適于鎘銅復(fù)合污染農(nóng)田安全利用的油菜品種篩選

趙麗芳，黃鵬武，宗玉統(tǒng)，盧升高

(1.樂清市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 樂清 325600；2.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058)

替代種植是污染農(nóng)田安全利用的重要途徑。水稻是最易吸收、積累重金屬的作物，在中輕度重金屬污染耕地上種植的稻米往往重金屬超標(biāo)，改變耕作制度或開展替代種植是簡單易行、綠色經(jīng)濟(jì)高效的農(nóng)田安全利用措施。

油菜屬于十字花科蕓薹屬植物。不同油菜品種吸收累積重金屬存在較大差異[1-5]：一些油菜品種，對鎘具有高積累性，可以用于修復(fù)鎘污染土壤；另有一些油菜品種，對鎘具有較高的耐受性和較低的吸收積累能力，可以作為污染農(nóng)田安全利用的替代作物，如在重金屬中輕度污染的農(nóng)田上種植重金屬低積累油菜品種，可以生產(chǎn)出符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)產(chǎn)品。可見，通過研究不同油菜品種對土壤重金屬的吸收積累差異，可以為利用油菜品種實(shí)現(xiàn)污染農(nóng)田生產(chǎn)安全提供科學(xué)依據(jù)。

現(xiàn)有研究中，關(guān)于不同油菜品種吸收重金屬特性的多采用盆栽或人工添加重金屬的模擬試驗(yàn)。但是，在田間生產(chǎn)中，油菜對土壤重金屬的吸收會(huì)受到許多環(huán)境因子，如氣候、土壤類型、水分、污染程度等的影響，模擬試驗(yàn)的結(jié)果難以反映真實(shí)情況，與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用有一定距離。因此，有必要深入研究不同油菜品種對不同區(qū)域農(nóng)田土壤重金屬的吸收積累特性，為運(yùn)用低積累作物品種實(shí)現(xiàn)污染農(nóng)田安全生產(chǎn)提供生物材料資源。本研究以浙江溫州市某Cd、Cu復(fù)合污染農(nóng)田為基地，研究不同品種油菜對重金屬的吸收、富集和遷移規(guī)律，篩選適合該區(qū)域污染農(nóng)田安全利用的油菜品種。

1 材料與方法

1.1 材料與處理設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)在溫州某受電鍍酸洗廢水污染的農(nóng)田上進(jìn)行，土壤類型為泥質(zhì)田，基本理化性質(zhì)如下：pH值5.3，有機(jī)質(zhì)含量16.96 g·kg-1，堿解氮含量276.3 mg·kg-1，速效鉀含量99.3 mg·kg-1。土壤全Cd含量0.91 mg·kg-1，全Cu含量187.03 mg·kg-1。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，試驗(yàn)地土壤Cd、Cu含量均超標(biāo)，存在農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)。前期監(jiān)測分析也表明，該地稻田種植的水稻稻米Cd含量超過食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)限量值數(shù)倍。

試驗(yàn)用油菜(BrassicanapusL.)品種系當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶主栽品種，購自當(dāng)?shù)胤N子公司。供試油菜品種共計(jì)14個(gè)：贛油雜6號(hào)，華湘油11號(hào)，徽油雜1號(hào)，純油王1號(hào)，極早98，中油828，早熟100天，美國純油王981，豐油737，秦油2號(hào)，蓉油18號(hào)，旺成油8號(hào)，浙油50和浙油51。相應(yīng)地，試驗(yàn)設(shè)14個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。所有品種采用相同的栽培管理措施，成熟后每個(gè)小區(qū)單獨(dú)收割測產(chǎn)。

1.2 植物和土壤分析

油菜成熟后采集土壤樣本，收獲整株油菜。將采集的油菜植株分成根、莖稈、果莢和籽粒4部分，105 ℃殺青15 min，然后在70 ℃下烘干至恒重，研細(xì)，采用硝酸和高氯酸消化，微波消解儀消解。土壤樣本風(fēng)干去除雜物后，研磨過篩，采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸體系，微波消解儀消解。原子吸收石墨爐法測定Cd、Cu含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)評(píng)價(jià)重金屬從土壤向油菜各器官的運(yùn)輸和富集能力。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)在Microsoft Excel 2016軟件上進(jìn)行整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種油菜的產(chǎn)量

