于 蔚，李 元，陳建軍，李敬偉，陳 樹

(云南農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，云南昆明650201)

隨著礦產資源的大量開發(fā)、農藥化肥的廣泛使用及城市污泥污水的農用，土壤－植物－環(huán)境系統(tǒng)中重金屬污染問題日趨嚴重［1］。我國重金屬含量超標的農產品產量與面積占污染物超標農產品總量與總面積的80%以上［2］。據統(tǒng)計，受Cd、As、Pb等重金屬污染的耕地面積近20×108hm2，約占總耕地面積的1/5，每年造成糧食減產達2.5×109kg，農業(yè)總損失每年達200億元以上［3］。對我國3×105hm2基本農田保護區(qū)2×108kg糧食抽查發(fā)現，重金屬超標率＞10%，污灌區(qū)的問題更加嚴重［4］。在眾多重金屬元素中，Pb為當前最為突出的重金屬污染元素［5］，不僅在環(huán)境中易積累、難降解，而且植物對Pb的吸收表現出極強的隱蔽性［6］。通過各種途徑進入土壤中的Pb，不僅影響作物生長，而且進入食物鏈危害人畜健康［6～9］。

不同基因型作物對重金屬的吸收、累積水平差別較大，甚至同一種作物的不同品種間重金屬吸收、累積能力也可能有較大差異［7，10～11］。利用這些特點，篩選供食用器官重金屬富集能力較弱(重金屬含量不超過國家食品衛(wèi)生有關標準)但生長和產量不受影響的農作物種類或品種，并在中、輕度重金屬污染土壤中種植，可以達到農田重金屬污染的治理目標，同時抑制其進入食物鏈，有效降低農產品的重金屬污染風險［12］。玉米作為我國主要的糧食作物，種植面積廣、生物量大且產量高，除了直接食用外，其莖葉部還可作為畜牧業(yè)和工業(yè)原材料。因此，篩選Pb低累積、高產量和高質量的玉米品種具有現實意義。

本文以25個玉米品種為材料，在外施乙酸鉛條件下，通過大田試驗，研究Pb對不同品種玉米的生長、產量及根、莖葉和籽粒Pb含量的影響，旨在篩選出適合云南省Pb污染農田種植的低累積玉米品種。

1 試驗材料與設計

1.1 供試材料

供試土壤屬黃壤，其理化性質:pH=6.95，有機質30.71g/kg，全氮2.41g/kg，全磷13.63g/kg，全鉀 8.59g/kg，堿 解 氮 53.73mg/kg，速 效 磷151.47mg/kg，速效鉀170.23mg/kg。

玉米品種見表1。以分析純乙酸鉛為供試試劑。

1.2 試驗設計

于2013年5月在云南省尋甸縣大河橋云南農業(yè)大學試驗基地進行大田試驗。試驗以25個玉米品種為試驗材料，分別設對照 (CK)區(qū)、Pb(2000mg/kg)區(qū)，每個處理3次重復。共計150個小區(qū)，小區(qū)面積為2m×1.2m，每小區(qū)設10穴玉米，株距為40cm，行距為60cm，每穴播3粒玉米種子，將定量的乙酸鉛溶解于50ml蒸餾水，均勻拌于200g過2mm篩的土樣中，于實驗室中待水分揮發(fā)后，再均勻施入每穴土壤。待玉米長出3片葉子時間苗，每穴僅留1株。

1.3 取樣與樣品分析

玉米成熟期進行采樣，每個小區(qū)取長勢較均勻的植株樣品。樣品分為根、莖葉和籽粒三部分，清水洗凈后再用去離子水沖洗，測其株高、根長、鮮重等生長指標，在105℃烘箱中殺青30min，再調至80℃烘24h至樣品完全烘干，用不銹鋼粉碎機粉碎，過100目篩。

稱樣后樣品采用混合酸HNO3+HClO4(4∶1)消解制備成待測液，采用火焰原子吸收分光光度法測定。

1.4 統(tǒng)計分析

所有數據的平均值、標準差采用Excel 2007軟件，數據的方差分析、相關性分析及聚類分析采用SPSS 17.0軟件。

性狀變化率 (%)［13］=處理值 －對照值/對照值×l00%(包括株高、根長、生物量變化率);

