大豆品種按產量性狀分為高、中和低三類。由圖1可知，2014品8和2014品10這兩個品種為一類，二者產量水平處在62個大豆品種的前兩位，可視為高產組品種分類；益陽紫皮豆、桂陽紫金豆、望城醬色豆、常寧驚蟄豆、邵陽褐豆、麥市青豆、茶陵泥色豆和雙峰紅豆這8個粒用品種為一類，其產量水平處于62個大豆品種的末尾，可視為低產組品種分類；其余52個大豆品種歸為一類，其在62個大豆品種中位居中游，可視為中產組品種分類。

圖1 62個大豆品種產量綜合聚類分析結果

2.4 大豆鎘富集系數

鎘富集系數（BF）＝大豆植株各部位鎘含量／土壤中鎘含量。富集系數越大，表示大豆積累重金屬能力越強。

由表2可知，62個大豆品種的秸稈對鎘的富集系數要高于籽粒對鎘的富集系數，這同樣說明粒用大豆從土壤中吸收鎘元素后，將大部分鎘分布于秸稈部位，而往籽粒轉移的量較少。

62個大豆品種的秸稈對鎘的富集系數在0.613～3.567之間，其中大部分大豆秸稈對鎘的富集系數集中于1～2之間。Z19的秸稈對鎘的富集系數最低，雙峰紅豆的秸稈對鎘的富集系數最高。松柏鄉青皮豆、麥市青豆和隆回褐豆3個粒用大豆的秸稈對鎘的富集系數值也較大。

62個大豆品種籽粒對鎘的富集系數在0.302～0.876之間，所有大豆籽粒對鎘的富集系數均低于1（表2）。武岡褐豆籽粒對鎘的富集系數最低，桂陽黑豆乙籽粒對鎘的富集系數最高，另外浙春6號、油春11－1、松柏鄉青皮豆和東安藥豆4個品種籽粒對鎘的富集系數也處于較高的水平。

表2 62個大豆品種對鎘的富集系數

3 討論

鎘在土壤—植物系統中的遷移與分配是多重因素共同決定的，不同大豆品種對鎘的耐受性存在明顯差異。本研究發現，62個大豆品種中秸稈鎘含量均比籽粒鎘含量高，大豆植株中的鎘由秸稈向籽粒中遷移，地上部位對大豆籽粒鎘的富集起到重要作用。有研究表明，鎘在大豆及其加工品中的分布狀況為根 ＞葉 ＞籽 ＞油，比例為 32.10∶1.69∶1∶0.003，籽粒粗加工品中分布狀況為豆粕＞油，比例為411.33∶1，籽粒中鎘主要與蛋白質相結合，大豆籽粒和豆粕中鎘含量大大超過了國家標準食品和飼料中鎘的最高容許量，而油分中含鎘量遠低于國家標準，是可以安全食用的［7，8］。

本研究結果表明，產量對大豆吸收鎘的累積量有一定影響，但是最重要的影響因素還是大豆本身的富集能力。有研究發現，大豆中存在籽粒鎘積累和對鎘產生抗性的基因，并且這兩個基因具有獨立的遺傳機制［9］。因此在鎘污染控制方面，可以主要從兩個方面出發：一是降低大豆對土壤鎘的吸收；二是控制大豆吸收的鎘向籽粒的遷移富集。

參考文獻：

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［3］ 王玲梅，韋朝陽，楊林生.礦冶區周邊水稻對不同來源重金屬污染的指示作用［J］.生態毒理學報，2009，4（3）：373－381.

［4］ 曾敏，廖柏寒，曾清如，等.土壤—植物系統中模擬酸雨與Cd復合污染的短期環境效應——黃豆盆栽試驗［J］.環境科學學報，2005，25（12）：1687－1692.

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