云南某矿区周边重金属镉低积累、高产玉米品种筛选研究

杨牧青 和丽萍 魏恒 曾沛艺 和淑娟 唐嫚

摘要 以20个玉米品种为试验材料，通过田间小区试验，分析农田土壤pH为碱性、重金属Cd污染土壤条件下，不同玉米品种产量及籽粒中重金属Cd含量差异性。研究结果表明：研究区20个玉米品种产量间存在差异性，金秋玉35、五谷3861、胜玉8号、罗单299、垦玉1505、会玉336产量较高，优先推荐种植；20个玉米品种对重金属Cd累积性差异较大，康农20和康农玉007这2个玉米品种籽粒中Cd含量超过标准限值，其余18个品种均未超标，五谷3861、会玉336、诚信5号3个品种对重金属Cd累积性最低；综合玉米产量及重金属Cd的累积性，金秋玉3、五谷3861、会玉336建议在当地优先推广种植，具有高产及Cd低积累特性，能有效保障当地农用地安全生产。

关键词 玉米；低积累；品种筛选；镉

中图分类号：S513 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2023）02–0007-03

“万物土中生，有土斯有粮”，土是农业最基本的生产资料，是农业发展的基础，是不可再生的自然资源，干净的土更是粮食质量安全的重要保障。随着工农业的快速发展，大量重金属等污染物通过污灌、大气沉降、过量施用化肥农药等途径进入土壤环境，土壤重金属污染本身具有隐蔽性和滞后性，土壤中重金属等有毒有害物质不斷累积，造成生态环境遭到破坏、土壤环境质量退化、食用农产品超标等问题[1]。据全国土壤污染状况调查公报显示[2]，全国16%土壤面积遭污染，农用耕地方面的污染面积占比达19.4%，其中Cd超标点位占比7%，为最高，整体形势堪忧。农用地重金属主要累积在耕作层，重金属具有特有的物理性质，在土壤环境中非常难以被生物降解，土壤中的重金属从一定程度上来说“只进不出”，不断累积。其中的有效态，即可交换态可以被农作物吸收，在农产品中富集，最终通过食物链进入人体内不断积累，导致慢性中毒，可对人体产生相当大的危害[3]。

云南矿产储量大、矿种多，被誉为“有色金属王国”。该矿区采、选矿等活动历史悠久，同时由于当时落后的生产工艺，环保设施不完善，环保管理薄弱等因素，使矿区周边及流域下游农用地土壤受到污染，农产品安全生产受到严重威胁。如何有效保障农用地安全生产成为了土壤修复的焦点，目前土壤修复技术很多，但是能满足“易推广、成本低、效果好”的农用地修复技术主要为品种替代，即种植重金属耐性强，低积累品种种植[4～6]。李贵杰等[7]在粤北矿业活动区通过研究14个玉米品种发现，不同玉米吸收累积重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn有显著差异，筛选出3个低积累玉米品种。赵丽芳等[8]在浙南地区在14个玉米品种中筛选出3个玉米品种，并发现不同器官Cd含量由高到低依次为根＞茎叶＞籽粒。雷恩等[9]和杜彩艳等[10]在个旧筛选出适宜当地低积累玉米品种。很多研究都表明低积累玉米品种的筛选对农用地安全利用有重要意义，但是由于不同玉米品种区域适宜性差异性大，其他地区研究成果难以跨区域有效应用。本研究借鉴以往的研究方法，筛选Cd低积累的同时，兼顾农民最关注的产量因子，加强玉米品种可推广性，旨在筛选出适宜当地Cd低积累、高产玉米品种，助力实现农用地安全利用。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

于2020年5月在云南某矿区周边Cd污染农田治理修复试点项目区开展。在该试验区按照网格均匀布点共布设12个土壤采样点位，采集耕作层表土。土壤Cd含量平均值为1.3 mg/kg，超过土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（GB 15618—2018）中风险筛选值0.6 mg/kg，种植农产品存在不符合质量安全的土壤污染风险，且土壤中有效态Cd含量平均值为0.54 mg/kg，占全量比平均值为45.29%，总体占比较高。土壤基本理化性质及重金Cd含量见表1～表2。

1.2 试验设计

试验设置20个玉米品种处理，诚信5号和龙生16为在云南兰坪筛选出的镉低积累品种，其余18个玉米品种均为试验区所在地种子站出售品种，每个品种3组重复，即一共60组（含对照），小区面积40 m2，长宽比例范围（2～5）∶1，试验区尽量设置为长10 m、宽4 m的长方形状，合计面积约2 400 m2。各试验组采用随机分布，按照当地习惯进行栽种、施肥、耕作等田间管理。

