镉污染土壤对亚麻农艺性状及产量的影响.pdf
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1、现代农业科技2023 年第 23 期农艺学镉污染土壤对亚麻农艺性状及产量的影响何鹏亮1,2李 倩1,3姜晚霞1,2乔炳辉1,2揭雨成1,2*(1湖南农业大学苎麻研究所,湖南长沙 410128;2湖南省草类作物种质创新与利用工程技术研究中心,湖南长沙 410128;3桃源县第二中学,湖南桃源 415700)摘要以亚麻品种内亚 9 号为材料,在浏阳市永和镇佳成村污染土壤上种植亚麻,探讨土壤重金属镉对亚麻生长的影响。结果表明,不同地点土壤镉浓度不同,对亚麻的生长(农艺性状及产量)产生了不同影响,在田块 11土壤镉含量达 8.95 mg/kg 的情况下,亚麻原茎产量和种子产量仍分别达 4 228.45
2、 kg/hm2和 456.27 kg/hm2,表明亚麻对高浓度 Cd 耐受性较强。土壤重金属镉含量与亚麻原茎产量、种子产量的相关系数分别为-0.153 28、-0.151 67,存在一定的负相关性,但相关性不显著。综上,浏阳市永和镇佳成村亚麻种植基地土壤中的重金属镉影响了亚麻的生长,使其产生 5 种不同的生长类型。关键词亚麻;重金属镉;农艺性状;原茎产量;种子产量中图分类号S563.2文献标识码A文章编号 1007-5739(2023)23-0024-06DOI:10.3969/j.issn.1007-5739.2023.23.007开放科学(资源服务)标识码(OSID):Effects of
3、 Cadmium-contaminated Soil on Agronomic Characters and Yield of FlaxHE Pengliang1,2LI Qian1,3JIANG Wanxia1,2QIAO Binghui1,2JIE Yucheng1,2*(1Ramie Institute of Hunan Agricultural University,Changsha Hunan 410128;2Hunan Provincial Engineering Technology Research Center of Grass Crop Germplasm Innovati
4、on and Utilization,Changsha Hunan 410128;3The Second High School of Taoyuan County,Taoyuan Hunan 415700)AbstractBy planting flax in contaminated soil in Jiacheng Village,Yonghe Town,Liuyang City,the effects ofsoil heavy metal cadmium on flax growth were explored using the flax variety Neiya No.9 as
5、material.The resultsshowed that,in the case of soil cadmium content of 8.95 mg/kg in field 11,the stem yield and seed yield of flax stillreached 4 228.45 kg/hm2and 456.27 kg/hm2,respectively,indicating that flax had strong tolerance to high concentrationsof cadmium.Different soil cadmium concentrati
6、ons in different locations had different effects on the growth(agronomictraits and yield)of flax.the correlation coefficients between soil heavy metal cadmium content and stem yield and seedyield of flax were-0.153 28 and-0.151 67,respectively.There was a certain negative correlation,but the correla
7、tionwas not significant.In summary,the soil heavy metal cadmium in the flax planting base in Jiacheng Village,YongheTown,Liuyang City,affected the growth of flax,resulting in 5 different growth types.Keywordsflax;heavy metal cadmium;agronomic character;stem yield;seed yield亚麻(Linum usitatissimum L.)
