摘 要：以亞麻品種內(nèi)亞9號為材料，在瀏陽市永和鎮(zhèn)佳成村污染土壤上種植亞麻，探討土壤重金屬鎘對亞麻生長的影響。結(jié)果表明，不同地點土壤鎘濃度不同，對亞麻的生長（農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量）產(chǎn)生了不同影響，在田塊11土壤鎘含量達(dá)8.95mg/kg的情況下，亞麻原莖產(chǎn)量和種子產(chǎn)量仍分別達(dá)4228.45kg/hm2和456.27kg/hm2，表明亞麻對高濃度Cd耐受性較強。土壤重金屬鎘含量與亞麻原莖產(chǎn)量、種子產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分別為-0.15328、-0.15167，存在一定的負(fù)相關(guān)性，但相關(guān)性不顯著。綜上，瀏陽市永和鎮(zhèn)佳成村亞麻種植基地土壤中的重金屬鎘影響了亞麻的生長，使其產(chǎn)生5種不同的生長類型。
關(guān)鍵詞：亞麻；重金屬鎘；農(nóng)藝性狀；原莖產(chǎn)量；種子產(chǎn)量
亞麻（Linum usitatissimum L.）為一年生草本纖維作物[1]，屬于長日照植物，喜涼爽和濕潤的氣候，適于在溫帶或亞熱帶種植。亞麻是重要的經(jīng)濟(jì)作物，根據(jù)其用途可以分為纖用亞麻、油用亞麻、油纖兼用亞麻3種類型[2]。亞麻全身是寶，亞麻纖維是麻紡工業(yè)的重要原料[3]。除了亞麻長纖維以外，加工后的副產(chǎn)品也有多種用途：短纖維可與毛、棉、絲、化纖等纖維混紡；麻絨可用于造紙；麻屑既是制作高檔紙的原料，也可用于制板。纖用亞麻從原莖到種子都能進(jìn)行加工利用，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值和利用價值。整粒亞麻籽含油量在29%～44%之間，亞麻籽油是一種優(yōu)質(zhì)食用油，且富含的α-亞麻酸是人體必需脂肪酸[4]。亞麻含有α-亞麻酸、木脂素、膳食纖維、維生素等，具有潛在的醫(yī)用價值，因而亞麻籽油作為一種重要的功能性食品成分，添加到各種食品中。隨著人們生活水平的日益提高，我國亞麻的需求量也日益增長，亞麻綜合產(chǎn)品在未來有著巨大潛力[5]。
土壤作為地球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，不僅與大氣、水以及生物等相互聯(lián)系、相互制約，而且與人類的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，在保護(hù)環(huán)境和維持生態(tài)平衡等方面起著重要作用。然而，隨著社會的發(fā)展，生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生的污染物不斷在土壤中累積，對土壤造成污染[6]，導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，影響農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)。我國土壤污染問題不容樂觀，環(huán)境保護(hù)部第一次全國土壤污染狀況調(diào)查的結(jié)果表明：我國耕地污染率為19.4%，其中輕微污染13.7%、輕度污染2.8%、中度污染1.8%、重度污染為1.1%[7]。進(jìn)入21世紀(jì)，全國受污染的耕地面積已逾1 000萬hm2，其中被重金屬鎘污染的耕地多達(dá)100萬hm2[8]。鎘作為一種危險的環(huán)境污染物質(zhì)，低質(zhì)量濃度就能對植物產(chǎn)生毒害作用。鎘對植物的毒害主要表現(xiàn)為其對植物細(xì)胞分裂、細(xì)胞生理變化、生長發(fā)育等的傷害效應(yīng)[9]。鎘在自然情況下以化合物形式存在，不影響人體健康，但不易被固定、易被植物富集[10]。在環(huán)境受到污染后，鎘含量大幅度增加，通過食物鏈進(jìn)入人體后，在人體內(nèi)產(chǎn)生一系列的生物毒性反應(yīng)，損害人體器官及系統(tǒng)，引發(fā)疾病，嚴(yán)重影響人類身體健康[11]。糧食作物受鎘污染的事件頻發(fā)，尤其是稻米受重金屬鎘污染事件，食品安全問題被廣泛關(guān)注[12]。
