不同品種油葵對土壤中鎘的富集作用比較研究

楊學樂，何錄秋，劉壽明

（湖南省作物研究所，長沙410125）

不同品種油葵對土壤中鎘的富集作用比較研究

楊學樂，何錄秋，劉壽明

（湖南省作物研究所，長沙410125）

2016年進行油葵鎘高積累品種篩選，結果表明：（1）在同一鎘污染土地上，不同油葵品種吸鎘量有差異，同一油葵品種的不同部位鎘含量也不一樣；（2）同一鎘背景值下，不同品種油葵產量差異明顯，同一品種在不同鎘背景值下產量差異不明顯；（3）不同油葵品種在不同鎘含量土壤上籽粒鎘含量差異不明顯；（4）不同品種油葵在不同鎘含量土壤上秸稈鎘含量差異不明顯；（5）各品種秸稈—籽粒的轉運系數都小于1，秸稈和籽粒的富集系數都大于1，且秸稈的富集系數都大于籽粒的富集系數；（6）無論是中度還是重度鎘污染土地上種植的油葵，其籽粒初加工的原油中鎘含量極低，可以放心食用。

油葵；鎘污染；富集特征；植物修復

隨著我國工農業快速發展，大量礦產開發及農業化學藥劑的使用，土壤中的重金屬積累越來越多，土壤重金屬，特別是鎘污染日益嚴重。據調查，我國鎘污染的土壤面積已達20萬km2，占總耕地面積的1／6［1］。湖南是鎘污染重災區，近年來鎘污染事件層出不窮，被鎘污染的農田都出現不同程度的減產，因此土壤鎘污染治理刻不容緩。植物修復被認為是治理土壤重金屬污染的最好方法，不少植物如向日葵、蓖麻、油菜等生物量大的作物都對重金屬有一定的富集作用，也已經被用來修復土壤重金屬污染［2］。

2016年筆者在湖南進行了油葵鎘高積累品種篩選試驗。通過對油葵品種鎘積累與土壤的關聯性、風險評估與控制措施等研究，以探明油葵不同品種對鎘的吸收規律和分布，以期篩選出高產、優質、多抗、高吸鎘油葵品種，為湖南省鎘污染土壤的治理做出貢獻。

1 試驗材料及方法

1.1 供試油葵品種

供試油葵品種13個：高油5號、精英澳34、高油6號、美葵DL667、新葵562、油滿多、三保567、新葵5號、韓國CS、NWS667、矮大頭1023、黑矮人油葵、法蘭西矮大頭。

1.2 試驗地點

試驗地點選擇在Ⅰ區（中度鎘污染區，土壤鎘含量為0.618 mg／kg）和Ⅱ區（重度鎘污染區，土壤鎘含量為2.084 mg／kg）進行。

1.3 試驗設計

每個供試材料隨機排列，3次重復，小區面積20 m2，種植密度為49 500株／hm2。

1.4 取樣與檢測

在油葵收獲時期，取油葵莖稈和籽粒，分別裝袋，風干待測。同時對油葵鎘高積累品種的籽粒，經初加工榨油后，抽取其原油和枯餅樣品化驗。樣品均由湖南省分析測試中心化驗。

2 試驗結果

2.1 油葵產量品種差異分析

由表1可知，中度鎘污染區產量最高的是矮大頭1023，為4307.15 kg／hm2，其次是高油5號、黑矮人油葵，產量分別為4217.11、4202.10 kg／hm2，最低的是韓國CS，為3241.62 kg／hm2，矮大頭1023、高油5號、黑矮人油葵與韓國CS相比，產量分別高出32.84%、30.12%、29.57%；而重度鎘污染區產量最高的是高油5號，為4342.17 kg／hm2，其次是矮大頭1023、黑矮人油葵，產量分別為4322.16、4267.13 kg／hm2，最低的是韓國CS，為3421.71 kg／hm2，高油5號、矮大頭1023、黑矮人油葵與韓國CS相比，產量分別高出26.93%、26.34%、24.62%。

中度和重度鎘污染區兩地不同品種油葵產量的方差分析p值均遠遠小于0.05，說明在同一鎘背景值下，不同品種油葵產量表現出差異，且達到顯著水平。

對分別種植于中度和重度鎘污染區的13個油葵品種產量均值在0.05水平下進行t檢分析，p（單尾）值遠遠大于0.05，這說明兩種鎘背景值下13個油葵品種產量均值差異不顯著。

表1 不同品種油葵在中度和重度鎘污染土壤的產量比較Tab le 1 The yields of different oil sunflower varieties in moderate and severe cadm ium contam inated soil

