鎘低積累玉米水稻品種的篩選

董欣欣 孫保亞 楊雙 王月 郭志磊 劉彥 陳曄

(沈陽市現代農業研發服務中心(沈陽市農業科學院)，遼寧 沈陽 110034)

同一植物的不同品種對重金屬的吸收積累存在一定差異。張洋等對32個不同油菜品種鎘(Cd)吸收累積特征的研究發現，不同品種之間積累Cd的能力存在顯著差異。很多谷類作物吸收重金屬的能力也存在品種差異。對43個不同品種的水稻盆栽試驗發現，Cd含量在常規秈稻精米、稻谷中最高，而在常規粳稻中最低。類似的盆栽試驗發現，46個不同水稻品種糙米含Cd量差異顯著，變化范圍在0.428～2.558mg·kg-1。作物吸收重金屬的種間差異在大白菜、馬鈴薯、玉米中均有體現。

本試驗篩選對重金屬Cd低積累的玉米、水稻品種，使之適合種植在中、低污染農田土壤中，其可食部的重金屬含量達到國家食品安全生產標準的要求，并將這類品種在沈陽市推廣種植，實現農產品的安全種植生產。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

中國科學院沈陽應用生態研究所的沈陽農田生態系統國家野外科學觀測站(新民屯站區)：土壤pH6.49，有機碳17.0g·kg-1，CEC為17.25cmol·kg-1，全氮1.71g·kg-1，全磷1.62g·kg-1，全鉀20.0g·kg-1，總鎘1.30mg·kg-1。

沈陽市于洪區閘上村：土壤pH6.40，有機碳16.6g·kg-1，CEC為23.88cmol·kg-1，全氮1.53g·kg-1，全磷0.77g·kg-1，全鉀20.05g·kg-1，總鎘0.45mg·kg-1。

1.2 試驗材料

供試玉米品種和水稻品種均為近年在沈陽市普遍種植的品種，見表1、2。

表1 參試玉米品種名稱

1.3 試驗設計

玉米品種篩選試驗在中國科學院沈陽應用生態研究所的沈陽農田生態系統國家野外科學觀測站(新民屯站區)進行，每個品種設3次重復，78個小區，每個小區面積60m2，隨機區組排列，雙粒點播，田間管理措施和正常生產一致。

水稻品種篩選試驗在沈陽市于洪區閘上村進行，每個品種設3次重復，60個小區，每個小區面積60m2，隨機區組排列，人工插秧，田間管理措施和正常生產一致。

表2 參試水稻品種名稱

1.4 樣品的采集與分析

田間土壤采用隨機5處梅花點分布法取樣，均勻混合，低溫(4℃)保存及風干處理備用；玉米、水稻樣品采用5點“Z”型隨機取樣法采集，玉米、水稻風干脫粒后備用。

土壤基本性質測定參照鮑士旦等研究方法；土壤鎘含量按照國家標準(GB/T-1997)采用HCl-HNO3-HF-HClO3消解，火焰原子吸收光譜儀測定；土壤有效鎘含量采用0.1mol·L-1的鹽酸浸提，電感耦合等離子質譜儀(ICP-OES)進行測定；玉米籽粒鎘含量采用HNO3-H2O2法(5∶1，V/V)消解，原子吸收分光光度計進行測定；水稻籽粒鎘含量按照農業部標準(NY147-88)，采用HNO3-HClO4消解，石墨爐原子吸收光度計測定。

1.5 數據統計分析

應用Excel 2007、SPSS 16.0(Chicago、IL、USA)等軟件進行數據處理、統計分析和作圖，差異顯著性采用Duncan法進行檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同玉米品種籽粒、莖葉對鎘的累積比較

不同玉米品種籽粒中鎘含量符合GB2715-2005的規定(≤0.1mg·kg-1)，見表3。其中，“狀元985”籽粒中鎘含量最高，為0.019mg·kg-1；“富友9”籽粒中鎘含量最低，為0.004mg·kg-1。此外，不同玉米品種之間籽粒中鎘累積量的變異系數為47.59%，說明26個供試玉米品種籽粒吸收累積鎘的差異性明顯。玉米籽實含鎘量的頻次分布見圖1，由圖1可知，玉米籽實大多數品種含鎘量在0.004～0.008mg·kg-1。