本研究以亞麻品種內(nèi)亞9號為材料，在瀏陽市永和鎮(zhèn)佳成村5種不同生長類型污染土壤上種植亞麻，探討土壤重金屬鎘對亞麻生長的影響，以期為鎘污染土壤修復(fù)以及亞麻的種植推廣提供理論依據(jù)。
1. 材料與方法
1.1. 試驗地概況
試驗在湖南省瀏陽市永和鎮(zhèn)佳成村鎘污染土壤上進(jìn)行，供試地塊肥力水平中等。
1.2. 供試材料
供試亞麻品種為內(nèi)亞9號（來源于內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院），于2018年10月下旬種植，常規(guī)田間管理，于2019年5月亞麻成熟期收獲。
1.3. 試驗設(shè)計
2019年4月29日根據(jù)亞麻長勢長相分為5種（A、B、C、D、E）生長類型，各種亞麻生長類型具體情況如下。A：無亞麻生長，距離污染河20m以內(nèi)，海拔89.9～91.0 m;B：亞麻生長稀少，距離污染河40 m以內(nèi)，海拔>91.0～92.0m;C：亞麻生長多但長勢不佳，距離污染河60m以內(nèi)，海拔>92.0～93.0 m;D：亞麻生長正常，距離污染河80m以內(nèi)，海拔>93.0～94.0m;E：亞麻生長旺盛，距離污染河80m以外，海拔95.8～98.0 m。
5種不同生長類型共計30個田塊，每塊田確定3個代表性小區(qū)，共計90小區(qū)，小區(qū)面積為40m2。5月上旬根據(jù)亞麻長勢長相進(jìn)行田塊確定以及取土樣（90個小區(qū)全部取土樣），5月中旬收獲亞麻并稱量小區(qū)鮮重，5月中下旬進(jìn)行亞麻農(nóng)藝性狀考察以及重金屬鎘的測量。
1.4. 調(diào)查項目與方法
1.4.1. 農(nóng)藝性狀調(diào)查
1）株高。在亞麻成熟期，從試驗小區(qū)中隨機(jī)取樣20株，用直尺測量亞麻植株從子葉痕到一級分枝頂部的距離，取平均值。
2）工藝長度。在亞麻成熟期，從試驗小區(qū)中隨機(jī)取樣20株，用直尺測量亞麻植株從子葉痕到花序下部第一個分枝基部間的距離，取平均值。
3）莖粗。在亞麻成熟期，從試驗小區(qū)中隨機(jī)取樣20株，用游標(biāo)卡尺（精度為1/1000）測量每株中部莖稈直徑，取平均值。
4）分枝數(shù)。在亞麻成熟期，從試驗小區(qū)中隨機(jī)取樣20株，調(diào)查亞麻植株主莖頂部著生的一級分枝個數(shù)，計算平均值。
5）蒴果數(shù)、每果粒數(shù)、千粒重。在亞麻成熟期，按照《亞麻種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[13]，從試驗小區(qū)中隨機(jī)取樣20株分別測定蒴果數(shù)、每果粒數(shù)、千粒重，計算平均值。
6）原莖產(chǎn)量。亞麻收獲后，將各小區(qū)的亞麻原莖晾干以后（水分含量為12%），去除雜草、泥土等雜質(zhì)后，分別稱重，計算小區(qū)的平均產(chǎn)量，然后換算成公頃產(chǎn)量。
7）種子產(chǎn)量。亞麻收獲后，將各小區(qū)的亞麻分別脫粒，對經(jīng)過干燥和清選獲得的飽滿、清潔的種子進(jìn)行稱重，計算小區(qū)平均產(chǎn)量，然后換算成公頃產(chǎn)量。
1.4.2. 重金屬鎘的檢測
對大田成熟期植物樣（亞麻根、莖、葉、種子）、土樣（根際土壤）進(jìn)行重金屬含量測定，植物樣采取硝酸-高氯酸法消解，土樣采取王水-高氯酸法進(jìn)行消化，火焰原子吸收光譜法測定樣品鎘含量。
1）植物樣取樣與檢測。取樣：對亞麻成熟期地上（葉、種子）、地下部分（莖、根）進(jìn)行取樣，每個小區(qū)隨機(jī)選20株亞麻作為取樣樣本，在離地面3 cm處剪取地上部分，用小鋤頭取地下部分根器官裝袋，稱取鮮重并帶回實驗室待處理。
樣品處理及分析：對收獲的植物樣用去離子水洗凈，瀝干多余水分，烘箱65℃烘干，粉碎。烘干至恒重，干燥器保存待消化。
植物樣消化：稱取植物干樣0.500g（精確到0.001g）于50mL三角瓶中，加入混合酸（硝酸∶高氯酸=3∶1)15mL，蓋上小漏斗，放置在通風(fēng)櫥中浸泡過夜（預(yù)處理），在電熱板上加熱消解（溫度150～240℃）若顏色變深，再加混合酸，直至冒白煙，消化液呈無色透明狀且無沉淀，揭開漏斗繼續(xù)加熱趕酸，趕至無色結(jié)晶體，取出稍冷，加入適量1%硝酸溶解，定容至25mL容量瓶中，用濾紙過濾待測，同時進(jìn)行試劑空白測定。
