?強酸性土壤大田條件下油菜鎘吸收累積特性初探?

摘 要：在強酸性土壤大田條件下，研究了油菜植株對鎘的吸收累積特性。結果表明：油菜苗期不同器官對Cd的吸收規律為葉>根，盛花期呈分化趨勢，成熟期為根>莖>莢果殼>籽粒;成熟期油菜單季凈化率為0.231%～0.455%，平均為0.360%，其凈化率有待提高。

關鍵詞：油菜;鎘;吸收累積;強酸性土壤

中圖分類號：S565.4; X53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）10-0056-04

Preliminary Analysis on the Characteristics of Absorption and Accumulation of Cadmium in Rape in Strong Acid Soil

LIU Xin-hong，DENG Li-chao，LI Mei

（Hunan Crop Research Institute， Changsha 410125， PRC）

Abstract： A field experiment was conducted to study the characteristics of absorption and accumulation of cadmium in difference of 20 kinds of oilseed rapes in strong acid soil. The results showed that： The Cd absorption rules in different rape organs showed leaf gt; root at early flowering stage， a trend of differentiation at blooming stage and root gt; stem gt; shell gt; seed at mature stage. The Cd purifying rate per season was 0.231%～0.455%， 0.360% for average at mature stage， which should be improved in the future.

Key words： rape; Cd; absorption and accumulation; strongly acidic soil

鎘（Cd）是一種具有極高生物毒性的重金屬元素，進入土壤具有穩定積累和不易消除等特點，在食物鏈中積累對人體產生危害[1-2]。我國目前受重金屬鎘污染的農田達 1.3萬hm2，每年因重金屬污染導致的糧食減產超過1 000萬t，直接經濟損失達100億元以上[3]。

因此控制鎘污染危害，加強對鎘污染土壤修復是維護農業可持續發展的重要課題。目前，以植物富集為基礎的土壤修復技術，具有成本低、易應用、無二次污染等優點，一直是土壤鎘污染修復技術的研究熱點。

油菜是我國主要農作物之一，對增加土壤有機質含量，改良土壤理化性質有著重要作用。已有研究表明，油菜尤其是芥菜型油菜可同時富集鎘、鉛、砷等多種重金屬[4]，是研究較多的重金屬修復作物之一，與野外發現的其他超富集植物相比，油菜生長快、生物量大、易栽培且符合傳統耕作習慣，因而在應用上具有明顯的優勢。根據武琳霞等[5]、王凱榮等[6]研究結果，鎘污染區的油菜籽經榨油后，油中的鎘含量極低，所產的菜油不存在消費風險，油菜產品安全且兼具土壤修復能力，是適合湖南種植結構調整的優良作物。

研究以湖南地區代表性的油菜品種為試驗材料，采用田間小區試驗考察了在強酸性麻砂泥水稻土壤條件下20個油菜品種對重金屬 Cd的累積差異，以期為油菜吸收Cd的品種差異研究提供理論依據，也為Cd污染農田油菜的安全生產提供科學依據及技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為湖南生產應用中具有代表性的20個油菜品種（表1）。

試驗于2016年在長沙縣北山鎮進行，供試土壤為花崗巖發育的麻砂泥水稻土，排灌方便，無旱澇影響，土壤pH值5. 2，有機質42.2 g/kg，堿解氮157.6 mg/kg，速效磷17.9 mg/kg，速效鉀69.0 mg/kg，全Cd 0.520 mg/kg，有效態Cd含量0.311 mg/kg。

1.2 試驗方法

采用田間小區試驗，每個處理3次重復，小區面積30 m2，隨機排列，外設保護區。2015年9月21日，試驗地用旋耕機翻耕，同時施含氯45%復合肥（15-15-15）50 kg/667m2作基肥。9月23日廂面開穴播種，株行距為36 cm×42 cm，播4～6粒/穴，爭取一播全苗。11月3～4日人工間苗補損，每穴定苗1株，其余按當地習慣進行水肥及病蟲害管理。

