镉低积累玉米水稻品种的筛选

董欣欣 孙保亚 杨双 王月 郭志磊 刘彦 陈晔

(沈阳市现代农业研发服务中心(沈阳市农业科学院)，辽宁 沈阳 110034)

同一植物的不同品种对重金属的吸收积累存在一定差异。张洋等对32个不同油菜品种镉(Cd)吸收累积特征的研究发现，不同品种之间积累Cd的能力存在显著差异。很多谷类作物吸收重金属的能力也存在品种差异。对43个不同品种的水稻盆栽试验发现，Cd含量在常规籼稻精米、稻谷中最高，而在常规粳稻中最低。类似的盆栽试验发现，46个不同水稻品种糙米含Cd量差异显著，变化范围在0.428～2.558mg·kg-1。作物吸收重金属的种间差异在大白菜、马铃薯、玉米中均有体现。

本试验筛选对重金属Cd低积累的玉米、水稻品种，使之适合种植在中、低污染农田土壤中，其可食部的重金属含量达到国家食品安全生产标准的要求，并将这类品种在沈阳市推广种植，实现农产品的安全种植生产。

1 材料与方法

1.1 试验地点

中国科学院沈阳应用生态研究所的沈阳农田生态系统国家野外科学观测站(新民屯站区)：土壤pH6.49，有机碳17.0g·kg-1，CEC为17.25cmol·kg-1，全氮1.71g·kg-1，全磷1.62g·kg-1，全钾20.0g·kg-1，总镉1.30mg·kg-1。

沈阳市于洪区闸上村：土壤pH6.40，有机碳16.6g·kg-1，CEC为23.88cmol·kg-1，全氮1.53g·kg-1，全磷0.77g·kg-1，全钾20.05g·kg-1，总镉0.45mg·kg-1。

1.2 试验材料

供试玉米品种和水稻品种均为近年在沈阳市普遍种植的品种，见表1、2。

表1 参试玉米品种名称

1.3 试验设计

玉米品种筛选试验在中国科学院沈阳应用生态研究所的沈阳农田生态系统国家野外科学观测站(新民屯站区)进行，每个品种设3次重复，78个小区，每个小区面积60m2，随机区组排列，双粒点播，田间管理措施和正常生产一致。

水稻品种筛选试验在沈阳市于洪区闸上村进行，每个品种设3次重复，60个小区，每个小区面积60m2，随机区组排列，人工插秧，田间管理措施和正常生产一致。

表2 参试水稻品种名称

1.4 样品的采集与分析

田间土壤采用随机5处梅花点分布法取样，均匀混合，低温(4℃)保存及风干处理备用；玉米、水稻样品采用5点“Z”型随机取样法采集，玉米、水稻风干脱粒后备用。

土壤基本性质测定参照鲍士旦等研究方法；土壤镉含量按照国家标准(GB/T-1997)采用HCl-HNO3-HF-HClO3消解，火焰原子吸收光谱仪测定；土壤有效镉含量采用0.1mol·L-1的盐酸浸提，电感耦合等离子质谱仪(ICP-OES)进行测定；玉米籽粒镉含量采用HNO3-H2O2法(5∶1，V/V)消解，原子吸收分光光度计进行测定；水稻籽粒镉含量按照农业部标准(NY147-88)，采用HNO3-HClO4消解，石墨炉原子吸收光度计测定。

1.5 数据统计分析

应用Excel 2007、SPSS 16.0(Chicago、IL、USA)等软件进行数据处理、统计分析和作图，差异显著性采用Duncan法进行检验。

2 结果与分析

2.1 不同玉米品种籽粒、茎叶对镉的累积比较

不同玉米品种籽粒中镉含量符合GB2715-2005的规定(≤0.1mg·kg-1)，见表3。其中，“状元985”籽粒中镉含量最高，为0.019mg·kg-1；“富友9”籽粒中镉含量最低，为0.004mg·kg-1。此外，不同玉米品种之间籽粒中镉累积量的变异系数为47.59%，说明26个供试玉米品种籽粒吸收累积镉的差异性明显。玉米籽实含镉量的频次分布见图1，由图1可知，玉米籽实大多数品种含镉量在0.004～0.008mg·kg-1。