2.2 油葵籽粒中鎘含量品種差異分析

由表2可知，在同一鎘背景值下，各品種籽粒鎘含量不同；同一品種油葵籽粒中的鎘積累量會隨著土壤中鎘含量的增加而增加。13個油葵品種籽粒鎘含量均遠遠超過食品中污染物限量國家標準（GB 2762—2012中堅果及籽類其限量為0.5 mg／kg）。中度鎘污染區油葵籽粒中鎘含量范圍是4.03～5.84 mg／ kg，其中鎘含量最高的是油滿多，最低的是三保567，重度鎘污染區油葵籽粒鎘含量范圍是4.71～7.03 mg／kg，最高的是矮大頭1023，最低的是三保567。

方差分析表明，中度和重度鎘污染區不同品種油葵的籽粒鎘含量p值遠遠大于0.05，說明在中度和重度鎘污染區，不同品種油葵籽粒鎘累積量不存在差異。

表2 油葵籽粒中鎘含量品種差異分析Table 2 The concentrations of Cd in seeds of different oil sunflower varieties

2.3 油葵秸稈中鎘含量品種差異分析

由表3可知，同一油葵品種秸稈中的鎘積累量會隨著土壤鎘含量的增加而增加，不同品種油葵在不同鎘背景值下秸稈鎘積累量不同。中度鎘污染區油葵秸稈平均鎘含量范圍在5.03～7.92 mg／kg之間，含量最高的是高油5號，最低的是新葵562；重度鎘污染區油葵秸稈平均鎘含量范圍在5.62～8.67 mg／kg之間，含量最高的是矮大頭1023，最低的是三保567。

方差分析表明，中度和重度鎘污染區不同品種油葵的秸稈鎘含量p值遠遠大于0.05，說明在中度和重度鎘污染區，不同品種油葵的秸稈鎘累積量不存在差異。

表3 油葵秸稈中鎘含量品種差異分析Table 3 The concentrations of Cd in straws of different sunflower varieties

（續表3）

2.4 油葵籽粒和秸稈鎘富集系數的品種差異

從表4可以看出，13個油葵品種籽粒和秸稈的鎘富集系數都大于1，且中度鎘污染區的富集系數大于重度鎘污染區的富集系數。中度鎘污染區籽粒鎘富集系數在6.532～9.465之間，最高的是油滿多，最低的是三保567；秸稈鎘富集系數在8.152～12.836之間，最高的是高油5號，最低的是新葵562。重度鎘污染區籽粒鎘富集系數在2.260～3.373之間，最高的是矮大頭1023，最低的是三保567；秸稈鎘富集系數在2.697～4.160之間，最高的是矮大頭1023，最低的是三保567。不論是中度還是重度鎘污染區，秸稈的鎘富集系數都要大于籽粒的鎘富集系數，說明油葵秸稈對鎘的富集能力強于籽粒對鎘的富集能力。

表4 不同油葵品種籽粒、秸稈鎘富集系數Table 4 The enrichment factors of Cd in seeds and straws of different sunflower varieties

2.5 油葵秸稈—籽粒鎘轉運系數品種差異分析

從表5可以看出，不同油葵品種秸稈—籽粒的鎘轉運系數不同，同一油葵品種在不同鎘含量土壤上秸稈—籽粒的轉運系數也不一樣。中度鎘污染區鎘轉運系數的范圍是0.705～0.995，油滿多最高，矮大頭1023最低，說明油滿多品種秸稈的鎘向籽粒轉移能力最強，矮大頭1023最弱。重度鎘污染區轉運系數的范圍是0.693～0.979，油滿多最高，NWS667最低，說明油滿多品種秸稈中的鎘向籽粒中轉移能力最強，NWS667最弱。不論是中度還是重度鎘污染區，其轉運系數全部小于1，說明鎘從秸稈到籽粒的遷移能力比較弱，從而降低籽粒中鎘污染的風險。

表5 不同品種油葵秸稈—籽粒鎘轉運系數Table 5 The transfer factors of Cd from straw s to grains of different sunflower varieties

（續表5）

2.6 油及油枯鎘含量測定結果

部分油葵品種初加工原油及油枯鎘含量測定結果見表6。中度鎘污染區原油平均鎘含量為0.0356 mg／kg，油枯中平均鎘含量為8.436 mg／kg；重度鎘污染區原油平均鎘含量為0.0384 mg／kg，油枯中平均鎘含量為10.59 mg／kg。2個試點油葵初加工原油中鎘含量均極低，可以放心食用。油葵初加工原油，未經提煉，原油中鎘含量主要來自細小的油枯，油葵油中鎘含量很少。

表6 部分油葵油及油枯鎘含量測定結果（mg／kg）Table 6 the concentrations of Cd in the oil and oil cake of sunflower（mg／kg）