單株生物量考察：于油菜薹蕾期（1月22日）、盛花期（3月12～24日）和成熟期（4月14～30日）分小區各取長勢均勻的油菜5株，小鏟挖出根系，去除大顆粒土塊后用自來水洗凈，再用蒸餾水沖洗，烘干后分器官（根、莖、葉）測定干重，計算出油菜的生物產量。

植株各部位Cd含量測定：將各取樣部位稱重后的樣品，磨碎后各稱樣約0.25 g于消煮管中，采用HNO3-H2O2微波消解，定容后過濾，用ICP-MS測定Cd含量。為確保數據的可靠性和穩定性，植株Cd含量測定時每5樣品做1次平行分析，每40個樣帶1個質控樣;ICP-MS檢測采用銠（Rh）做內標，回收率90%～105%。單株Cd含量和油菜單季凈化率的公式如下所示。

單株Cd含量=油菜植株Cd含量×單株生物 （1）

（2）

以單位耕層土壤重量1.5×105 kg/667m2、土壤Cd含量0.520 mg/kg（土壤基礎值）、油菜種植密度12 000株/667m2計算油菜對土壤Cd的單季凈化率。

2 結果與分析

2.1 不同油菜品種對Cd的吸收積累

由表2可知，供試材料苗期根、葉平均Cd含量分別為0.540和1.273 mg/kg，變幅范圍為0.286～0.754和0.958～1.666 mg/kg，根部吸收Cd的變異系數為19.55%，各品種根部對Cd的吸累積程度存在差異。其中A15、A10、A8和A19根部鎘含量較高，A13、A11、A2和A1根部鎘含量較低，根部Cd含量最高的品種為A15。

供試材料盛花期根、莖和花莢平均Cd含量分別為0.491、0.486和0.477 mg/kg，變幅范圍分別為0.294～0.766、0.344～0.759和0.321～0.842 mg/kg，變異系數為22.50%、23.45%和25.36%，各品種不同部位對Cd的累積程度差異較大。其中A6、A16、A19和A14根Cd含量較高，A1、A2、A18和A17根Cd含量較低;品種A6、A10和A18莖Cd含量較高，A2、A15、A13和A17莖Cd含量較低;品種A19、A6和A10花莢Cd含量較高，A2、A5、A4、A11和A20花莢Cd含量較低。

供試材料成熟期根、莖、莢果殼和籽粒平均Cd含量分別為0.955、0.704、0.473和0.192 mg/kg，變幅范圍分別為0.536～1.433、0.529～0.837、0.332～0.658和0.097～0.400 mg/kg。其中根、莢果殼和籽粒吸收Cd的變異系數分別為23.30%、21.68%和36.66%，各品種根、莢果殼和籽粒對Cd的累積程度差異較大。其中品種A11和A4根Cd含量較高，A8和A6根Cd含量較低;品種A3、A12和A17莢果殼Cd含量較高，A6和A10莖Cd含量較低。品種A9和A3籽粒Cd含量較高，A6籽粒Cd含量最低。

將各品種不同生育時期與不同部位對Cd的吸收與積累的變異系數進行比較，品種間變幅較大部位依次是成熟期籽粒、盛花期花莢和苗期根部（表2）。這說明油菜對Cd的轉移吸附在苗期根部即開始產生差異，在盛花期逐步積累，最終體現在成熟期籽粒的Cd含量中。

2.2 油菜不同時期對Cd的吸收積累規律

比較各品種不同生育時期與不同部位對Cd的吸收與積累，發現苗期生育階段不同器官對Cd的吸收規律表現為葉>根（圖1）。這可能是因為苗期葉的生長速度快于根系，促進了Cd隨營養物質一起運輸且積累到葉部。

油菜盛花期不同器官對Cd吸收與積累表現出分化趨勢（圖2），品種A1和A19對Cd的吸收與積累表現為根<莖<花莢，品種A2、A4、A6、A7、A11、A12、A14和A20 對Cd的吸收與積累規律Cd吸收表現為根>莖>花莢，品種A3、A13、A16表現為根>花莢>莖，品種A5、A8表現為莖>根>花莢，品種A9、A10、A18表現為莖>花莢>根，品種A15、A17表現為莖<根<花莢。造成這種差異的原因尚不清楚，有些品種可能在Cd含量濃度處于較低水平時，對作物的生長仍是促進作用，Cd會隨作物蒸騰作用繼續往上部傳輸積累。一些品種則可能隨著Cd積累的增多，對機體轉運功能造成的損害逐漸較重，抑制了植株對土壤Cd的吸收和向地上部運轉的能力，致使鎘主要富集在根部[7-10]，造成根部積累大于其他部位。另一些品種所呈現的規律不一致可能是因為在盛花期鎘的傳輸和運轉是一個動態傳輸的過程，還未達到平衡和穩定。

