不同土壤鎘條件下玉米重金屬鎘積累特性研究

董欣欣

（沈陽市鄉村振興發展中心，遼寧沈陽 110034）

關鍵字：玉米品種；大田試驗；鎘污染；鎘積累；富集能力

0 引言

土壤鎘（Cd）污染不僅影響農作物產量和品質，對生態系統構成威脅，而且通過食物鏈的積累直接威脅人體健康。我國北方由于長期污水灌溉的歷史遺留問題造成大面積中輕度Cd污染農田的存在[1]。有研究者發現低積累玉米品種種植在中輕度Cd污染農田上，玉米籽粒Cd含量符合糧食衛生標準GB2715-2005中污染物限量標準的規定（≤0.1 mg·kg-1），但同時不同玉米品種對重金屬Cd積累也存在顯著差異性[2-3]。

在大田作物常規管理情況下，以中輕度污染農田安全利用及保障農產品安全角度為出發點，研究在不同鎘含量農田土壤條件下不同玉米品種對土壤重金屬Cd的積累富集差異，具有實地應用的可行性及指導性。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

2022年分別選定鎘含量1.3 mg·kg-1和0.45 mg·kg-1的土壤開展大田試驗。

1.1.1土壤背景（一）沈陽市鐵西區新民屯鎮寬場村：供試土壤為潮棕壤，土壤 pH 6.49，有機碳 17.0 g·kg-1，CEC17.25 cmol·kg-1，全氮1.71 g·kg-1，全磷1.62 g·kg-1，全鉀20.0 g·kg-1，總鎘1.30 mg·kg-1。

1.1.2土壤背景（二）沈陽市于洪區造化鎮閘上村：供試土壤為潮棕壤，土壤pH6.40，有機碳16.6 g·kg-1，CEC23.88 cmol·kg-1，全氮1.53 g·kg-1，全磷 0.77 g·kg-1，全鉀20.05 g·kg-1，總鎘0.45 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

田間試驗供試玉米品種見表1。田間試驗共設置 26個處理，每個小區長12.5 m、寬2.28 m，面積為 27.36 m2，相鄰之間間隔1.2 m，每個處理設3次重復，共78個試驗小區，隨機區組排列。玉米播種管理措施，如整地、施肥、播種、中耕除草等同當地常規管理模式一致。

表1 供試玉米品種

1.3 試驗材料

供試玉米品種是近年來在沈陽市普遍種植的品種，見表1。

1.4 樣品采集

田間土壤采用隨機五處梅花點分布法取樣，均勻混合，低溫（4℃）保存及風干處理備用；玉米樣品采用五點“Z”形隨機取樣法采集，玉米風干脫粒后備用。

1.5 測定方法

土壤基本性質測定；土壤鎘含量按照國家標準（GB/T-1997）采用HCl-HNO3-HF-HClO3消解，火焰原子吸收光譜儀測定；土壤有效鎘含量采用0.1 mol/L的鹽酸浸提，電感耦合等離子質譜儀（ICP-OES）進行測定；玉米籽粒鎘含量采用HNO3-H2O2法（5∶1，V/V）消解，原子吸收分光光度計進行測定。

1.6 數據統計分析

應用Excel2007、SPSS16.0（Chicago，IL，USA）等軟件進行數據處理、統計分析和作圖，差異顯著性采用Duncan法進行檢驗。

2 試驗結果

2.1 土壤背景（一）條件下玉米籽粒對鎘的積累、富集能力比較

在土壤背景（一）鎘含量1.3 mg·kg-1條件下，見表2，狀元985籽粒中鎘含量最高，為0.019 mg·kg-1，富友9籽粒中鎘含量最低，為0.004 mg·kg-1。此外，不同玉米品種之間籽粒中鎘積累量的變異系數47.59%，說明26個供試玉米品種籽粒吸收積累鎘的差異性明顯。玉米籽實含鎘量的頻次分布見圖1，玉米籽實大多數品種含鎘量在0.004～0.008 mg·kg-1范圍內，其次是0.008～0.012 mg·kg-1和0.012～0.016 mg·kg-1，之后是0.016～0.020 mg·kg-1，最少樣本數的是在 0.00～0.004 mg·kg-1范圍內。