1.3 测定指标及方法

土壤样品采集：玉米栽种前在试验地网格取样布点采集0～20 cm耕作层土壤，风干后样品置于玛瑙球磨机进行研磨，使样品全部通过0.15～0.4 mm的尼龙筛，混合均匀装袋。土壤pH值、有机质等理化性质指标按照《土壤农业化学分析方法》规定方法测定，Cd测定采用石墨炉原子吸收分光光度（GFAA）法测定。

玉米产量测定及样品采集：在玉米成熟后，在每个试验小区内选择3个4 m2玉米长势较为均匀的区域为1个单元，单元区块避免与相邻实验小区保持适当距离，避免边界影响，采集单元内玉米棒，然后现场脱粒装袋称重取平均值，然后计算玉米实际产量。最后采集玉米籽粒样品，带回实验室65 ℃左右辅热烘干，烘干后样品置于玛瑙球磨机进行研磨，使样品全部通过0.25～0.40 mm的尼龙筛，混合均匀装袋。玉米样品采用混合酸HNO3+HClO4（4∶1）消解制备成待测液，Cd测定采用石墨炉原子吸收分光光度（GFAA）法测定。

1.4 数据分析

数据及图表采用Microsoft Excel 2019和SPSS19.0统计软件进行制作及分析。

2 结果与分析

2.1 不同玉米籽粒重金属差异性分析

20个玉米品种籽粒中重金属Cd测定结果如下表所示，Cd含量范围为0.295～0.007 mg/kg，最大值含量品种为康农玉007，最小值含量品种为五谷3861，2个品种相差约72倍，不同玉米对重金属Cd累积差异性较大，研究结果与以往研究结果基本一致，相同作物不同品种间对重金属的累积性也存在较大的差异性，选择重金属累积性较低的品种在农用地土壤重金属超标区域种植，是有效保障农产品质量安全的重要途径。

根据重金属Cd累积性分类主要可以分为2类，第一类为康农20和康农玉007，平均含量为0.245 mg/kg，对重金属Cd的累积性较强。现行的农产品质量安全标准《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017 ）中玉米重金属Cd限量值为0.1 mg/kg，康农20和康农玉007中重金属含量分别为0.295和0.195 mg/kg，远超过农产品污染物限量，超标倍数分别为2.95和1.95，超标占比为10%。对人体直接或间接健康存在较高安全风险隐患，应禁止在当地推广种植。

其余18个品种可归为一类，平均含量为0.021 mg/kg，低于玉米籽粒中污染物限量0.1 mg/kg，对重金属Cd累积性较低，尤其是诚信5号、会玉336、五谷3861等品种，安全生产达标率为90%，通过玉米品种筛选并推广，剔除重金属Cd超标及邻近超标品种，能有效实现土壤重金属Cd超风险筛选值农用地全利用。

2.2 不同玉米产量差异性分析

试验地种植20个玉米品种产量差异明显，产量区间为11.84～6.87 t/hm2，平均产量为9.40 t/hm2，标准差为1.24 t/hm2，

变异系数为0.1324，不同玉米品种间产量存在差异，但是变化不显著，这与品种本身以及土壤环境适应性差异有关系。产量最高的为金秋玉35，最低的为康农20（图2～图3）。

针对产量进行聚类分析可分为4类。

第1类：金秋玉35，产量为11.84 t/hm2，产量为所有玉米中最高，明显高于平均产量。

第2类：五谷3861、胜玉8号、罗单299、垦玉1505、会玉336，一共5个玉米品种，平均产量为10.68 t/hm2。

第3类：康农玉007、云金1号、胜玉10号、大天1号、富华3号、赞玉2009、诚信5号，一共7个玉米品种，平均产量为9.48 t/hm2。

第4类：会单888、罗单297、华玉11、大天006，共4个玉米品种，平均产量为8.63 t/hm2。

第5类：龙生16号、西抗18、康农20，一共4个玉米品种，平均产量为7.29 t/hm2。

综上，从产量差异角度，金秋玉35、五谷3861、胜玉8号、罗单299、垦玉1505、会玉336产量明显高于其他14个品种。

2.3 小结

综合玉米产量及重金属Cd的累积情况，金秋玉35、五谷3861、会玉336、胜玉8号、垦玉1505、罗单297等品种产量较高，且籽粒中重金属镉相对较低，建议在当地推广种植，尤其金秋玉35、五谷3861、会玉336具有高产及Cd低积累特性，能有效保障当地农用地安全生产。

