低鎘鉛菜心品種田間試驗研究

李俊 ，劉興，彭建兵 ，林泉 ，馬強，衛澤斌 ，吳啟堂 *

1. 華農—東升生態環境修復聯合研發中心/江門泰盛石場有限公司/廣東東升實業集團有限公司，廣東 廣州 510440；

2. 華南農業大學資源環境學院，廣東 廣州 510642

廣東省北部礦業區和珠江三角洲土壤重金屬污染較嚴重，為全國6個綜合防治先行區之一（國務院，2016）。北部礦業區Cd、Pb污染嚴重，珠江三角洲受到Cd、Ni污染（羅小玲等，2014）。胡小玲等（2006）對珠海市的7大類61份新鮮葉菜樣品進行檢測，結果顯示，Pb超標率達到8.2%，Cd超標率達到24.6%；秦文淑（2010）通過對廣州市區居民菜市場主要蔬菜采樣測定，分析其中的Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni等重金屬的含量，結果發現，Pb、Cd、Cr為廣州蔬菜主要污染的元素，超標率分別為22.2%、13.9%和38.9%。

從植物吸收重金屬能力的種間以及種內差異入手，篩選出能夠低富集重金屬元素的作物的種類或品種，在不影響經濟效益以及產量的前提下，盡量推廣種植低積累的作物或品種，以降低產品中重金屬元素的含量（He et al.，2015；鄒素敏等，2017）。

菜心（Brassica parachinensisL.）屬于十字花科蕓薹屬，是華南地區種植規模最大的葉菜類蔬菜作物。故而，篩選出低富集Cd、Pb的菜心品種對降低長期食用菜心的人群所帶來的健康風險有重要的意義。徐照麗等（2002）用盆栽試驗篩選出低Cd菜心品種。最近，陳惠君等（2016）以37種菜心為實驗材料，通過土培盆栽試驗篩選Cr/Pb相對高累積和相對低累積品種，對篩出品種進行水培和鈣離子通道抑制試驗，研究相對低累積品種根系活化、吸收重金屬的能力。結果表明，特級粗條和油青四九為 Cr/Pb相對高累積品種，綠星和極品為Cr/Pb相對低累積品種。因而有研究者認為在輕、中度污染的菜地，通過選育Cd、Pb低積累菜心品種可以將菜心可食用部分的Cd、Pb濃度控制在允許的范圍之內。本文針對廣東省北部礦業區和珠江三角洲的2種典型的Cd/Pb污染農田土壤，采用田間試驗的方法，在不同的污染和栽培條件下驗證已經盆栽篩選得到的低Cd菜心品種，同時增加當地品種進行田間直接篩選低Cd/Pb的菜心品種，以便在華南地區污染農田應用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

菜心品種的篩選試驗是在廣東省韶關市翁源縣，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫20.6 ℃，降水量為1778 mm，光照充足，無霜期為312 d；廣州市白云區，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫為22.3 ℃，降水量為、1899 mm、光照充足、無霜期為341 d。土壤的各項基本理化性質詳見下表1。韶關市翁源縣研究區土壤的Cd、Pb分別為輕微和重度污染；廣州市白云區 Cd輕微污染，鉛不污染。

選擇種植的菜心品種有CXSH、LGL、ZCCX、CCXW、YL702、CL80、CJ60、TL60，所用的種子均購于廣東省農科院。其中，LGL、YL702為通過盆栽篩選得到的低Cd品種，ZCCX為高Cd品種（孫巖，2018），其余為當地使用的品種。

試驗所需肥料包括有機肥（廣州市生產力促進中心，佛山市三水通力復合肥有限公司生產）、雞糞（購買于韶關市某養雞場）、復合肥（N:P:K=15:15:15，廣東拉多美化肥有限公司生產）。防治雜草用抗老化特級黑色8針黑網（2 m寬，奧峰遮陽網編織有限公司）。

1.2 試驗設計

翁源縣種植：種植時間是2017年12月5日，采收時間2018年3月10日，種植期為97 d。種植品種為LGL、ZCCX、CCXW、YL702、CJ60、TL60共6個品種，每個品種都做3個重復，共21個小區，通過隨機抽簽的方式選擇小區分布。每塊小區都起壟，設計成長度為2 m、寬度為1 m的試驗小區，每個小區壟面面積2 m2。按當地農民的種植習慣，種植菜心之前，先進行翻地，以雞糞作為底肥，施用標準為 0.5 kg·m-2，有機肥與表層土壤充分混勻。然后在每塊小區上鋪上黑網，使黑網能夠完全把每個小區覆蓋，以控制雜草生長。在黑網上每隔25 cm剪1個9 cm2（3 cm×3 cm）的正方形洞，采用穴播的方式播種，每個正方形洞中播5粒種子。播種后，澆充足的水，使土壤充分濕透。種植后，每天傍晚淋水1次，使試驗地保持濕潤。當幼苗真葉展開后進行第1次間苗，留下2棵長勢最好的；隨著幼苗長大至15 cm時，再間苗1次，留下一棵長勢最好的。種植期間特別注意害蟲黃條跳甲，在長出幼苗后，每隔10 d噴1次殺蟲劑，直至收獲前2周停止殺蟲。在菜心抽苔初期，每畝（1畝=667 m2）追加復合肥15 kg，之后每隔一周按相同用量追肥1次，共追肥3次。