3 小結與討論

油葵是我國四大油料作物之一，它的特點是根系發達，抗逆性強，適應范圍廣等。眾多研究表明，向日葵對重金屬污染具有較強的耐受性，是一種很好的鎘污染區替代作物。經過試驗，不論是中度鎘污染區還是重度鎘污染區，油葵產量都沒有明顯差異，表明在一定范圍內土壤鎘含量對油葵產量影響較小，至于當土壤鎘含量增加至一個什么水平時，開始影響油葵品種的產量，需要進一步研究。油葵生物量大，籽粒和秸稈中能夠積累大量的鎘，而籽粒榨出的原油中鎘含量極低，可以放心食用。榨過油的油枯中鎘含量極高，不能直接用作飼料，可通過化學萃取劑萃取油枯中的鎘，將油枯中鎘含量降到安全標準以下后再進行利用。經查閱文獻，目前還沒有關于此方面的研究。試驗表明，油葵秸稈—籽粒的轉運系數都小于1，轉運系數越小，說明鎘從秸稈轉移到籽粒的量就越少，從而降低可食用部分鎘污染的風險，保證食物安全。孫月美等［4］對耐受性植物油葵和棉花對鎘的富集特征進行研究，結果表明，油葵的轉運系數隨外源添加鎘呈現先升高后降低的趨勢，且地下部到地上部的轉運系數都小于1，說明油葵的根部可以作為鎘在植物體內遷移的一種屏障，使地上部免受或者少受鎘毒害。到目前為止，關于鎘對油葵影響的研究基本都是外源添加鎘對油葵植株生長的影響及其體內生理生化的變化，還沒有土壤鎘污染對油葵整個生育期的影響及油葵秸稈和籽粒鎘含量的研究。

本次試驗僅對油葵秸稈和籽粒對鎘的吸收進行研究，未對油葵根系和葉片對土壤鎘的吸收及鎘對油葵植株生長的影響進行研究。今后的試驗可進行鎘對油葵生長過程中生理生化特性的影響研究，分析鎘脅迫下不同油葵品種的全生物產量、不同生育期各器官鎘積累量、成熟期不同器官對鎘的吸收和分配，以期了解油葵對鎘吸收、轉運和積累特征、成熟期鎘在各個器官的分配規律、耐鎘性，以及驗證前期篩選結果的可靠性，為選擇和應用高鎘積累油葵品種進行植物修復和污染區替代作物研究提供參考。同時以篩選出根部和莖稈鎘積累量高，而籽粒鎘積累量低的油葵品種為目標，繼續進行鎘積累油葵的篩選。

［1］ 冉 烈，李會合.土壤鎘污染現狀及危害研究進展［J］.重慶文理學院學報（自然科學版），2011，30（4）：69-73.

［2］ 楊學樂，何錄秋，劉壽明，等.向日葵、油菜對鎘脅迫反應及對鎘污染土地修復作用研究進展［J］.作物研究，2017，31（1）：93-98.

［3］ 孫洪欣，趙全利，薛培英，等.不同夏玉米品種對鎘、鉛積累與轉運的差異性田間研究［J］.生態環境學報，2015，24（12）：2068-2074.

［4］ 孫月美，寧國輝，劉樹慶，等.耐受性植物油葵和棉花對鎘的富集特征研究［J］.水土保持學報，2015，29（6）：281-286.

Comparative Study on the Soil Cadm ium Enrichment of Different Oil Sunflower Varieties

YANG Xuele，HE Luqiu，LIU Shoum ing
（Crop Research Institute of Hunan Province，Changsha，Hunan 410125，China）

High cadmium accumulation varieties of oil sunflower were screened in 2016.The results showed that：（1）There were differences in the cadmium amounts of different oil sunflower varieties in same cadmium contaminated land，and there were differences in the accumulated cadmium in different parts of the same variety.（2）There were obviously differences in the yields of different oil sunflower varieties under the same cadmium background.The yields of the same cultivarswere not obvious at the different cadmium background.（3）The cadmium contents in the seeds were no significant in differentoil sunflower cultivars and different cadmium content soils.（4）There was also no signficant difference in cadmium content oil sunflower cultivars in different cadmium content soils.（5）The transfer coefficients from straw to seed were less than 1 in all oil sunflower cultivars.The enrichment factors of the straw and seed weremore than 1 of all oil sunflower cultivars，and the enrichment factors of the straw weremore than thatof the seed.（6）The cadmium content in the crude seed oilwas very low and safe for consumerwhether the oil sunflower planted inmoderate cadmium contaminated soil or severe cadmium contaminated soil.

oil sunflower；Cd contaminated；enrichment characteristic；phytoremdiation

S565.5；S156

A

1001-5280（2017）05-0498-05

10.16848／j.cnki.issn.1001-5280.2017.05.10

2017-06-01

楊學樂（1989-），女，碩士，Email：1103301542＠qq.com。

湖南省財政專項（湘財農指［2014］180號）。