不同品種油葵對(duì)土壤中鎘的富集作用比較研究

楊學(xué)樂，何錄秋，劉壽明

（湖南省作物研究所，長沙410125）

不同品種油葵對(duì)土壤中鎘的富集作用比較研究

楊學(xué)樂，何錄秋，劉壽明

（湖南省作物研究所，長沙410125）

2016年進(jìn)行油葵鎘高積累品種篩選，結(jié)果表明：（1）在同一鎘污染土地上，不同油葵品種吸鎘量有差異，同一油葵品種的不同部位鎘含量也不一樣；（2）同一鎘背景值下，不同品種油葵產(chǎn)量差異明顯，同一品種在不同鎘背景值下產(chǎn)量差異不明顯；（3）不同油葵品種在不同鎘含量土壤上籽粒鎘含量差異不明顯；（4）不同品種油葵在不同鎘含量土壤上秸稈鎘含量差異不明顯；（5）各品種秸稈—籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)都小于1，秸稈和籽粒的富集系數(shù)都大于1，且秸稈的富集系數(shù)都大于籽粒的富集系數(shù)；（6）無論是中度還是重度鎘污染土地上種植的油葵，其籽粒初加工的原油中鎘含量極低，可以放心食用。

油葵；鎘污染；富集特征；植物修復(fù)

隨著我國工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，大量礦產(chǎn)開發(fā)及農(nóng)業(yè)化學(xué)藥劑的使用，土壤中的重金屬積累越來越多，土壤重金屬，特別是鎘污染日益嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，我國鎘污染的土壤面積已達(dá)20萬km2，占總耕地面積的1／6［1］。湖南是鎘污染重災(zāi)區(qū)，近年來鎘污染事件層出不窮，被鎘污染的農(nóng)田都出現(xiàn)不同程度的減產(chǎn)，因此土壤鎘污染治理刻不容緩。植物修復(fù)被認(rèn)為是治理土壤重金屬污染的最好方法，不少植物如向日葵、蓖麻、油菜等生物量大的作物都對(duì)重金屬有一定的富集作用，也已經(jīng)被用來修復(fù)土壤重金屬污染［2］。

2016年筆者在湖南進(jìn)行了油葵鎘高積累品種篩選試驗(yàn)。通過對(duì)油葵品種鎘積累與土壤的關(guān)聯(lián)性、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制措施等研究，以探明油葵不同品種對(duì)鎘的吸收規(guī)律和分布，以期篩選出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗、高吸鎘油葵品種，為湖南省鎘污染土壤的治理做出貢獻(xiàn)。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 供試油葵品種

供試油葵品種13個(gè)：高油5號(hào)、精英澳34、高油6號(hào)、美葵DL667、新葵562、油滿多、三保567、新葵5號(hào)、韓國CS、NWS667、矮大頭1023、黑矮人油葵、法蘭西矮大頭。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在Ⅰ區(qū)（中度鎘污染區(qū)，土壤鎘含量為0.618 mg／kg）和Ⅱ區(qū)（重度鎘污染區(qū)，土壤鎘含量為2.084 mg／kg）進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個(gè)供試材料隨機(jī)排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2，種植密度為49 500株／hm2。

1.4 取樣與檢測

在油葵收獲時(shí)期，取油葵莖稈和籽粒，分別裝袋，風(fēng)干待測。同時(shí)對(duì)油葵鎘高積累品種的籽粒，經(jīng)初加工榨油后，抽取其原油和枯餅樣品化驗(yàn)。樣品均由湖南省分析測試中心化驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 油葵產(chǎn)量品種差異分析

由表1可知，中度鎘污染區(qū)產(chǎn)量最高的是矮大頭1023，為4307.15 kg／hm2，其次是高油5號(hào)、黑矮人油葵，產(chǎn)量分別為4217.11、4202.10 kg／hm2，最低的是韓國CS，為3241.62 kg／hm2，矮大頭1023、高油5號(hào)、黑矮人油葵與韓國CS相比，產(chǎn)量分別高出32.84%、30.12%、29.57%；而重度鎘污染區(qū)產(chǎn)量最高的是高油5號(hào)，為4342.17 kg／hm2，其次是矮大頭1023、黑矮人油葵，產(chǎn)量分別為4322.16、4267.13 kg／hm2，最低的是韓國CS，為3421.71 kg／hm2，高油5號(hào)、矮大頭1023、黑矮人油葵與韓國CS相比，產(chǎn)量分別高出26.93%、26.34%、24.62%。

