不同土壤镉条件下玉米重金属镉积累特性研究

董欣欣

（沈阳市乡村振兴发展中心，辽宁沈阳 110034）

关键字：玉米品种；大田试验；镉污染；镉积累；富集能力

0 引言

土壤镉（Cd）污染不仅影响农作物产量和品质，对生态系统构成威胁，而且通过食物链的积累直接威胁人体健康。我国北方由于长期污水灌溉的历史遗留问题造成大面积中轻度Cd污染农田的存在[1]。有研究者发现低积累玉米品种种植在中轻度Cd污染农田上，玉米籽粒Cd含量符合粮食卫生标准GB2715-2005中污染物限量标准的规定（≤0.1 mg·kg-1），但同时不同玉米品种对重金属Cd积累也存在显著差异性[2-3]。

在大田作物常规管理情况下，以中轻度污染农田安全利用及保障农产品安全角度为出发点，研究在不同镉含量农田土壤条件下不同玉米品种对土壤重金属Cd的积累富集差异，具有实地应用的可行性及指导性。

1 材料与方法

1.1 试验地点

2022年分别选定镉含量1.3 mg·kg-1和0.45 mg·kg-1的土壤开展大田试验。

1.1.1土壤背景（一）沈阳市铁西区新民屯镇宽场村：供试土壤为潮棕壤，土壤 pH 6.49，有机碳 17.0 g·kg-1，CEC17.25 cmol·kg-1，全氮1.71 g·kg-1，全磷1.62 g·kg-1，全钾20.0 g·kg-1，总镉1.30 mg·kg-1。

1.1.2土壤背景（二）沈阳市于洪区造化镇闸上村：供试土壤为潮棕壤，土壤pH6.40，有机碳16.6 g·kg-1，CEC23.88 cmol·kg-1，全氮1.53 g·kg-1，全磷 0.77 g·kg-1，全钾20.05 g·kg-1，总镉0.45 mg·kg-1。

1.2 试验设计

田间试验供试玉米品种见表1。田间试验共设置 26个处理，每个小区长12.5 m、宽2.28 m，面积为 27.36 m2，相邻之间间隔1.2 m，每个处理设3次重复，共78个试验小区，随机区组排列。玉米播种管理措施，如整地、施肥、播种、中耕除草等同当地常规管理模式一致。

表1 供试玉米品种

1.3 试验材料

供试玉米品种是近年来在沈阳市普遍种植的品种，见表1。

1.4 样品采集

田间土壤采用随机五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；玉米样品采用五点“Z”形随机取样法采集，玉米风干脱粒后备用。

1.5 测定方法

土壤基本性质测定；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0.1 mol/L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。

1.6 数据统计分析

应用Excel2007、SPSS16.0（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 试验结果

2.1 土壤背景（一）条件下玉米籽粒对镉的积累、富集能力比较

在土壤背景（一）镉含量1.3 mg·kg-1条件下，见表2，状元985籽粒中镉含量最高，为0.019 mg·kg-1，富友9籽粒中镉含量最低，为0.004 mg·kg-1。此外，不同玉米品种之间籽粒中镉积累量的变异系数47.59%，说明26个供试玉米品种籽粒吸收积累镉的差异性明显。玉米籽实含镉量的频次分布见图1，玉米籽实大多数品种含镉量在0.004～0.008 mg·kg-1范围内，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，最少样本数的是在 0.00～0.004 mg·kg-1范围内。

图1 土壤背景（一）玉米籽粒不同镉含量样本数分布

表2 土壤背景（一）玉米籽粒中镉含量及富集系数

富集系数（BCF）是衡量作物对重金属积累能力大小的一个重要指标，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。不同品种玉米籽粒对镉的富集系数进行分析可知，在土壤镉含量1.3 mg·kg-1条件下，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（表2）。

2.2 土壤背景（二）条件下玉米籽粒对镉的积累、富集能力比较

在土壤背景（二）镉含量0.45 mg·kg-1条件下（见表3）。不同玉米品种籽粒镉含量在0.0027～0.042 mg·kg-1之间，其中联达99籽粒镉含量0.042 mg·kg-1为最高，东单60籽粒镉含量0.0027 mg·kg-1为最低，所有品种玉米籽粒镉含量均值为0.009mg·kg-1。对26个品种玉米籽粒镉的富集系数进行分析，在土壤镉含量0.45 mg·kg-1条件下，富集能力最弱的是东单60，为0.006，其次是富友9、东单1607、东单1501等8个品种。其他玉米籽粒富集系数均大于0.01，其中状元985富集能力最强为0.047，其次是铁研58富集系数为0.037，明玉178、明玉260等。由图2可知，玉米籽粒含镉量的频次分布呈现规律不显著。玉米籽粒大多数品种含镉量在0.004～0.008 mg·kg-1范围内，样本数10个，其次是在0.00～0.004mg·kg-1范围内，样本数7个，最少样本数在0.016～0.020 mg·kg-1，0.020～0.024 mg·kg-1和大于0.024 mg·kg-1范围内，仅 1个。

图2 土壤背景（二）玉米籽粒不同镉含量样本数分布3 讨论

表3 土壤背景（二）玉米籽粒中镉含量及富集系数

前人研究发现土壤条件、农艺措施、不同作物等影响土壤重金属的有效性，进而影响作物对重金属的吸收积累特性[3]。本文试验结果表明，在土壤镉含量1.30 mg·kg-1和0.45 mg·kg-1两种背景条件下，玉米品种对镉的积累和富集能力表现不一致。在镉含量高（1.30 mg·kg-1）的土壤上，种植26个玉米品种，除状元985、东单1331、丹玉405等6个品种表现强富集能力外，其他20个玉米品种富集能力均较弱，小于0.01；而在镉含量低（0.45mg·kg-1）的土壤上，除东单60、富友9、东单1607等9个品种富集能力弱，小于0.01外，其他17个玉米品种均表现较强的富集能力，大于0.01。这说明相同玉米品种种植在不同镉含量的大田土壤上其籽粒对镉的积累、富集能力差异较大，且存在显著变化。这与杨惟薇、吴传星、杜彩艳等人研究结果相一致[3-5]。另外，在两种土壤背景条件下，虽然26个不同玉米品种籽粒镉含量均符合GB2715-2005的规定（≤0.1 mg·kg-1），但由于玉米品种在不同土壤背景条件下对土壤重金属Cd积累、富集能力表现不一致，且有显著变化，因此，在中、轻度Cd污染地区种植低积累玉米品种之前开展大田试验示范是保障该地区农产品质量安全的必要且重要措施。同时，不同品种玉米的低积累性状及其低富集能力在不同土壤环境中的适应性和稳定性需要进一步探究和持续动态监测。