綜合響應指數 (%)為所有性狀變化率之和;

小區(qū)相對產量=處理下產量/對照產量;

富集系數 (BF)=植物地上部重金屬含量/土壤響應元素含量［14］;

轉運系數 (TF)=植物地上部重金屬含量/地下部相應元素含量［15～16］。

表1 供試玉米品種

表2 重金屬Pb對25個玉米品種生長指標的綜合響應指數

2 結果與分析

2.1 Pb對不同玉米品種的影響

2.1.1 對玉米生長的影響

綜合響應指數反映玉米生長受Pb脅迫的綜合響應情況。綜合響應指數為正值，說明Pb能促進該品種的生長，值越大說明促進作用越大，當綜合響應指數為負值時，說明該品種的生長受到Pb的抑制，值越小說明抑制作用越大。

由表2可看出，Pb對25個玉米品種株高、根長、生物量均有影響。Pb脅迫下玉米的株高變化率范圍為－27.4% ～10.47%;根長變化率范圍為－28.68% ～24.72%;生物量變化率范圍為 －124.3%～649.67%。說明Pb脅迫對玉米株高、根長、生物量有顯著影響。其中綜合響應指數最大品種為寧玉507，達676.96%;最小品種為靖單13，為－140%。

2.1.2 Pb對不同品種玉米產量的影響

小區(qū)相對產量是指Pb脅迫下的小區(qū)產量與對照小區(qū)產量的比值。比值＞1說明Pb脅迫對產量有促進作用，即產量增加;比值＜1則為Pb脅迫下產量受抑制，作物產量減少。由圖1可看出，25個玉米品種在Pb脅迫下小區(qū)相對產量差異顯著，其中有18個品種小區(qū)相對產量比值＞1。汕珍在Pb脅迫下小區(qū)相對產量達到最大，比值為1.65，產量增加了65%;路單8號次之;比值最小的是曲辰11號，為0.75，產量下降了25%。

2.2 不同玉米品種對Pb的富集特征

2.2.1 不同玉米品種根、莖葉、籽粒中的Pb含量

圖2結果表明，Pb脅迫下25個玉米品種根部重金屬含量差異顯著。各品種根部Pb含量范圍為100.79～737.09mg/kg，根部Pb含量最高的品種桂單160是含量最低的品種云瑞21的7倍多，平均含量為351.62mg/kg。

分析25個玉米品種莖葉部Pb含量，結果見圖3。莖葉部Pb含量范圍為8.81～32.98mg/kg，旭玉1446與路單7號莖葉部Pb含量差異顯著，旭玉1446莖葉部Pb含量是路單7號的3.67倍;25個品種莖葉部Pb含量均超出飼料衛(wèi)生標準 (GB－13078－2001)(Pb≤5mg/kg)，不可用作青貯飼料，但均符合有機肥重金屬衛(wèi)生標準 (NY525－2002)，可用作有機肥或制作有機肥的原料。

對25個玉米品種籽粒部含Pb量進行分析，結果見圖4。各品種籽粒Pb含量差異顯著，Pb含量范圍為0～3.71mg/kg，平均含量為1.1808mg/kg。其中桂單160的籽粒Pb含量達到最大3.71mg/kg，是《糧食及制品中重金屬限量標準》(NY861－2004)規(guī)定Pb含量 (≤0.4mg/kg)的9倍，京滇8號 (二代)籽粒Pb含量最小，濃度為0mg/kg。

2.2.2 不同玉米品種對Pb的富集、轉運能力

植物對重金屬的富集、轉運能力主要用富集系數 (BF)和轉運系數 (TF)來反映。富集系數用來評價植物將重金屬吸收到其體內能力的大小，轉運系數則用來評價植物將重金屬從根部向地上部運輸的能力［17］。由表3可看出，25個玉米品種對Pb的富集系數范圍為:0.005～0.018;轉運系數范圍為:0.013～0.084。富集系數、轉運系數均＜1，說明各品種地上部對Pb的吸收能力較弱，且地下部向地上部轉運能力也較弱。富集Pb能力最強的品種是旭玉1446，最弱的是路單7號;而對Pb轉運能力最強的品種是云優(yōu)167，最弱的品種是曲辰11號。