中度和重度鎘污染區(qū)兩地不同品種油葵產(chǎn)量的方差分析p值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.05，說明在同一鎘背景值下，不同品種油葵產(chǎn)量表現(xiàn)出差異，且達(dá)到顯著水平。

對(duì)分別種植于中度和重度鎘污染區(qū)的13個(gè)油葵品種產(chǎn)量均值在0.05水平下進(jìn)行t檢分析，p（單尾）值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.05，這說明兩種鎘背景值下13個(gè)油葵品種產(chǎn)量均值差異不顯著。

表1 不同品種油葵在中度和重度鎘污染土壤的產(chǎn)量比較Tab le 1 The yields of different oil sunflower varieties in moderate and severe cadm ium contam inated soil

2.2 油葵籽粒中鎘含量品種差異分析

由表2可知，在同一鎘背景值下，各品種籽粒鎘含量不同；同一品種油葵籽粒中的鎘積累量會(huì)隨著土壤中鎘含量的增加而增加。13個(gè)油葵品種籽粒鎘含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過食品中污染物限量國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2012中堅(jiān)果及籽類其限量為0.5 mg／kg）。中度鎘污染區(qū)油葵籽粒中鎘含量范圍是4.03～5.84 mg／ kg，其中鎘含量最高的是油滿多，最低的是三保567，重度鎘污染區(qū)油葵籽粒鎘含量范圍是4.71～7.03 mg／kg，最高的是矮大頭1023，最低的是三保567。

方差分析表明，中度和重度鎘污染區(qū)不同品種油葵的籽粒鎘含量p值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.05，說明在中度和重度鎘污染區(qū)，不同品種油葵籽粒鎘累積量不存在差異。

表2 油葵籽粒中鎘含量品種差異分析Table 2 The concentrations of Cd in seeds of different oil sunflower varieties

2.3 油葵秸稈中鎘含量品種差異分析

由表3可知，同一油葵品種秸稈中的鎘積累量會(huì)隨著土壤鎘含量的增加而增加，不同品種油葵在不同鎘背景值下秸稈鎘積累量不同。中度鎘污染區(qū)油葵秸稈平均鎘含量范圍在5.03～7.92 mg／kg之間，含量最高的是高油5號(hào)，最低的是新葵562；重度鎘污染區(qū)油葵秸稈平均鎘含量范圍在5.62～8.67 mg／kg之間，含量最高的是矮大頭1023，最低的是三保567。

方差分析表明，中度和重度鎘污染區(qū)不同品種油葵的秸稈鎘含量p值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.05，說明在中度和重度鎘污染區(qū)，不同品種油葵的秸稈鎘累積量不存在差異。

表3 油葵秸稈中鎘含量品種差異分析Table 3 The concentrations of Cd in straws of different sunflower varieties

（續(xù)表3）

2.4 油葵籽粒和秸稈鎘富集系數(shù)的品種差異

從表4可以看出，13個(gè)油葵品種籽粒和秸稈的鎘富集系數(shù)都大于1，且中度鎘污染區(qū)的富集系數(shù)大于重度鎘污染區(qū)的富集系數(shù)。中度鎘污染區(qū)籽粒鎘富集系數(shù)在6.532～9.465之間，最高的是油滿多，最低的是三保567；秸稈鎘富集系數(shù)在8.152～12.836之間，最高的是高油5號(hào)，最低的是新葵562。重度鎘污染區(qū)籽粒鎘富集系數(shù)在2.260～3.373之間，最高的是矮大頭1023，最低的是三保567；秸稈鎘富集系數(shù)在2.697～4.160之間，最高的是矮大頭1023，最低的是三保567。不論是中度還是重度鎘污染區(qū)，秸稈的鎘富集系數(shù)都要大于籽粒的鎘富集系數(shù)，說明油葵秸稈對(duì)鎘的富集能力強(qiáng)于籽粒對(duì)鎘的富集能力。