圖1 不同含鎘量范圍供試26種玉米籽實樣本數分布

根據前期研究表明，玉米莖葉部鎘含量在成熟期最高。本試驗僅采集成熟期玉米莖葉測定不同品種玉米莖葉中鎘含量，結果表明，玉米莖葉中鎘含量變化趨勢與玉米籽粒中鎘含量變化趨勢不同，“東單1331”莖葉中鎘含量最高，為0.759mg·kg-1；“東單1501”莖葉中鎘含量最低，為0.096mg·kg-1，見表3。

表3 不同玉米品種籽粒和莖葉中鎘含量

2.2 不同玉米品種籽粒對鎘的富集能力比較

富集系數(BCF)是衡量植物對重金屬積累能力大小的一個重要指標，是指植物體內某種重金屬含量與土壤中該種重金屬含量的比值，富集系數越大，說明富集能力越強。玉米籽粒富集系數是指玉米籽粒中重金屬含量與土壤中重金屬含量的比值。通過對不同品種玉米籽粒對鎘的富集系數進行分析可知，大部分玉米籽粒對鎘的富集能力較弱，富集系數小于0.01，富集能力最弱的是“富友9”，其次是“東單1501”、“東單90”、“鐵研368”、“東單60”。其中，“狀元985”、“東單1331”、“丹玉405”、“明玉260”、“東單118”和“明玉178”對鎘的富集能力較強，富集系數大于0.01，見表3。

2.3 不同水稻品種糙米對鎘的累積比較

不同水稻品種糙米中鎘含量分析見表4。20個糙米品種中鎘含量極差值達到3.7倍，變異系數38.26%，說明不同品種水稻籽粒對鎘的積累存在明顯的差異，也表明篩選低吸收、低積累鎘的水稻品種是可行的。糙米含鎘量的頻次分布見圖2，由圖2可知，糙米含鎘量遵循正態分布規律，大多數品種含鎘量在0.04～0.08mg·kg-1。

表4 供試20種水稻糙米含鎘量統計

圖2 不同含鎘量范圍供試20種水稻糙米樣本數分布

2.4 不同水稻品種糙米對鎘的富集能力比較

根據表5中不同品種水稻糙米對鎘的富集系數進行分析可知，“鹽939”糙米對鎘的富集能力最強，富集系數為0.29；“隆66”糙米對鎘的富集能力最弱，富集系數為0.11。同時水稻對鎘的富集能力顯著高于玉米對鎘的富集能力，見表3、5。

表5 不同水稻品種糙米對鎘的富集系數

2.5 不同水稻品種產量性狀的比較

不同品種水稻產量見表6。由表6可知，“遼399”、“美鋒稻225”產量最高，為675kg·667m-2，較“隆66”高33.33%，但“隆66”糙米的鎘含量低于“遼399”和“美鋒稻225”糙米的鎘含量。這與前人的“高產伴隨高鎘”的研究結論相一致，本研究中鎘含量最高值是“鹽939”糙米為0.128mg·kg-1，其產量卻在中位水平。故水稻產量性狀與鎘積累能力的關系需要進一步研究。

表6 不同水稻品種產量性狀

3 結論

在鎘污染土壤中進行鎘低積累玉米、水稻品種篩選試驗。試驗結果表明，參試玉米籽粒鎘含量在0.004～0.019mg·kg-1，參試水稻糙米鎘含量在0.035～0.128mg·kg-1。試驗在土壤鎘含量為1.30mg·kg-1的條件下種植玉米、在土壤鎘含量為0.45mg·kg-1條件下種植水稻，其籽粒和糙米中鎘含量最高值分別為0.019mg·kg-1和0.128mg·kg-1，均符合《GB2715-2005糧食衛生標準》中污染物限量標準。結合不同玉米、水稻品種對土壤中鎘積累能力和農產品經濟效益分析，篩選出玉米低積累品種為“富友9”、“東單1501”、“東單90”、“鐵研368”和“東單60”；水稻低積累品種為“遼399”、“美鋒稻225”、“遼212”和“遼1499”。這些品種可作為中、輕度鎘污染地區玉米、水稻品種推廣種植。