不同亞麻品種重金屬Cd吸收積累的差異

柳婷婷，駱霞虹，李文略，朱關林，安霞

(浙江省蕭山棉麻研究所 浙江省農業科學院園林植物與花卉研究所，浙江 杭州 311251)

社會經濟的快速發展，伴隨著工礦企業驟增、化肥農藥施用量增大、生產生活廢棄物持續增多，使得土壤重金屬污染迅速蔓延，污染程度也逐漸加深[1-2]。調查分析顯示，我國耕地土壤中受重金屬污染的面積大概占耕地總面積的五分之一，嚴重威脅到生態環境安全、食品安全以及人體健康[3]。耕地是農業發展的基石，耕地土壤環境質量事關國計民生。據統計，由于土壤的重金屬污染而導致每年糧食減產0.10億t，受污染的糧食每年達到0.12億t，造成巨大的經濟損失[3]。重金屬污染已成為土壤污染中面積最廣、危害最大的環境問題之一。

對我國農田土壤環境造成污染的重金屬種類很多，其中鎘(Cd)是主要的重金屬污染元素之一。據報道，受Cd污染的農田土壤面積近1.33萬hm2，點位超標率達7.0%[4]。Cd具有毒性大、移動性強、易被植物吸收等特點，能夠抑制農作物的生長發育，使其生長遲緩、植株矮小、缺綠、產量下降等[5]。此外，Cd還會隨著食物鏈的傳遞，通過“土壤—植物—人體”或者“土壤—植物—動物—人體”的路徑進入人體內富集，最終危害健康。當Cd進入人體后，會與人體內的許多物質進行反應，導致人體機理功能等出現失調，引發病變，也就是人們常說的Cd中毒。Cd中毒會對腎臟和心血管造成損傷，導致貧血和骨骼病變，還會導致人體畸變、癌變等[6-7]。20世紀在日本富山縣出現的“骨癌病”，也稱“痛痛病”，主要就是由Cd中毒引起的[8]。因此，Cd污染不僅嚴重阻礙了農業的可持續發展，給糧食安全造成很大的安全隱患，還嚴重威脅人們的身體健康，對Cd污染土壤的治理和修復已成為亟待解決的重要問題。

亞麻是亞麻科亞麻屬草本植物，種植歷史悠久，是人類最早使用的天然纖維植物之一。利用亞麻纖維生產、制作的高檔紡織品、服裝面料等具有涼爽、吸濕、透氣的特點，深受人們喜愛[9]。亞麻也是重要的油料作物，亞麻籽油也稱亞麻油，富含人體必需的不飽和脂肪酸——α-亞麻酸，具有益智健腦、改善視力，以及降低血脂、降低血糖、降低血黏度、預防心腦血管疾病等多種保健功效，營養價值和經濟價值都很高[10-12]。亞麻適應性強，具有很高的生物量，對Cd等重金屬脅迫具有較高的耐受性。Angelova等[13]發現，與大麻和棉花相比，亞麻對重金屬Cd的吸收和富集能力最強；徐英等[14]在湖南安化山區的Cd污染農田進行吸鎘特性研究表明，亞麻對Cd的富集系數最高達到4.33；Marie等[15]發現，亞麻植株在1 000 mg·kg-1的Cd污染土壤中仍可正常生長。因此，亞麻是Cd污染農田適合種植的替代經濟作物。

浙江位于東南沿海，與亞麻原產地埃及緯度相近，因沿海有著與歐洲優良亞麻生產區地中海沿岸相似的海洋性氣候，冬春季的自然條件能夠滿足亞麻生長發展的需要[16]。此外，隨著近年來的“退苗還糧”，已騰出大量土地，冬閑田面積也逐年增長；同時，由于經濟效益的下降，浙江省以往的大宗冬作物如油菜等的種植面積逐年減少，這都給了發展冬播亞麻很大的空間。因此，亞麻在修復土壤Cd污染的同時，也大大提高了浙江省土地的利用效率，有效增加了冬閑田的經濟價值，是一種比較理想的重金屬污染耕地邊利用邊修復的作物。本研究選取5個亞麻品種，利用盆栽試驗，研究分析同等種植條件下不同亞麻品種對Cd吸收積累的差異，旨在篩選出籽粒Cd低積累、其他部位高積累的亞麻品種。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗土壤采自農田0～20 cm的耕層土壤，土壤除雜和風干后，過2 mm篩備用。土壤pH為6.22。本試驗所用亞麻品種分別為TX-7、阿里、華亞3號、壩選3號、隴亞15號。試驗所用CdCl2·2.5H2O(分析純)購于杭州創試生物科技有限公司。

1.2 試驗設計

盆栽試驗時，以溶液的形式將CdCl2·2.5H2O一次性均勻加入供試土壤中，使土壤Cd含量(以純Cd計算)為0.5 mg·kg-1。每盆(長40 cm、寬27 cm、高30 cm)裝入風干土20 kg，加入60 g有機肥作為基肥。每個品種播種3盆。樅形期時，每盆亞麻定苗60株。本試驗在浙江省蕭山棉麻研究所試驗大棚進行。

1.3 樣品采集與處理

土壤pH檢測方法。稱取10 g通過1 mm篩孔風干土壤樣本置于50 mL燒杯中，加入25 mL蒸餾水，攪拌1 min，放置30 min使其澄清(此期間應避免空氣中有氨或揮發性酸)，用校正過的pH計檢測懸液的pH值。