表4 不同油葵品種籽粒、秸稈鎘富集系數(shù)Table 4 The enrichment factors of Cd in seeds and straws of different sunflower varieties

2.5 油葵秸稈—籽粒鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)品種差異分析

從表5可以看出，不同油葵品種秸稈—籽粒的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)不同，同一油葵品種在不同鎘含量土壤上秸稈—籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)也不一樣。中度鎘污染區(qū)鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的范圍是0.705～0.995，油滿多最高，矮大頭1023最低，說明油滿多品種秸稈的鎘向籽粒轉(zhuǎn)移能力最強(qiáng)，矮大頭1023最弱。重度鎘污染區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的范圍是0.693～0.979，油滿多最高，NWS667最低，說明油滿多品種秸稈中的鎘向籽粒中轉(zhuǎn)移能力最強(qiáng)，NWS667最弱。不論是中度還是重度鎘污染區(qū)，其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)全部小于1，說明鎘從秸稈到籽粒的遷移能力比較弱，從而降低籽粒中鎘污染的風(fēng)險(xiǎn)。

表5 不同品種油葵秸稈—籽粒鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Table 5 The transfer factors of Cd from straw s to grains of different sunflower varieties

（續(xù)表5）

2.6 油及油枯鎘含量測定結(jié)果

部分油葵品種初加工原油及油枯鎘含量測定結(jié)果見表6。中度鎘污染區(qū)原油平均鎘含量為0.0356 mg／kg，油枯中平均鎘含量為8.436 mg／kg；重度鎘污染區(qū)原油平均鎘含量為0.0384 mg／kg，油枯中平均鎘含量為10.59 mg／kg。2個(gè)試點(diǎn)油葵初加工原油中鎘含量均極低，可以放心食用。油葵初加工原油，未經(jīng)提煉，原油中鎘含量主要來自細(xì)小的油枯，油葵油中鎘含量很少。

表6 部分油葵油及油枯鎘含量測定結(jié)果（mg／kg）Table 6 the concentrations of Cd in the oil and oil cake of sunflower（mg／kg）

3 小結(jié)與討論

油葵是我國四大油料作物之一，它的特點(diǎn)是根系發(fā)達(dá)，抗逆性強(qiáng)，適應(yīng)范圍廣等。眾多研究表明，向日葵對(duì)重金屬污染具有較強(qiáng)的耐受性，是一種很好的鎘污染區(qū)替代作物。經(jīng)過試驗(yàn)，不論是中度鎘污染區(qū)還是重度鎘污染區(qū)，油葵產(chǎn)量都沒有明顯差異，表明在一定范圍內(nèi)土壤鎘含量對(duì)油葵產(chǎn)量影響較小，至于當(dāng)土壤鎘含量增加至一個(gè)什么水平時(shí)，開始影響油葵品種的產(chǎn)量，需要進(jìn)一步研究。油葵生物量大，籽粒和秸稈中能夠積累大量的鎘，而籽粒榨出的原油中鎘含量極低，可以放心食用。榨過油的油枯中鎘含量極高，不能直接用作飼料，可通過化學(xué)萃取劑萃取油枯中的鎘，將油枯中鎘含量降到安全標(biāo)準(zhǔn)以下后再進(jìn)行利用。經(jīng)查閱文獻(xiàn)，目前還沒有關(guān)于此方面的研究。試驗(yàn)表明，油葵秸稈—籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)都小于1，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)越小，說明鎘從秸稈轉(zhuǎn)移到籽粒的量就越少，從而降低可食用部分鎘污染的風(fēng)險(xiǎn)，保證食物安全。孫月美等［4］對(duì)耐受性植物油葵和棉花對(duì)鎘的富集特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明，油葵的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)隨外源添加鎘呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，且地下部到地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)都小于1，說明油葵的根部可以作為鎘在植物體內(nèi)遷移的一種屏障，使地上部免受或者少受鎘毒害。到目前為止，關(guān)于鎘對(duì)油葵影響的研究基本都是外源添加鎘對(duì)油葵植株生長的影響及其體內(nèi)生理生化的變化，還沒有土壤鎘污染對(duì)油葵整個(gè)生育期的影響及油葵秸稈和籽粒鎘含量的研究。