2）植物根際土壤取樣與檢測。取樣：使用內(nèi)徑2.5cm的取土器在亞麻根際周邊設(shè)4個點分別取土層20cm處根際土壤。將所取土壤樣品混勻裝袋做好標(biāo)簽，于實驗室干燥處貯藏。
樣品處理及分析：將取回的土樣去除雜質(zhì)、敗葉等雜物后自然風(fēng)干，用粉碎機(jī)粉碎，過100目篩，65℃烘干至恒重，干燥器保存待消化。
土壤消化：王水-高氯酸法，稱取土樣0.500g（精確到0.001g）于50mL三角瓶中，加入王水（硝酸∶鹽酸=3∶1)15mL，蓋上小漏斗，放置在通風(fēng)櫥中浸泡過夜，在電熱板上加熱消解，若顏色變深，再加入5mL高氯酸，直至冒白煙，揭開漏斗趕酸，趕至牛奶狀沉淀，取出稍冷，加入1%適量硝酸溶解，定容至25mL容量瓶中，用濾紙過濾待測，同時進(jìn)行試劑空白測定。
測量重金屬濃度：待定容樣品沉淀后，通過測量儀器進(jìn)行重金屬鎘濃度測定。
1.5. 數(shù)據(jù)處理與分析
數(shù)據(jù)采用Excel 2010、DPS 9.01等軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。
2. 結(jié)果與分析
2.1. 亞麻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀
由表1可知，B、C、D、E生長類型小區(qū)內(nèi)亞9號亞麻株高在69.03～106.33cm之間，工藝長度在52.07～81.56cm之間，莖粗在1.44～3.50mm之間，單株分枝數(shù)3.00～6.38個，蒴果數(shù)在5.85～32.60個之間，每果粒數(shù)在4.83～7.60粒之間，千粒重在4.63～5.40g之間。從方差分析結(jié)果來看，不同類型田塊間各項指標(biāo)間存在一定差異。
表1 不同生長類型亞麻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀
注：因為A生長類型地塊無亞麻生長，所以無相關(guān)數(shù)據(jù)。同列不同小寫字母表示處理間差異顯著（P<0.05）。下同。
2.2. 污染土壤和亞麻重金屬鎘含量
由表2可知，A、B、C、D、E生長類型土壤鎘含量呈依次降低趨勢，亞麻根、莖、葉、種子的鎘含量存在一定差異，大多數(shù)田塊以葉中鎘含量最高，最高含量達(dá)13.67mg/kg；其次是根，最高含量達(dá)10.59mg/kg；再次是莖，最高含量達(dá)到8.22mg/kg；最后是種子，最高含量僅為6.43mg/kg。大多數(shù)田塊土壤鎘含量低于根的鎘含量。富集系數(shù)為植物地上部重金屬含量與土壤重金屬含量的比值，反映重金屬在植物體內(nèi)的富集情況[14]，富集系數(shù)越大，表明植物吸收土壤重金屬的能力越強。富集系數(shù)以田塊26最高，達(dá)7.381；田塊1最低，為2.119。轉(zhuǎn)移系數(shù)為植物地上部重金屬含量與地下部重金屬含量的比值，反映植物將重金屬從地下部根系向地上部莖葉的運輸能力，轉(zhuǎn)移系數(shù)越大，表明植物向上運輸重金屬的能力越強[15]。轉(zhuǎn)移系數(shù)以田塊6最高，達(dá)3.558；田塊8最低，為1.676。
表2 不同生長類型亞麻各部分重金屬鎘含量
由表3可知，A生長類型土壤平均鎘含量達(dá)到6.75mg/kg,B、C、D、E生長類型土壤鎘含量依次降低。葉的平均鎘含量差異較為明顯，最高達(dá)10.76mg/kg，最低僅8.09mg/kg。
2.3. 土壤重金屬鎘含量與亞麻產(chǎn)量的相關(guān)性分析
由表4和表5可知，B、C、D生長類型土壤鎘含量依次降低，種子、原莖產(chǎn)量依次增加。其中A生長類型土壤鎘含量最高達(dá)10.44mg/kg，平均達(dá)6.75mg/kg，無任何產(chǎn)量；E生長類型的平均鎘含量為6.10mg/kg，亞麻生長茂盛，原莖產(chǎn)量最高田塊達(dá)4 337.81kg/hm2，種子產(chǎn)量最高田塊達(dá)468.07kg/hm2。
表3 不同生長類型亞麻各部分平均重金屬鎘含量
表4 土壤鎘含量與亞麻產(chǎn)量性狀差異性分析