白云區種植：種植時間是2018年10月30日，采收時間2019年1月5日，種植期為67 d。種植品種為LGL、ZCCX、CCXW、YL702、CXSH、CL80共 6個品種，以有機肥作為底肥，施用標準為 0.8 kg·m-2，其他部分與上一個試驗種植方式相同。

1.3 樣品的采集與處理方法

樣品采集：待試驗田施用底肥之后，種植菜心之前，采集初始土壤的樣品，在每個小區中按照對角線原則設置5個點，每個點取20 cm深的表層土混合均勻作為該小區的起始土壤樣品。菜心收獲時，采集每個小區隨機選擇的 3棵長勢較好的菜心，分成莖葉和根 2個部分，帶回實驗室作為待測植物樣品。

樣品處理：土壤樣品采集后放于通風處自然風干，然后從每個土樣中取出40 g左右的土用陶瓷研缽研磨，研磨至土壤的粒徑全部小于0.15 mm，將研磨好的土壤樣本放于封口袋中等待測量。將每個小區收集到的3棵菜心全部的莖葉和根用自來水沖洗掉泥土，再用雙蒸水潤洗，晾干，分別記錄下收集到的不同部分的鮮重，然后將各部分分別剪碎混勻放于紙質的大信封中，先在105 ℃烘干箱中殺青30 min，再放置于 65 ℃恒溫箱中徹底烘干。取出后，分別記錄各部分干重，稱取40 g左右樣品用高速粉碎機粉碎，粉碎至植物粒徑全部小于 0.475 mm，將研磨好的植物樣本放于封口袋中，待測。

1.4 樣品的測定方法

植物樣品的測定按照國家標準方法 GB5009—2014，用微波消解儀消煮。消煮完成后，Cd、Pb元素用ICP-MS（Agilent Technologies 7700）測定；Zn、Cu用火焰原子吸收光譜儀（HITACHI Z-2300型）測定。

土壤樣品的測定按照國家標準方法GB/T23739—2009，用微波消解儀消煮。消煮完成后，Cd用石墨爐原子吸收光譜儀（HITACHI Z-2700型）測定，Pb、Cu、Zn的測定用火焰原子吸收光譜儀（HITACHI Z-2300型）。

表1 土壤基本理化性質和重金屬質量分數Table 1 Main Characteristics and heavy metal contents of studied soils

1.5 數據處理

數據的處理在Excel 2007軟件中完成；統計分析在IBM SPSS Statistics 22軟件中完成，采用單因素方差分析法檢驗處理間差異顯著性，顯著性水平設為P＜0.05。

作物對重金屬的富集系數采用下式計算：

富集系數=可食用部分的重金屬濃度/土壤中的重金屬濃度

2 結果分析

2.1 翁源試驗區結果分析

2.1.1 不同品種菜心的產量和Cd/Pb含量

表2列出了在翁源種植菜心的產量情況，菜心產量差異顯著，較高的有ZCCX和CCXW這2個品種晚熟品種，產量次高的是YL702和LGL這2個中熟品種，產量最低的是TL60和CJ60這2個早熟品種。

表2 不同品種菜心在翁源試驗區的的產量和Cd/Pb含量Table 2 Yield and Cd/Pb contents of different varieties of Brassicaparachinensis planted in Wengyuan experimental site

菜心Cd、Pb含量的情況表明，在本次種植中所有的菜心的Cd指標均能達到食品國家安全標準（0.2 mg·kg-1鮮重），也沒有顯著差異，菜心Cd較低的品種是LGL、TL60和CCXW。菜心中Pb含量較低的品種是TL60和LGL，達到國家食品安全標準（0.3 mg·kg-1鮮重），其他4個品種Pb指標未能達到國家安全標準。因此，LGL和TL60可以認為是低鎘鉛品種，但是TL60產量較低。

2.1.2 不同品種菜心的富集系數

菜心可食用部分的富集系數是衡量菜心富集重金屬的重要參照，因為它在一定程度上消除了土壤重金屬污染水平的影響。表3是在翁源試驗區種植的菜心的富集系數。菜心中Cd的富集系數變化于0.4—0.6之間，較小的是LGL和TL60。菜心中Pb的富集系數比Cd小3個數量級，變化于0.0005—0.0009之間，不同品種中較小的是LGL和TL60。

表3 翁源試驗區種植的不同品種菜心對Cd/Pb的富集系數Table 3 Concentration factors of different varieties of Brassica parachinensis in Wenyuan experimetal site

2.2 白云試驗區結果分析

2.2.1 不同品種菜心的產量和Cd/Pb含量

表4列出了在白云區種植菜心的產量情況，菜心產量差異顯著，較高的有ZCCX和CCXW這2個晚熟品種，產量次高的是YL702和LGL這2個中熟品種，產量最低的是CL80這個早熟品種，晚熟品種CXSH產量也較低。

