低镉铅菜心品种田间试验研究

李俊 ，刘兴，彭建兵 ，林泉 ，马强，卫泽斌 ，吴启堂 *

1. 华农—东升生态环境修复联合研发中心/江门泰盛石场有限公司/广东东升实业集团有限公司，广东 广州 510440；

2. 华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642

广东省北部矿业区和珠江三角洲土壤重金属污染较严重，为全国6个综合防治先行区之一（国务院，2016）。北部矿业区Cd、Pb污染严重，珠江三角洲受到Cd、Ni污染（罗小玲等，2014）。胡小玲等（2006）对珠海市的7大类61份新鲜叶菜样品进行检测，结果显示，Pb超标率达到8.2%，Cd超标率达到24.6%；秦文淑（2010）通过对广州市区居民菜市场主要蔬菜采样测定，分析其中的Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni等重金属的含量，结果发现，Pb、Cd、Cr为广州蔬菜主要污染的元素，超标率分别为22.2%、13.9%和38.9%。

从植物吸收重金属能力的种间以及种内差异入手，筛选出能够低富集重金属元素的作物的种类或品种，在不影响经济效益以及产量的前提下，尽量推广种植低积累的作物或品种，以降低产品中重金属元素的含量（He et al.，2015；邹素敏等，2017）。

菜心（Brassica parachinensisL.）属于十字花科芸薹属，是华南地区种植规模最大的叶菜类蔬菜作物。故而，筛选出低富集Cd、Pb的菜心品种对降低长期食用菜心的人群所带来的健康风险有重要的意义。徐照丽等（2002）用盆栽试验筛选出低Cd菜心品种。最近，陈惠君等（2016）以37种菜心为实验材料，通过土培盆栽试验筛选Cr/Pb相对高累积和相对低累积品种，对筛出品种进行水培和钙离子通道抑制试验，研究相对低累积品种根系活化、吸收重金属的能力。结果表明，特级粗条和油青四九为 Cr/Pb相对高累积品种，绿星和极品为Cr/Pb相对低累积品种。因而有研究者认为在轻、中度污染的菜地，通过选育Cd、Pb低积累菜心品种可以将菜心可食用部分的Cd、Pb浓度控制在允许的范围之内。本文针对广东省北部矿业区和珠江三角洲的2种典型的Cd/Pb污染农田土壤，采用田间试验的方法，在不同的污染和栽培条件下验证已经盆栽筛选得到的低Cd菜心品种，同时增加当地品种进行田间直接筛选低Cd/Pb的菜心品种，以便在华南地区污染农田应用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

菜心品种的筛选试验是在广东省韶关市翁源县，属亚热带季风气候，年平均气温20.6 ℃，降水量为1778 mm，光照充足，无霜期为312 d；广州市白云区，属亚热带季风气候，年平均气温为22.3 ℃，降水量为、1899 mm、光照充足、无霜期为341 d。土壤的各项基本理化性质详见下表1。韶关市翁源县研究区土壤的Cd、Pb分别为轻微和重度污染；广州市白云区 Cd轻微污染，铅不污染。

选择种植的菜心品种有CXSH、LGL、ZCCX、CCXW、YL702、CL80、CJ60、TL60，所用的种子均购于广东省农科院。其中，LGL、YL702为通过盆栽筛选得到的低Cd品种，ZCCX为高Cd品种（孙岩，2018），其余为当地使用的品种。

试验所需肥料包括有机肥（广州市生产力促进中心，佛山市三水通力复合肥有限公司生产）、鸡粪（购买于韶关市某养鸡场）、复合肥（N:P:K=15:15:15，广东拉多美化肥有限公司生产）。防治杂草用抗老化特级黑色8针黑网（2 m宽，奥峰遮阳网编织有限公司）。

1.2 试验设计

翁源县种植：种植时间是2017年12月5日，采收时间2018年3月10日，种植期为97 d。种植品种为LGL、ZCCX、CCXW、YL702、CJ60、TL60共6个品种，每个品种都做3个重复，共21个小区，通过随机抽签的方式选择小区分布。每块小区都起垄，设计成长度为2 m、宽度为1 m的试验小区，每个小区垄面面积2 m2。按当地农民的种植习惯，种植菜心之前，先进行翻地，以鸡粪作为底肥，施用标准为 0.5 kg·m-2，有机肥与表层土壤充分混匀。然后在每块小区上铺上黑网，使黑网能够完全把每个小区覆盖，以控制杂草生长。在黑网上每隔25 cm剪1个9 cm2（3 cm×3 cm）的正方形洞，采用穴播的方式播种，每个正方形洞中播5粒种子。播种后，浇充足的水，使土壤充分湿透。种植后，每天傍晚淋水1次，使试验地保持湿润。当幼苗真叶展开后进行第1次间苗，留下2棵长势最好的；随着幼苗长大至15 cm时，再间苗1次，留下一棵长势最好的。种植期间特别注意害虫黄条跳甲，在长出幼苗后，每隔10 d喷1次杀虫剂，直至收获前2周停止杀虫。在菜心抽苔初期，每亩（1亩=667 m2）追加复合肥15 kg，之后每隔一周按相同用量追肥1次，共追肥3次。