表5 土壤鎘含量與亞麻產(chǎn)量性狀差異性分析
由表6可知，土壤重金屬鎘含量與亞麻原莖產(chǎn)量、種子產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分別為-0.15328、-0.15167，存在一定的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)性不明顯。部分低產(chǎn)田塊土壤鎘含量與高產(chǎn)田塊相近的情況，考慮其他因素同時影響亞麻的生長，從而造成高、低產(chǎn)田塊的差異。
表6 土壤鎘含量與亞麻產(chǎn)量的相關(guān)性分析
注：**表示差異極顯著（P<0.01）。
3. 結(jié)論與討論
土壤是生態(tài)系統(tǒng)的組成成分，是生物生存發(fā)展最重要、最基本的資源，是植物生長發(fā)育的生態(tài)環(huán)境中重要因子之一，是作物所需養(yǎng)分的重要來源之一[16]。然而，隨著社會的發(fā)展，人們生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生的污染物不斷在土壤中累積，對土壤造成污染，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，威脅農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[17]。當(dāng)前，隨著人類工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，受工業(yè)“三廢”、農(nóng)田污灌、污泥的農(nóng)業(yè)化利用以及化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜大量使用的影響，我國土壤重金屬鎘污染日益嚴(yán)重。土壤鎘污染導(dǎo)致重金屬有害物質(zhì)在農(nóng)作物體內(nèi)富集，影響農(nóng)產(chǎn)品食用安全，嚴(yán)重危害人體健康[18]。湖南省長株潭等地區(qū)受工礦業(yè)等的影響，耕地重金屬污染問題較為突出。而在重金屬污染中，以鎘超標(biāo)污染最為嚴(yán)重[19]。本研究表明，亞麻在鎘污染土壤上可以較正常生長，且鎘濃度會影響亞麻的生長，導(dǎo)致其農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量產(chǎn)生一定的差異。本試驗結(jié)果顯示，在田塊11土壤鎘含量達(dá)8.95mg/kg的情況下，亞麻原莖產(chǎn)量和種子產(chǎn)量仍分別達(dá)4228.45kg/hm2和456.27kg/hm2，表明亞麻對高濃度鎘耐受性較強。另外，地塊地勢高低、距河流遠(yuǎn)近等因素是否對亞麻的生長產(chǎn)生影響值得進(jìn)一步研究。
在瀏陽市永和鎮(zhèn)佳成村亞麻種植基地中，不同地點土壤鎘濃度不同，對亞麻的生長（農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量）產(chǎn)生了不同影響，典型表現(xiàn)為：土壤平均鎘含量達(dá)6.75mg/kg的地塊無亞麻生長；土壤平均鎘含量為6.10mg/kg的地塊亞麻生長茂盛，農(nóng)藝性狀表現(xiàn)良好，原莖產(chǎn)量最高田塊達(dá)4337.81kg/hm2，種子產(chǎn)量最高田塊達(dá)468.07kg/hm2。通過相關(guān)性分析，土壤重金屬鎘含量與亞麻原莖產(chǎn)量、種子產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)分別為-0.15328、-0.15167，說明重金屬鎘與亞麻產(chǎn)量之間存在一定的負(fù)相關(guān)性。
綜上，瀏陽市永和鎮(zhèn)佳成村亞麻種植基地土壤重金屬鎘影響了亞麻的生長，使其產(chǎn)生了5種不同的生長類型。
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文章摘自:何鵬亮,李倩,姜晚霞等.鎘污染土壤對亞麻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2023,(23):24-29+38.