8、为一年生草本纤维作物1,属于长日照植物,喜凉爽和湿润的气候,适于在温带或亚热带种植。亚麻是重要的经济作物,根据其用途可以分为纤用亚麻、油用亚麻、油纤兼用亚麻3 种类型2。亚麻全身是宝,亚麻纤维是麻纺工业的重要原料3。除了亚麻长纤维以外,加工后的副产品也有多种用途:短纤维可与毛、棉、丝、化纤等纤维混纺;麻绒可用于造纸;麻屑既是制作高档纸的原料,也基金项目湖南省草食动物产业技术体系牧草种植与秸秆加工利用岗位专家专项(2019-2021);国家科技基础性工作专项(2017FY100604-02);国家饲草与饲纤兼用作物资源分库项目(NCGRC-2020-48);华中地区主要经济作物气象灾害防控技术研
9、发与产品创制项目(2019YFD1002205-3)。第一作者何鹏亮(1995),男,博士研究生在读。研究方向:草业科学与技术。E-mail:*通信作者 E-mail:收稿日期 2023-04-1524可用于制板。纤用亚麻从原茎到种子都能进行加工利用,具有很高的经济价值和利用价值。整粒亚麻籽含油量在 29%44%之间,亚麻籽油是一种优质食用油,且富含的-亚麻酸是人体必需脂肪酸4。亚麻含有-亚麻酸、木脂素、膳食纤维、维生素等,具有潜在的医用价值,因而亚麻籽油作为一种重要的功能性食品成分,添加到各种食品中。随着人们生活水平的日益提高,我国亚麻的需求量也日益增长,亚麻综合产品在未来有着巨大潜力5。土
10、壤作为地球生态系统的重要组成成分,不仅与大气、水以及生物等相互联系、相互制约,而且与人类的生产、生活息息相关,在保护环境和维持生态平衡等方面起着重要作用。然而,随着社会的发展,生产、生活中产生的污染物不断在土壤中累积,对土壤造成污染6,导致土壤质量下降,影响农作物产量与品质。我国土壤污染问题不容乐观,环境保护部第一次全国土壤污染状况调查的结果表明:我国耕地污染率为19.4%,其中轻微污染 13.7%、轻度污染 2.8%、中度污染 1.8%、重度污染为 1.1%7。进入 21 世纪,全国受污染的耕地面积已逾 1 000 万 hm2,其中被重金属镉污染的耕地多达 100 万 hm2 8。镉作为一种
11、危险的环境污染物质,低质量浓度就能对植物产生毒害作用。镉对植物的毒害主要表现为其对植物细胞分裂、细胞生理变化、生长发育等的伤害效应9。镉在自然情况下以化合物形式存在,不影响人体健康,但不易被固定、易被植物富集10。在环境受到污染后,镉含量大幅度增加,通过食物链进入人体后,在人体内产生一系列的生物毒性反应,损害人体器官及系统,引发疾病,严重影响人类身体健康11。粮食作物受镉污染的事件频发,尤其是稻米受重金属镉污染事件,食品安全问题被广泛关注12。本研究以亚麻品种内亚 9 号为材料,在浏阳市永和镇佳成村 5 种不同生长类型污染土壤上种植亚麻,探讨土壤重金属镉对亚麻生长的影响,以期为镉污染土壤修复以
12、及亚麻的种植推广提供理论依据。1材料与方法1.1试验地概况试验在湖南省浏阳市永和镇佳成村镉污染土壤上进行,供试地块肥力水平中等。1.2供试材料供试亚麻品种为内亚 9 号(来源于内蒙古自治区农牧业科学院),于 2018 年 10 月下旬种植,常规田间管理,于 2019 年 5 月亚麻成熟期收获。1.3试验设计2019 年 4 月 29 日根据亚麻长势长相分为 5 种(A、B、C、D、E)生长类型,各种亚麻生长类型具体情况如下。A:无亚麻生长,距离污染河 20 m 以内,海拔89.991.0 m;B:亚麻生长稀少,距离污染河 40 m 以内,海拔91.092.0 m;C:亚麻生长多但长势不佳,距离
13、污染河 60 m 以内,海拔92.093.0 m;D:亚麻生长正常,距离污染河 80 m 以内,海拔93.094.0 m;E:亚麻生长旺盛,距离污染河 80 m 以外,海拔 95.898.0 m。5 种不同生长类型共计 30 个田块,每块田确定3 个代表性小区,共计 90 小区,小区面积为 40 m2。5 月上旬根据亚麻长势长相进行田块确定以及取土样(90 个小区全部取土样),5 月中旬收获亚麻并称量小区鲜重,5 月中下旬进行亚麻农艺性状考察以及重金属镉的测量。1.4调查项目与方法1.4.1农艺性状调查1)株高。在亚麻成熟期,从试验小区中随机取样20 株,用直尺测量亚麻植株从子叶痕到一级分枝顶