田間小區(qū)油菜產(chǎn)量的實(shí)測結(jié)果表明，各品種油菜產(chǎn)量在935～1 985 kg·hm-2，平均產(chǎn)量為1 275 kg·hm-2；秸稈產(chǎn)量在5 085～11 130 kg·hm-2，平均為6 690 kg·hm-2。表明不同油菜品種由于適應(yīng)性不同，產(chǎn)量存在較大變幅。

2.2 不同品種油菜籽粒的重金屬含量

不同品種油菜籽粒中的Cd、Cu含量如圖1所示。油菜籽粒的Cd含量在0.16～0.57 mg·kg-1，平均為0.27 mg·kg-1。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2012《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》的規(guī)定，油菜籽粒中鎘的限量為0.5 mg·kg-1，以此為標(biāo)準(zhǔn)，有2個(gè)油菜品種的籽粒鎘含量超標(biāo)。油菜籽粒中的Cu含量在6.30～10.56 mg·kg-1，平均為7.76 mg·kg-1。

2.3 油菜不同部位的重金屬含量分布

供試油菜各部位的Cd和Cu含量分布如表1所示：Cd含量表現(xiàn)為莖稈>根>果莢>籽粒，籽粒中的Cd含量僅為莖稈和根中Cd含量的9.0%和12.9%，表明莖稈和根是油菜儲(chǔ)存Cd最主要的器官；Cu含量則表現(xiàn)為根>果莢>籽粒>莖稈，與鎘含量的分布表現(xiàn)出較大差異。

圖1 不同品種油菜籽粒中的Cd、Cu含量

表1 油菜各部位的重金屬含量分布

2.4 油菜的重金屬吸收、富集系數(shù)

富集系數(shù)是評(píng)價(jià)植物富集重金屬能力的重要指標(biāo)之一。供試油菜籽粒和莖稈對重金屬的富集系數(shù)見表2：油菜莖稈的Cd富集系數(shù)明顯大于籽粒，但油菜莖稈的Cu富集系數(shù)卻明顯小于籽粒。另外，油菜對Cu的富集系數(shù)明顯低于Cd，如籽粒對Cu的富集系數(shù)大于莖稈，但也僅為0.032～0.053，而籽粒對Cd的富集系數(shù)就已達(dá)0.20～0.70。從不同油菜品種籽粒的鎘富集系數(shù)就可以看出不同品種油菜對鎘吸收能力的差異，可作為篩選鎘低積累品種的依據(jù)。

從表2還可以看出，Cd從油菜莖稈到籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在0.07～0.40，平均為0.16，表明莖稈向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)的Cd較少，說明莖稈是油菜積累Cd的主要器官，莖稈向籽粒較低的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)減少了Cd向籽粒中的轉(zhuǎn)移，保證了油菜食用部分的安全性。與此相反，油菜莖稈對Cu的積累較低，而向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)較多，這可能與銅是植物生長所必需的微量元素有關(guān)。

表2 油菜莖稈和籽粒的重金屬富集系數(shù)及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

3 小結(jié)與討論

研究表明，土壤中的Cd在向油菜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中，先后地經(jīng)過根、莖稈和果莢的3層“過濾”，主要積累在莖稈和根中，進(jìn)入籽粒的Cd含量大幅下降，這有利于保證在污染農(nóng)田上所種植油菜的食用安全性，使得油菜在Cd污染土壤上生產(chǎn)出安全農(nóng)產(chǎn)品成為可能[6-10]。根據(jù)本試驗(yàn)情況，初步提出針對油菜用作污染農(nóng)田安全利用替代作物的篩選標(biāo)準(zhǔn)：籽粒Cd含量不超過0.2 mg·kg-1，籽粒Cd富集系數(shù)不超過0.25，產(chǎn)量接近當(dāng)?shù)仄骄健?jù)此初步篩選出適宜試驗(yàn)區(qū)Cd和Cu復(fù)合污染農(nóng)田安全利用的油菜品種3個(gè)：浙油51，籽粒Cd平均含量0.17 mg·kg-1，籽粒Cd富集系數(shù)0.21；贛油雜6號(hào)，籽粒Cd平均含量0.17 mg·kg-1，籽粒Cd富集系數(shù)0.21；純油王1號(hào)，籽粒Cd平均含量0.16 mg·kg-1，籽粒Cd富集系數(shù)0.20。