本次試驗(yàn)僅對(duì)油葵秸稈和籽粒對(duì)鎘的吸收進(jìn)行研究，未對(duì)油葵根系和葉片對(duì)土壤鎘的吸收及鎘對(duì)油葵植株生長的影響進(jìn)行研究。今后的試驗(yàn)可進(jìn)行鎘對(duì)油葵生長過程中生理生化特性的影響研究，分析鎘脅迫下不同油葵品種的全生物產(chǎn)量、不同生育期各器官鎘積累量、成熟期不同器官對(duì)鎘的吸收和分配，以期了解油葵對(duì)鎘吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累特征、成熟期鎘在各個(gè)器官的分配規(guī)律、耐鎘性，以及驗(yàn)證前期篩選結(jié)果的可靠性，為選擇和應(yīng)用高鎘積累油葵品種進(jìn)行植物修復(fù)和污染區(qū)替代作物研究提供參考。同時(shí)以篩選出根部和莖稈鎘積累量高，而籽粒鎘積累量低的油葵品種為目標(biāo)，繼續(xù)進(jìn)行鎘積累油葵的篩選。

［1］ 冉 烈，李會(huì)合.土壤鎘污染現(xiàn)狀及危害研究進(jìn)展［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，30（4）：69-73.

［2］ 楊學(xué)樂，何錄秋，劉壽明，等.向日葵、油菜對(duì)鎘脅迫反應(yīng)及對(duì)鎘污染土地修復(fù)作用研究進(jìn)展［J］.作物研究，2017，31（1）：93-98.

［3］ 孫洪欣，趙全利，薛培英，等.不同夏玉米品種對(duì)鎘、鉛積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的差異性田間研究［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，24（12）：2068-2074.

［4］ 孫月美，寧國輝，劉樹慶，等.耐受性植物油葵和棉花對(duì)鎘的富集特征研究［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2015，29（6）：281-286.

Comparative Study on the Soil Cadm ium Enrichment of Different Oil Sunflower Varieties

YANG Xuele，HE Luqiu，LIU Shoum ing
（Crop Research Institute of Hunan Province，Changsha，Hunan 410125，China）

High cadmium accumulation varieties of oil sunflower were screened in 2016.The results showed that：（1）There were differences in the cadmium amounts of different oil sunflower varieties in same cadmium contaminated land，and there were differences in the accumulated cadmium in different parts of the same variety.（2）There were obviously differences in the yields of different oil sunflower varieties under the same cadmium background.The yields of the same cultivarswere not obvious at the different cadmium background.（3）The cadmium contents in the seeds were no significant in differentoil sunflower cultivars and different cadmium content soils.（4）There was also no signficant difference in cadmium content oil sunflower cultivars in different cadmium content soils.（5）The transfer coefficients from straw to seed were less than 1 in all oil sunflower cultivars.The enrichment factors of the straw and seed weremore than 1 of all oil sunflower cultivars，and the enrichment factors of the straw weremore than thatof the seed.（6）The cadmium content in the crude seed oilwas very low and safe for consumerwhether the oil sunflower planted inmoderate cadmium contaminated soil or severe cadmium contaminated soil.

oil sunflower；Cd contaminated；enrichment characteristic；phytoremdiation

S565.5；S156

A

1001-5280（2017）05-0498-05

10.16848／j.cnki.issn.1001-5280.2017.05.10

2017-06-01

楊學(xué)樂（1989-），女，碩士，Email：1103301542＠qq.com。

湖南省財(cái)政專項(xiàng)（湘財(cái)農(nóng)指［2014］180號(hào)）。