亞麻農藝性狀和產量考察。生理成熟期時，每個品種每個重復隨機選取5株植株，測量株高、莖粗、分枝數、蒴果數、每果粒數及單株干重。

不同亞麻品種各部位Cd含量測定。亞麻植株收獲后，先于105 ℃殺青40 min，隨后在65 ℃烘干至恒重。將根、莖、葉、籽殼和籽粒分別取樣，粉碎后過0.18 mm篩。稱取干試樣0.4 g(精確至0.000 1 g)于聚四氟乙烯消解罐內，加硝酸5 mL浸泡過夜。蓋好內蓋，旋緊不銹鋼外套，放入恒溫干燥箱，80 ℃保持1～2 h，120 ℃保持1～2 h，再升至160 ℃保持4 h，在箱內自然冷卻至室溫，打開后加熱趕酸至近干，將消化液洗入25 mL容量瓶中，用少量1%硝酸溶液洗滌內罐和內蓋3次，洗液合并至容量瓶中并用1%硝酸定容至刻度，混勻備用。同時做試劑空白試驗。試液上機測定Cd含量(賽默飛iCAP RQ型電感耦合等離子體質譜儀)。

1.4 數據分析

利用Excel 2019對數據進行分析，利用SPSS 25.0軟件進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同亞麻品種的農藝性狀

表1顯示，不同品種的指標間存在一定差異。隴亞15號和TX-7的株高較高，且顯著高于其他品種。在莖粗和單株干重方面，隴亞15號均顯著高于其他亞麻品種。在分枝數、蒴果數和每果粒數方面，隴亞15號也高于其他品種。總體來看，在5個亞麻品種中，隴亞15號的綜合農藝性狀表現最好。

表1 不同亞麻品種的農藝性狀

2.2 不同亞麻品種各部位的Cd含量

如表2所示，亞麻不同品種、不同部位的Cd含量存在一定差異。總體來說，不同亞麻品種莖和葉中的Cd含量高于根、籽殼和籽粒。TX-7和阿里品種的根中Cd含量顯著高于其他3個品種；TX-7莖和葉中的Cd含量總體上高于其他品種。阿里、華亞3號和隴亞15號籽殼中的Cd含量高于其他2個品種。阿里和壩選3號籽粒中的Cd含量顯著低于其他亞麻品種。

表2 不同亞麻品種各部位Cd含量

3 小結與討論

現階段，隨著城市工業化以及農業規模化的不斷發展，農田土壤重金屬污染問題日益嚴峻，嚴重威脅到我國的糧食安全和生態環境，整治農業土壤污染問題迫在眉睫[17]。為了遏制日益嚴重的農田土壤污染，保證土壤質量和糧食安全，2016年5月，國務院發布《土壤污染防治行動計劃》(“土十條”)，標志著農田土壤重金屬污染修復工作已成為國家重大戰略需求[18]。

目前土壤重金屬污染的修復方法主要有物理修復、化學修復和植物修復[19]。物理修復主要是利用物理學的原理，通過排土、換土、客土等工程措施，使土壤中的重金屬部分轉化為無害物質或者徹底去除，其優點是修復較徹底、穩定，但是成本較高，工程量大，易破壞土體結構。化學修復是指利用固化法、淋洗法、化學氧化修復法等方法，通過向土壤中施加化學物質，改變土壤的化學性質，降低土壤中重金屬的活性，從而減少植物對土壤中重金屬的吸收積累，雖然用時短，見效較快，但是存在成本高、易造成二次污染等缺點。植物修復是利用植物自身的生理特性，從環境中吸收、分解、轉化或固定土壤中的重金屬，降低污染物濃度，提高土壤安全性的修復手段，是環境友好且具有經濟效益的技術[20]。與傳統的物理和化學方法相比，植物修復技術具有成本低、來源廣、實施簡單、效果永久、無二次污染、美化環境等優良特點，受到廣泛關注[21]。植物修復技術的關鍵在于找到超富集植物。魏樹和等[22]發現，Cd的超富集作物為龍葵；陳同斌等[23]發現，As的超富集作物為蜈蚣草。這些植物雖然對土壤重金屬吸附能力很強，但由于其普遍存在生長緩慢、植株矮小、生物量小、生態適應性差等特點，難以進行田間管理，沒有經濟價值，故很難在實際生產中應用。所以當前的研究者不再局限于尋找超富集植物，轉而尋找一些富集重金屬能力強、生物量大且經濟價值高的作物來修復土壤重金屬污染。

亞麻生物量較大，對Cd具有較強的耐受性。研究表明，在種子萌發期，亞麻種子的耐鎘性大于黃麻和芥菜種子[24]。在浙江，亞麻主要是利用冬閑田種植，從而大大提高了土地利用效率[16]。與傳統的冬閑田作物油菜相比，亞麻籽油具有更高的營養價值和經濟價值[10-12]。本研究中，選取5個亞麻品種種植于輕度Cd污染的土壤中，其中隴亞15號的農藝性狀綜合表現最好。不同的亞麻品種各部位Cd吸收積累的能力有差異。總體來看，5個亞麻品種莖葉的Cd含量均高于根、籽殼和籽粒，阿里和壩選3號籽粒中的Cd含量顯著低于其他亞麻品種。在實際應用過程中，應在保證籽粒重金屬含量符合安全標準的前提下，選擇農藝性狀表現好，且其他部位Cd富集能力強的品種，這樣可在修復Cd污染土壤的同時，還能獲取一定的經濟價值。