表4 不同品種菜心在白云試驗區的的產量和Cd/Pb含量Table 4 Yield and Cd/Pb contents of different varieties of Brassica parachinensis planted in Baiyun experimental site

菜心莖葉中Cd含量差別顯著，其中Cd含量較低的是YL702、LGL和CL80這些中早熟品種（表4），含量較高的是ZCCX、CCXW和CXSH這些晚熟品種。菜心莖葉中 Pb的含量差別不顯著，其中含量較低的是LGL、YL702，含量偏高的是CCXH、CCXW這2個晚熟品種。

2.2.2 不同品種菜心的富集系數

白云試驗區種植的菜心中Cd的富集系數變化于0.07—0.22之間（表5），低于翁源試驗區。不同類型的菜心富集系數差異性顯著，最小的品種為CL80，較小的是YL702和LGL。菜心中Pb的富集系數變化于0.0003—0.0007之間，與翁源試驗點的結果相近，不同品種中較小的是YL702和LGL。

表5 白云試驗區種植的不同品種菜心對Cd/Pb的富集系數Table 5 Concentration factors of different varieties of Brassica parachinensis in Baiyun experimetal site

3 討論

3.1 不同品種菜心的綜合比較

有關低Cd菜心品種的室內研究已經不少（徐照麗等，2002；Wu et al.，2007），但是未在大田驗證，也缺乏同時低積累Cd、Pb的大田品種報道。本研究在大田模式下進行了試驗，而且選擇了廣東省二類典型污染土壤作為試驗點。在有色金屬礦山污染型Cd/Pb復合污染農田，即翁源縣的試驗中，所有的菜心的Cd指標均能達到食品國家安全標準，這與李富榮等（2016）的研究結果相符。然而由于土壤Pb重度污染，菜心Pb含量大部分品種不能達到食品國家安全標準（菜心鮮樣中Pb含量小于0.3 mg·kg-1），Cd、Pb含量指標均較低的是 TL60和LGL，值得進一步核實。這2個品種為新篩選得到的低Cd/Pb品種，與其他研究者用人為污染土壤通過盆栽試驗得到的品種不同（Qiu et al.，2011）。

在珠江三角洲Cd污染農田，即廣州市白云區種植菜心的試驗時，翁源試驗區種植產量偏低的TL60未找到種子來進一步核實，種植的6個品種菜心的Cd、Pb指標均能達到食品國家安全標準。富集重金屬Cd、Pb的能力較低的是YL702和LGL，但是，YL702在翁源縣種植Pb不能達到食品國家安全標準。因此，2次大田試驗得出的結果為：LGL為適播期較寬、較高產的低鎘鉛品種。

3.2 菜心成熟期和生長時間的影響

白云試驗區與翁源試驗區土壤中總Cd相似，比較這兩個試驗區相同品種的菜心莖葉中Cd的含量和莖葉中Cd的富集系數，發現在翁源試驗區相同品種的菜心莖葉的Cd的含量明顯超過在白云試驗區的菜心莖葉（表 2、4），翁源試驗區相同品種菜心莖葉Cd的富集系數也大于白云試驗區的菜心莖葉。除了前述的土壤pH的影響，白云菜心的生長時間為67 d，而翁源菜心的生長時間為97 d，翁源菜心的生長時間顯著長于白云菜心，因此，菜心中富集重金屬Cd的濃度可能與菜心生長的時間存在聯系，菜心的生長周期越長，富集Cd的濃度越高，這種現象在黑麥草（Lolium perenne）相關研究中也有報道（吳啟堂，1993）。

2個試驗區菜心統一種植到晚熟品種剛好成熟的狀態，不同類型的菜心富集Cd能力的強弱關系大致為：晚熟品種（ZCCX、CCXW）≥中熟品種（YL702、LGL）≥早熟品種（TL60、CJ60）（表3、5）。因此，晚熟品種可能富集 Cd較高；其次，中熟品種（YL702、LGL）產量中等，Cd較低（孫巖，2018），但本研究的供試品種還不夠多，還不能得到規律性的結論。

4 結論

通過2個試驗點田間試驗研究，可以得出以下初步結論：

（1）本次研究所選用的菜心品種在2個試驗點Cd輕微污染土壤條件下種植，菜心莖葉的Cd含量均能符合國家食品衛生標準（0.2 mg·kg-1鮮重），富集系數變化于0.1—0.6之間。菜心對Pb的富集系數較小，變化于0.0003—0.0009之間，但是在翁源試驗區重度污染土壤條件下種植，一般菜心品種莖葉Pb含量可超過國家食品衛生標準（0.3 mg·kg-1）。

（2）篩選出LGL和TL60為低Pb品種，綜合考慮產量指標，最終篩選出LGL為低Cd、Pb品種。

（3）菜心重金屬富集濃度還受生長期長度和成熟期類型的影響，需要進一步的試驗研究。