白云区种植：种植时间是2018年10月30日，采收时间2019年1月5日，种植期为67 d。种植品种为LGL、ZCCX、CCXW、YL702、CXSH、CL80共 6个品种，以有机肥作为底肥，施用标准为 0.8 kg·m-2，其他部分与上一个试验种植方式相同。

1.3 样品的采集与处理方法

样品采集：待试验田施用底肥之后，种植菜心之前，采集初始土壤的样品，在每个小区中按照对角线原则设置5个点，每个点取20 cm深的表层土混合均匀作为该小区的起始土壤样品。菜心收获时，采集每个小区随机选择的 3棵长势较好的菜心，分成茎叶和根 2个部分，带回实验室作为待测植物样品。

样品处理：土壤样品采集后放于通风处自然风干，然后从每个土样中取出40 g左右的土用陶瓷研钵研磨，研磨至土壤的粒径全部小于0.15 mm，将研磨好的土壤样本放于封口袋中等待测量。将每个小区收集到的3棵菜心全部的茎叶和根用自来水冲洗掉泥土，再用双蒸水润洗，晾干，分别记录下收集到的不同部分的鲜重，然后将各部分分别剪碎混匀放于纸质的大信封中，先在105 ℃烘干箱中杀青30 min，再放置于 65 ℃恒温箱中彻底烘干。取出后，分别记录各部分干重，称取40 g左右样品用高速粉碎机粉碎，粉碎至植物粒径全部小于 0.475 mm，将研磨好的植物样本放于封口袋中，待测。

1.4 样品的测定方法

植物样品的测定按照国家标准方法 GB5009—2014，用微波消解仪消煮。消煮完成后，Cd、Pb元素用ICP-MS（Agilent Technologies 7700）测定；Zn、Cu用火焰原子吸收光谱仪（HITACHI Z-2300型）测定。

土壤样品的测定按照国家标准方法GB/T23739—2009，用微波消解仪消煮。消煮完成后，Cd用石墨炉原子吸收光谱仪（HITACHI Z-2700型）测定，Pb、Cu、Zn的测定用火焰原子吸收光谱仪（HITACHI Z-2300型）。

表1 土壤基本理化性质和重金属质量分数Table 1 Main Characteristics and heavy metal contents of studied soils

1.5 数据处理

数据的处理在Excel 2007软件中完成；统计分析在IBM SPSS Statistics 22软件中完成，采用单因素方差分析法检验处理间差异显著性，显著性水平设为P＜0.05。

作物对重金属的富集系数采用下式计算：

富集系数=可食用部分的重金属浓度/土壤中的重金属浓度

2 结果分析

2.1 翁源试验区结果分析

2.1.1 不同品种菜心的产量和Cd/Pb含量

表2列出了在翁源种植菜心的产量情况，菜心产量差异显著，较高的有ZCCX和CCXW这2个品种晚熟品种，产量次高的是YL702和LGL这2个中熟品种，产量最低的是TL60和CJ60这2个早熟品种。

表2 不同品种菜心在翁源试验区的的产量和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含量的情况表明，在本次种植中所有的菜心的Cd指标均能达到食品国家安全标准（0.2 mg·kg-1鲜重），也没有显著差异，菜心Cd较低的品种是LGL、TL60和CCXW。菜心中Pb含量较低的品种是TL60和LGL，达到国家食品安全标准（0.3 mg·kg-1鲜重），其他4个品种Pb指标未能达到国家安全标准。因此，LGL和TL60可以认为是低镉铅品种，但是TL60产量较低。

2.1.2 不同品种菜心的富集系数

菜心可食用部分的富集系数是衡量菜心富集重金属的重要参照，因为它在一定程度上消除了土壤重金属污染水平的影响。表3是在翁源试验区种植的菜心的富集系数。菜心中Cd的富集系数变化于0.4—0.6之间，较小的是LGL和TL60。菜心中Pb的富集系数比Cd小3个数量级，变化于0.0005—0.0009之间，不同品种中较小的是LGL和TL60。

表3 翁源试验区种植的不同品种菜心对Cd/Pb的富集系数Table 3 Concentration factors of different varieties of Brassica parachinensis in Wenyuan experimetal site

2.2 白云试验区结果分析

2.2.1 不同品种菜心的产量和Cd/Pb含量

表4列出了在白云区种植菜心的产量情况，菜心产量差异显著，较高的有ZCCX和CCXW这2个晚熟品种，产量次高的是YL702和LGL这2个中熟品种，产量最低的是CL80这个早熟品种，晚熟品种CXSH产量也较低。