3 结论

研究区20个玉米品种产量间存在差异性，金秋玉35、五谷3861、胜玉8号、罗单299、垦玉1505、会玉336产量较高。

研究区20个玉米品种对重金属Cd累积性差异较大，康农20和康农玉007这2个玉米品种籽粒中Cd含量超过GB 2762—2017标准，其余18个品种均未超标，五谷3861、会玉336、诚信5号3个品种对重金属Cd累积性最低。

（3）综合玉米产量及重金属Cd的累积性，金秋玉35、五谷3861、会玉336具有高产及Cd低积累特性，建议优先在当地推广种植，能有效保障当地农用地安全生产。

参考文献

[1] 丁竹红，尹大强，胡忻，等.矿区附近农田土壤中重金属和矿质元素浸提研究[J].农业环境科学学报，2008，27（5）：1774-1778.

[2] 陈能场，郑煜基，何晓峰，等.《全国土壤污染状况调查公报》探析[J].农业环境科学学报，2017，36（9）：1689-1692.

[3] 崔岩山，陈晓晨.土壤中镉的生物可给性及其对人体的健康风险评估[J].环境科学，2010，31（2）：403-408.

[4] Zhang G P， Fukami M， Sekimoto H. Influence of cadmium on mineral concentrations and yield components in wheat genotypes differing in Cd tolerance at seedling stage[J]. Field Crops Research， 2002，77（2/3）：93-98.

[5] Liu W T， Zhou Q X， An J， et al. Variations in cadmium accumulation among Chinese cabbage cultivars and screening for Cd-safe cultivars[J]. Journal of Hazardous Materials， 2009，173（1/2/3）：737-743.

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[7] 田美玲，陸素芬，常显志，等.粤北矿业活动影响区重金属低积累水稻品种筛选研究[J].河池学院学报，2019，39（2）：8-16.

[8] 赵丽芳，黄鹏武，宗玉统，等.适宜浙南地区种植的重金属低积累玉米品种筛选[J].浙江农业科学，2019，60（8）：1370-1372.

[9] 雷恩，刘艳红.个旧矿区周边农田高产、重金属低积累玉米品种的筛选[J].江苏农业科学，2015，43（9）：124-127.

[10] 杜彩艳，张乃明，雷宝坤，等.不同玉米（Zea mays）品种对镉锌积累与转运的差异研究[J].农业环境科学学报， 2017，36（1）：16-23.

责任编辑：黄艳飞

Screening of Maize Varieties with Low Cadmium Accumulation and High Yield around A Mining Area in Yunnan Province

Yang Mu-qing et al（Yunnan Research Academy of Eco-environmental Sciences， Kunming， Yunnan 650034）

Abstract Taking 20 maize varieties as experimental materials， the difference of yield and content of heavy metal Cd in grains of different maize varieties was analyzed through field plot experiment under the condition that the soil pH was alkaline and the soil was polluted by heavy metal Cd. The results showed that there were differences in the yields of 20 maize varieties in the study area. Jinqiuyu 35， Wugu 3861， Shengyu 8， Luodan 299， Kenyu 1505 and Huiyu 336 had higher yields， so they were preferred to be planted.The 20 maize varieties had a large difference in the Cd accumulation of heavy metals. The Cd content in the grains of two maize varieties， Kangnong 20 and Kangnongyu 007， exceeded the standard limit， while the other 18 varieties did not exceed the standard. The three varieties， Wugu 3861， Huiyu 336 and Chengxin 5， had the lowest Cd accumulation of heavy metals. Considering the yield of maize and the accumulation of heavy metal Cd， Jinqiuyu 3， Wugu 3861 and Huiyu 336 are recommended to give priority to planting in the local area. They have the characteristics of high yield and low Cd accumulation， which can effectively ensure the safe production of local agricultural land.

Key words Corn; Low accumulation; Variety screening; Cadmium

作者簡介 杨牧青（1992—），男，云南丽江人，中级工程师，硕士，主要研究土壤重金属污染修复。*通信作者：和丽萍（1974—），女，云南丽江人，硕士，主要土壤重金属污染修复，13668762208@163.com。

收稿日期 2022-11-10