圖1 土壤背景（一）玉米籽粒不同鎘含量樣本數分布

表2 土壤背景（一）玉米籽粒中鎘含量及富集系數

富集系數（BCF）是衡量作物對重金屬積累能力大小的一個重要指標，富集系數越大，說明富集能力越強。玉米籽粒富集系數是指玉米籽粒中重金屬含量與土壤中重金屬含量的比值。不同品種玉米籽粒對鎘的富集系數進行分析可知，在土壤鎘含量1.3 mg·kg-1條件下，大部分玉米籽粒對鎘的富集能力較弱，富集系數小于0.01，富集能力最弱的是富友9，其次是東單1501、東單90、鐵研368、東單60。其中，狀元985，東單1331、丹玉405、明玉260、東單118和明玉178對鎘的富集能力較強，富集系數大于0.01（表2）。

2.2 土壤背景（二）條件下玉米籽粒對鎘的積累、富集能力比較

在土壤背景（二）鎘含量0.45 mg·kg-1條件下（見表3）。不同玉米品種籽粒鎘含量在0.0027～0.042 mg·kg-1之間，其中聯達99籽粒鎘含量0.042 mg·kg-1為最高，東單60籽粒鎘含量0.0027 mg·kg-1為最低，所有品種玉米籽粒鎘含量均值為0.009mg·kg-1。對26個品種玉米籽粒鎘的富集系數進行分析，在土壤鎘含量0.45 mg·kg-1條件下，富集能力最弱的是東單60，為0.006，其次是富友9、東單1607、東單1501等8個品種。其他玉米籽粒富集系數均大于0.01，其中狀元985富集能力最強為0.047，其次是鐵研58富集系數為0.037，明玉178、明玉260等。由圖2可知，玉米籽粒含鎘量的頻次分布呈現規律不顯著。玉米籽粒大多數品種含鎘量在0.004～0.008 mg·kg-1范圍內，樣本數10個，其次是在0.00～0.004mg·kg-1范圍內，樣本數7個，最少樣本數在0.016～0.020 mg·kg-1，0.020～0.024 mg·kg-1和大于0.024 mg·kg-1范圍內，僅 1個。

圖2 土壤背景（二）玉米籽粒不同鎘含量樣本數分布3 討論

表3 土壤背景（二）玉米籽粒中鎘含量及富集系數

前人研究發現土壤條件、農藝措施、不同作物等影響土壤重金屬的有效性，進而影響作物對重金屬的吸收積累特性[3]。本文試驗結果表明，在土壤鎘含量1.30 mg·kg-1和0.45 mg·kg-1兩種背景條件下，玉米品種對鎘的積累和富集能力表現不一致。在鎘含量高（1.30 mg·kg-1）的土壤上，種植26個玉米品種，除狀元985、東單1331、丹玉405等6個品種表現強富集能力外，其他20個玉米品種富集能力均較弱，小于0.01；而在鎘含量低（0.45mg·kg-1）的土壤上，除東單60、富友9、東單1607等9個品種富集能力弱，小于0.01外，其他17個玉米品種均表現較強的富集能力，大于0.01。這說明相同玉米品種種植在不同鎘含量的大田土壤上其籽粒對鎘的積累、富集能力差異較大，且存在顯著變化。這與楊惟薇、吳傳星、杜彩艷等人研究結果相一致[3-5]。另外，在兩種土壤背景條件下，雖然26個不同玉米品種籽粒鎘含量均符合GB2715-2005的規定（≤0.1 mg·kg-1），但由于玉米品種在不同土壤背景條件下對土壤重金屬Cd積累、富集能力表現不一致，且有顯著變化，因此，在中、輕度Cd污染地區種植低積累玉米品種之前開展大田試驗示范是保障該地區農產品質量安全的必要且重要措施。同時，不同品種玉米的低積累性狀及其低富集能力在不同土壤環境中的適應性和穩定性需要進一步探究和持續動態監測。