表4 不同品种菜心在白云试验区的的产量和Cd/Pb含量Table 4 Yield and Cd/Pb contents of different varieties of Brassica parachinensis planted in Baiyun experimental site

菜心茎叶中Cd含量差别显著，其中Cd含量较低的是YL702、LGL和CL80这些中早熟品种（表4），含量较高的是ZCCX、CCXW和CXSH这些晚熟品种。菜心茎叶中 Pb的含量差别不显著，其中含量较低的是LGL、YL702，含量偏高的是CCXH、CCXW这2个晚熟品种。

2.2.2 不同品种菜心的富集系数

白云试验区种植的菜心中Cd的富集系数变化于0.07—0.22之间（表5），低于翁源试验区。不同类型的菜心富集系数差异性显著，最小的品种为CL80，较小的是YL702和LGL。菜心中Pb的富集系数变化于0.0003—0.0007之间，与翁源试验点的结果相近，不同品种中较小的是YL702和LGL。

表5 白云试验区种植的不同品种菜心对Cd/Pb的富集系数Table 5 Concentration factors of different varieties of Brassica parachinensis in Baiyun experimetal site

3 讨论

3.1 不同品种菜心的综合比较

有关低Cd菜心品种的室内研究已经不少（徐照丽等，2002；Wu et al.，2007），但是未在大田验证，也缺乏同时低积累Cd、Pb的大田品种报道。本研究在大田模式下进行了试验，而且选择了广东省二类典型污染土壤作为试验点。在有色金属矿山污染型Cd/Pb复合污染农田，即翁源县的试验中，所有的菜心的Cd指标均能达到食品国家安全标准，这与李富荣等（2016）的研究结果相符。然而由于土壤Pb重度污染，菜心Pb含量大部分品种不能达到食品国家安全标准（菜心鲜样中Pb含量小于0.3 mg·kg-1），Cd、Pb含量指标均较低的是 TL60和LGL，值得进一步核实。这2个品种为新筛选得到的低Cd/Pb品种，与其他研究者用人为污染土壤通过盆栽试验得到的品种不同（Qiu et al.，2011）。

在珠江三角洲Cd污染农田，即广州市白云区种植菜心的试验时，翁源试验区种植产量偏低的TL60未找到种子来进一步核实，种植的6个品种菜心的Cd、Pb指标均能达到食品国家安全标准。富集重金属Cd、Pb的能力较低的是YL702和LGL，但是，YL702在翁源县种植Pb不能达到食品国家安全标准。因此，2次大田试验得出的结果为：LGL为适播期较宽、较高产的低镉铅品种。

3.2 菜心成熟期和生长时间的影响

白云试验区与翁源试验区土壤中总Cd相似，比较这两个试验区相同品种的菜心茎叶中Cd的含量和茎叶中Cd的富集系数，发现在翁源试验区相同品种的菜心茎叶的Cd的含量明显超过在白云试验区的菜心茎叶（表 2、4），翁源试验区相同品种菜心茎叶Cd的富集系数也大于白云试验区的菜心茎叶。除了前述的土壤pH的影响，白云菜心的生长时间为67 d，而翁源菜心的生长时间为97 d，翁源菜心的生长时间显著长于白云菜心，因此，菜心中富集重金属Cd的浓度可能与菜心生长的时间存在联系，菜心的生长周期越长，富集Cd的浓度越高，这种现象在黑麦草（Lolium perenne）相关研究中也有报道（吴启堂，1993）。

2个试验区菜心统一种植到晚熟品种刚好成熟的状态，不同类型的菜心富集Cd能力的强弱关系大致为：晚熟品种（ZCCX、CCXW）≥中熟品种（YL702、LGL）≥早熟品种（TL60、CJ60）（表3、5）。因此，晚熟品种可能富集 Cd较高；其次，中熟品种（YL702、LGL）产量中等，Cd较低（孙岩，2018），但本研究的供试品种还不够多，还不能得到规律性的结论。

4 结论

通过2个试验点田间试验研究，可以得出以下初步结论：

（1）本次研究所选用的菜心品种在2个试验点Cd轻微污染土壤条件下种植，菜心茎叶的Cd含量均能符合国家食品卫生标准（0.2 mg·kg-1鲜重），富集系数变化于0.1—0.6之间。菜心对Pb的富集系数较小，变化于0.0003—0.0009之间，但是在翁源试验区重度污染土壤条件下种植，一般菜心品种茎叶Pb含量可超过国家食品卫生标准（0.3 mg·kg-1）。

（2）筛选出LGL和TL60为低Pb品种，综合考虑产量指标，最终筛选出LGL为低Cd、Pb品种。

（3）菜心重金属富集浓度还受生长期长度和成熟期类型的影响，需要进一步的试验研究。