而油菜成熟期，不同器官對Cd的積累規律趨于一致，均表現為根>莖>莢果殼>籽粒（圖3）。這一結果表明，莖和根是油菜完成生育階段Cd積累的最主要器官，Cd經過根、莖及殼的3層阻控，進入籽粒的Cd含量大幅下降。

.3 不同油菜品種成熟期的Cd單季凈化率

在種植密度一定的情況下，油菜單株Cd含量是衡量油菜單季凈化率的重要指標之一，單株Cd含量高，表明植株的Cd吸附能力強。從表3可以看出，油菜單株生物量平均值為63.135 g，變幅為48.600～75.500 g，油菜單株Cd含量平均值為0.370 mg/kg，變幅為0.273～0.431 mg/kg。以植物地上部吸收重金屬的量與土壤中此種重金屬總量的百分比，作為油菜吸收修復被重金屬污染土壤的凈化率指標[11]，各參試品種單季凈化率平均值為0.360%，變幅為0.231%～0.455%，變異系數為17.990%。

這與土壤Cd含量、植物生長速度、單株生物量大小、干物質積累高低存在一定的關系，也直接影響其作為修復材料對土壤重金屬的修復效率。不同品種之間，A4、A14、A13、A11、A3、A2和A16植株Cd含量較高，大于0.400 mg/kg，品種A6、A7植株Cd含量較低，小于0.300 mg/kg（圖4）。品種A1、A20、A3和A2單株生物量較高，大于70 g，品種A16、A11、A14、A18、A13、A10、A19單株生物量較低，小于60 g（圖5）。品種A1、A3和A4單株吸Cd量較高，大于29 μg，品種A19、A7、A10和A6單株吸Cd量較低，小于20 μg（圖6）。品種A1、A3和A4，即灃油823、核雜9號和豐油730對Cd的單季凈化率較高;品種A19、A7、A10和A6 ，即紅葉芥、寶油85、常油雜83、中雙10號對Cd的單季凈化率較低（圖7）。

3 結論與討論

試驗是在強酸性水稻土條件下進行，所得結論與向丹等[12]的結論葉gt;莖gt;角果殼gt;籽粒一致，與謝運河等[13]在同等條件下以甘藍型油菜為材料所得結論略有不同。但各項研究均表明，油菜成熟期植株中Cd主要集中在根和莖部，籽粒中含量最少，壓榨油中殘存量更少，說明油菜是一比較理想的Cd污染土壤修復作物。

試驗結果表明不同油菜品種間籽粒Cd含量差異較大，可以進一步試驗，篩選籽粒含量低的品種，保證油菜餅粕蛋白的飼用安全;同時，還可篩選植株高吸附、籽粒低積累的品種，用于土壤生態修復。

在土壤Cd含量背景值為0.520 mg/kg的條件下，參試油菜成熟期單季凈化率為 0.231%～0.455%，平均為0.360%;王偉等[14]在土壤Cd含量為0.46 mg/kg的盆栽試驗中發現，油菜對土壤 Cd 的單季凈化率為0.17%;謝運河等[13]通過Cd污染的大田試驗，發現油菜成熟期單季凈化率為0.55%～0.90%。以上研究表明，油菜對土壤 Cd的單季凈化率并不高，單純采用油菜修復中輕度 Cd 污染土壤效果不太明顯。但鎘污染區種植油菜，其菜籽油可安全食用，這是優于其他作物的顯著特點，對鎘污染區種植結構調整有著重要意義。如通過配合土壤 Cd 活化等措施，進一步提高油菜對Cd富集能力，將強化油菜修復土壤的凈化效率。

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