表3 不同玉米品種對Pb的富集系數和轉運系數

2.3 低累積Pb玉米品種的篩選

對25個玉米品種Pb脅迫綜合響應指數進行聚類分析，結果見圖5。根據不同玉米品種對Pb脅迫的不同響應程度，可把25個玉米品種分為4類。其中寧玉507為綜和響應指數最高的一類;京滇8號(一代)、辰11號、云瑞6號等為綜合響應指數較高的一類;靖單13號、京滇8號 (二代)、云優(yōu)167、晴三和云瑞21號為綜合響應指數最低的一類;其余品種綜合響應指數居中。寧玉507、京滇8號 (一代)、辰11號、云瑞6號、曲辰3號、云瑞68、路單7號和尋單8號可作為耐Pb品種。

對25個玉米品種籽粒Pb含量進行聚類分析，結果見圖6。根據籽粒Pb含量的不同，25個玉米品種可以分為5類。其中京滇8號 (二代)、汕珍、宣黃平4號等為籽粒含量最低的一類;桂單160為籽粒Pb含量最高的一類;其他品種籽粒Pb含量居中。為了降低食物鏈Pb含量的富集，選擇京滇8號 (二代)、汕珍、宣黃平4號、曲辰11號、靖豐8號和尋單7號作為玉米籽粒低累積Pb的品種。

3 討論

有關重金屬低累積玉米品種的篩選研究已有報道，郭曉芳［6］、吳傳星［18］等研究了不同玉米品種對重金屬累積和轉運的品種差異，通過對籽粒重金屬含量聚類分析，篩選出籽粒含量未超出國家規(guī)定的食品衛(wèi)生標準的低累積玉米品種。然而，目前對重金屬低累積作物還沒有明確的定義，多數學者篩選低累積品種的標準為供食用器官重金屬富集能力較弱 (重金屬含量不超過國家食品衛(wèi)生有關標準)，而對受重金屬脅迫下作物生長及產量變化研究較少。劉維濤［9］等認為理想的重金屬低累積作物應該同時具備以下特征:①該植物的地上部和根部重金屬含量均很低或者可食部位重金屬含量低于有關標準;②該植物對重金屬的累積量小于土壤中該重金屬的濃度，即富集系數＜1;③該植物從其他部位向可食部位轉運重金屬能力較差，即轉運系數＜1;④該植物對重金屬毒害具有較高的耐受性，在較高濃度重金屬污染下能夠正常生長，且生物量無明顯下降。重金屬脅迫可導致玉米生理代謝紊亂，使其正常生長受到抑制，所以玉米的株高、根長、生物量及產量的變化均可作為玉米對重金屬耐性指標。

本試驗研究了Pb脅迫對25個玉米品種生長、產量的影響及不同品種對Pb的富集特征，結果表明:受Pb脅迫的25個玉米品種株高、根長、生物量及產量差異顯著。Pb脅迫下曲辰11號、曲辰3號綜合響應指數均＞50%，但小區(qū)相對產量＜1，而寧玉507、京滇8號 (一代)、云瑞68號、尋單7號、云瑞6號及路單7號綜合響應指數均 ＞50%，且小區(qū)相對產量＞1，表明寧玉507、京滇8號 (一代)、云瑞68、尋單7、云瑞6號及路單7號在Pb脅迫下能夠正常生長，生物量和產量無明顯下降，可作為耐Pb品種。

在單一污染條件下，Pb在25個玉米品種體內富集差異顯著，根部富集Pb能力遠高于莖葉，這與李凡、代全林［19～20］等研究結果一致。通過對比25個玉米品種對Pb的富集系數與轉運系數發(fā)現，所有品種富集系數與轉運系數均＜1，說明玉米地上部富集Pb的能力較弱且地下部向地上部的轉運能力也較弱。綜合分析，尋單7號符合上述有關重金屬低累積品種的定義，尋單7號可作為Pb低累積品種。

4 結論

(1)Pb脅迫對25個玉米品種的株高、根長、生物量及產量的變化差異顯著;

(2)25個玉米品種對Pb的吸收、累積、分配能力存在顯著差異，在各部位的富集量為:根＞莖葉＞籽粒;

(3)綜合分析，最終篩選出尋單7號為Pb低累積品種。

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