图1 不同含镉量范围供试26种玉米籽实样本数分布

根据前期研究表明，玉米茎叶部镉含量在成熟期最高。本试验仅采集成熟期玉米茎叶测定不同品种玉米茎叶中镉含量，结果表明，玉米茎叶中镉含量变化趋势与玉米籽粒中镉含量变化趋势不同，“东单1331”茎叶中镉含量最高，为0.759mg·kg-1；“东单1501”茎叶中镉含量最低，为0.096mg·kg-1，见表3。

表3 不同玉米品种籽粒和茎叶中镉含量

2.2 不同玉米品种籽粒对镉的富集能力比较

富集系数(BCF)是衡量植物对重金属积累能力大小的一个重要指标，是指植物体内某种重金属含量与土壤中该种重金属含量的比值，富集系数越大，说明富集能力越强。玉米籽粒富集系数是指玉米籽粒中重金属含量与土壤中重金属含量的比值。通过对不同品种玉米籽粒对镉的富集系数进行分析可知，大部分玉米籽粒对镉的富集能力较弱，富集系数小于0.01，富集能力最弱的是“富友9”，其次是“东单1501”、“东单90”、“铁研368”、“东单60”。其中，“状元985”、“东单1331”、“丹玉405”、“明玉260”、“东单118”和“明玉178”对镉的富集能力较强，富集系数大于0.01，见表3。

2.3 不同水稻品种糙米对镉的累积比较

不同水稻品种糙米中镉含量分析见表4。20个糙米品种中镉含量极差值达到3.7倍，变异系数38.26%，说明不同品种水稻籽粒对镉的积累存在明显的差异，也表明筛选低吸收、低积累镉的水稻品种是可行的。糙米含镉量的频次分布见图2，由图2可知，糙米含镉量遵循正态分布规律，大多数品种含镉量在0.04～0.08mg·kg-1。

表4 供试20种水稻糙米含镉量统计

图2 不同含镉量范围供试20种水稻糙米样本数分布

2.4 不同水稻品种糙米对镉的富集能力比较

根据表5中不同品种水稻糙米对镉的富集系数进行分析可知，“盐939”糙米对镉的富集能力最强，富集系数为0.29；“隆66”糙米对镉的富集能力最弱，富集系数为0.11。同时水稻对镉的富集能力显著高于玉米对镉的富集能力，见表3、5。

表5 不同水稻品种糙米对镉的富集系数

2.5 不同水稻品种产量性状的比较

不同品种水稻产量见表6。由表6可知，“辽399”、“美锋稻225”产量最高，为675kg·667m-2，较“隆66”高33.33%，但“隆66”糙米的镉含量低于“辽399”和“美锋稻225”糙米的镉含量。这与前人的“高产伴随高镉”的研究结论相一致，本研究中镉含量最高值是“盐939”糙米为0.128mg·kg-1，其产量却在中位水平。故水稻产量性状与镉积累能力的关系需要进一步研究。

表6 不同水稻品种产量性状

3 结论

在镉污染土壤中进行镉低积累玉米、水稻品种筛选试验。试验结果表明，参试玉米籽粒镉含量在0.004～0.019mg·kg-1，参试水稻糙米镉含量在0.035～0.128mg·kg-1。试验在土壤镉含量为1.30mg·kg-1的条件下种植玉米、在土壤镉含量为0.45mg·kg-1条件下种植水稻，其籽粒和糙米中镉含量最高值分别为0.019mg·kg-1和0.128mg·kg-1，均符合《GB2715-2005粮食卫生标准》中污染物限量标准。结合不同玉米、水稻品种对土壤中镉积累能力和农产品经济效益分析，筛选出玉米低积累品种为“富友9”、“东单1501”、“东单90”、“铁研368”和“东单60”；水稻低积累品种为“辽399”、“美锋稻225”、“辽212”和“辽1499”。这些品种可作为中、轻度镉污染地区玉米、水稻品种推广种植。