适宜浙南地区种植的重金属低积累玉米品种筛选

赵丽芳，黄鹏武，宗玉统，卢升高*

(1.乐清市农业农村局，浙江 乐清 325600； 2.浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310058)

农田重金属污染是我国主要的环境问题之一，污染农田的修复与安全利用是保障我国粮食安全和人民健康的重要任务。针对中轻度污染农田，采用对重金属低积累的作物品种，使可食用部位重金属含量达到安全食用标准，是污染农田安全利用的重要途径。研究表明[1-8]，不同玉米品种对重金属的吸收存在明显差异，通过种植重金属低积累的品种，能生产出安全的产品。因此，筛选适合不同区域的重金属低积累品种，是实现重金属污染农田安全利用的一条现实可行的途径。目前，有关浙江地区玉米品种的重金属转运和富集差异性研究较为匮乏。为此，以玉米为材料，采用田间试验，研究了重金属在玉米体内的积累、转运和富集差异性，试图筛选出具有重金属低积累特性的玉米品种，为安全利用重金属污染耕地提供技术措施。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验地选择浙南某Cd和Cu复合污染耕地，该地由于电镀酸洗污水污染，土壤全Cd平均含量为0.91 mg·kg-1，全Cu平均含量为187.03 mg·kg-1。根据GB 15618—2018《土壤环境质量：农用地土壤污染风险管控标准》，试验地土壤中Cd和Cu含量超过农用地土壤污染风险筛选值。试验共采用12个玉米品种：银糯1号、福华甜玉米、彩糯10号、万糯1号、科甜981、嵊科甜208、香雪糯、东糯4号、珍糯2号、万糯2000、苏科糯3号、黄玉米6，均购自当地种子市场。

1.2 处理设计与样品采集

试验于2018年进行，采用完全随机区组设计，设置12个品种处理，3个重复。按当地传统模式进行栽培、施肥、耕作等田间管理。玉米成熟后测产采集籽粒、秸秆和根系样品。根系样品先用自来水小心洗净根系泥土，然后用超纯水清洗，吸水纸吸干水分。植物样品在105 ℃杀青30 min，75 ℃烘至恒重，分别称量其生物量。样品粉碎过100目尼龙筛保存待用。

1.3 重金属检测与数据处理

植物样品采用硝酸和高氯酸消化，土壤样品采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸消化，消化均用微波消解仪进行。待测液中Cd用石墨炉原子吸收光谱仪测定，Cu含量用原子吸收光谱仪测定。数据处理利用Microsoft Excel 2016软件，计算重金属富集系数及重金属转运系数。

2 结果与分析

2.1 不同玉米品种籽粒、茎叶和根的重金属含量

由图1可见，12个玉米品种籽粒的Cd含量为0.06～0.52 mg·kg-1，最低值与最高值相差近9倍，玉米品种间籽粒Cd含量存在较大差异。根据食品安全国家标准(GB 2715—2016)，试验品种中有2个玉米品种籽粒的Cd含量超标，其余10个品种的Cd含量符合国家标准。玉米秸秆Cd含量为0.45～3.21 mg·kg-1，根系为1.12～4.72 mg·kg-1。玉米品种不同部位Cd含量表现为根>茎叶>籽粒。由此分析，根是玉米吸收和储存重金属的主要器官，对Cd向地上部运输起到限制作用。玉米籽粒中Cd积累作用相对较弱的品种，其根系中积累的Cd较高。对籽粒富集Cd的玉米品种如东糯4号和福华甜玉米，其根系往往表现为较低的Cd含量现象。不同玉米品种籽粒、秸秆和根系中的Cu含量，籽粒为4.73～8.30 mg·kg-1，秸秆为7.50～24.46 mg·kg-1，根系为32.89～134.15 mg·kg-1，同样表现出根>茎叶>籽粒的分布规律。在试验的12个品种中万糯2000、嵊科甜208、福华甜玉米等品种有较高的Cu含量，而万糯1号、银糯1号等Cu含量较低(图2)。

图1 不同玉米品种籽粒、秸秆和根系中的Cd含量

图2 不同玉米品种籽粒、秸秆和根系中的Cu含量

2.2 不同玉米品种的重金属富集系数和转移系数

富集系数表示重金属从土壤向玉米各器官的转运程度，茎叶/根转移系数代表重金属从根部向茎叶中的转运程度，二者比例越小，表明重金属从根部向籽粒和茎叶中转运越困难。籽粒/茎叶表示重金属从茎叶向籽粒中转运的能力，比值越大，表明重金属越容易从茎叶中向籽粒中转运。由表1可知，玉米籽粒对Cd的富集系数在0.07～0.58，秸秆的富集系数在0.51～3.41，根系的富集系数在1.42～4.92，表明玉米籽粒对Cd具有较低的富集；秸秆—籽粒间的转移系数在0.05～0.55，根系—籽粒间的转移系数在0.02～0.43，秸秆—根系间的转移系数在0.20～2.33，表明土壤中的Cd向上转运的过程中，经过玉米根系和秸秆的屏蔽作用，降低了重金属向籽粒的转移。玉米对Cu的富集系数表现为根>茎叶>籽粒,同样地Cu主要积累在玉米根系中。与Cd比较，玉米对Cu的富集更低。

表1 不同玉米品种的重金属富集系数

2.3 重金属低积累玉米品种的筛选

在对重金属低积累农作物品种筛选过程中，除了考虑农作物品种体内重金属的含量外，还得综合考虑农作物的产量状况。田间试验12个玉米品种的产量为1 860～3 810 kg·hm-2，平均在2 805 kg·hm-2，表明在相同的土壤和管理条件下不同玉米品种的产量存在较大差异。根据调查，在这些Cd中度污染农田上种植水稻，其糙米中Cd含量往往超过食品安全国家标准的几倍。通过筛选低积累重金属的玉米品种替代水稻种植来减少食物链重金属富集是经济可行的安全利用模式。理想的重金属低积累作物应该同时具备以下特征：该作物可食部位重金属含量低于国家相关标准；该作物对重金属的富集系数较低(<1)；该作物对重金属毒害具有较高的耐受性，产量或生物量无明显下降。因此，综合考虑玉米产量和污染物积累情况，初步认为银糯1号、彩糯10号、科甜981、苏科糯3号等品种属于重金属低积累品种。银糯1号籽粒Cd含量为0.06 mg·kg-1，富集系数为0.065；彩糯10号Cd含量为0.08 mg·kg-1，富集系数为0.087；科甜981籽粒Cd含量为0.065 mg·kg-1，富集系数为0.071；苏科糯3号籽粒Cd含量为0.08 mg·kg-1，富集系数为0.087。

3 小结

本试验在Cd和Cu复合污染农田研究了12个玉米品种对重金属的积累情况，发现不同玉米品种对重金属的积累存在显著差异。对Cd积累低的品种同样具有较低的Cu积累，表明在Cd和Cu复合污染土壤中低积累玉米品种具有对Cd和Cu的共同抗性，可作为复合污染农田安全利用的作物类型之一。综合考虑作物的产量和积累情况，筛选出银糯1号、彩糯10号、科甜981、苏科糯3号等品种属于重金属低积累品种。