14、部的距离,取平均值。2)工艺长度。在亚麻成熟期,从试验小区中随机取样 20 株,用直尺测量亚麻植株从子叶痕到花序下部第一个分枝基部间的距离,取平均值。3)茎粗。在亚麻成熟期,从试验小区中随机取样20 株,用游标卡尺(精度为 1/1 000)测量每株中部茎秆直径,取平均值。4)分枝数。在亚麻成熟期,从试验小区中随机取样 20 株,调查亚麻植株主茎顶部着生的一级分枝个数,计算平均值。5)蒴果数、每果粒数、千粒重。在亚麻成熟期,按照 亚麻种质资源描述规范和数据标准13,从试验小区中随机取样 20 株分别测定蒴果数、每果粒数、千粒重,计算平均值。6)原茎产量。亚麻收获后,将各小区的亚麻原茎晾干以后(水
15、分含量为 12%),去除杂草、泥土等杂质后,分别称重,计算小区的平均产量,然后换算成公顷产量。7)种子产量。亚麻收获后,将各小区的亚麻分别脱粒,对经过干燥和清选获得的饱满、清洁的种子进何鹏亮等:镉污染土壤对亚麻农艺性状及产量的影响25现代农业科技2023 年第 23 期农艺学行称重,计算小区平均产量,然后换算成公顷产量。1.4.2重金属镉的检测对大田成熟期植物样(亚麻根、茎、叶、种子)、土样(根际土壤)进行重金属含量测定,植物样采取硝酸-高氯酸法消解,土样采取王水-高氯酸法进行消化,火焰原子吸收光谱法测定样品镉含量。1)植物样取样与检测。取样:对亚麻成熟期地上(叶、种子)、地下部分(茎、根)进
16、行取样,每个小区随机选 20 株亚麻作为取样样本,在离地面 3 cm 处剪取地上部分,用小锄头取地下部分根器官装袋,称取鲜重并带回实验室待处理。样品处理及分析:对收获的植物样用去离子水洗净,沥干多余水分,烘箱 65 烘干,粉碎。烘干至恒重,干燥器保存待消化。植物样消化:称取植物干样 0.500 g(精确到0.001 g)于 50 mL 三角瓶中,加入混合酸(硝酸高氯酸=3 1)15 mL,盖上小漏斗,放置在通风橱中浸泡过夜(预处理),在电热板上加热消解(温度 150240)若颜色变深,再加混合酸,直至冒白烟,消化液呈无色透明状且无沉淀,揭开漏斗继续加热赶酸,赶至无色结晶体,取出稍冷,加入适量
17、1%硝酸溶解,定容至 25 mL容量瓶中,用滤纸过滤待测,同时进行试剂空白测定。2)植物根际土壤取样与检测。取样:使用内径2.5 cm 的取土器在亚麻根际周边设 4 个点分别取土层 20 cm 处根际土壤。将所取土壤样品混匀装袋做好标签,于实验室干燥处贮藏。样品处理及分析:将取回的土样去除杂质、败叶等杂物后自然风干,用粉碎机粉碎,过 100 目筛,65 烘干至恒重,干燥器保存待消化。土壤消化:王水-高氯酸法,称取土样 0.500 g(精确到 0.001 g)于 50 mL 三角瓶中,加入王水(硝酸盐酸=3 1)15 mL,盖上小漏斗,放置在通风橱中浸泡过夜,在电热板上加热消解,若颜色变深,再加
18、入 5 mL 高氯酸,直至冒白烟,揭开漏斗赶酸,赶至牛奶状沉淀,取出稍冷,加入 1%适量硝酸溶解,定容至 25 mL 容量瓶中,用滤纸过滤待测,同时进行试剂空白测定。测量重金属浓度:待定容样品沉淀后,通过测量仪器进行重金属镉浓度测定。1.5数据处理与分析数据采用 Excel 2010、DPS 9.01 等软件进行统计分析。2结果与分析2.1亚麻农艺性状及产量性状由表 1 可知,B、C、D、E 生长类型小区内亚 9 号亚表 1不同生长类型亚麻农艺性状及产量性状生长类型BCDE取样田块编号23242526272829301234567891011121314151617株高/cm73.118.56
19、 jk74.6511.90 j74.2510.01 jk71.5611.18 jk81.5011.37 i73.728.08 jk69.037.39 k74.7616.14 j81.789.72 hi81.418.75 i95.2518.75 bcde90.2819.50 efg106.337.69 a86.037.28 ghi100.267.98 abc86.138.03 ghi97.607.69 bc102.188.92 ab96.2910.66 bcd91.5117.10 defg92.846.56 cdef100.0616.49 abc93.3010.77 cde101.508.00
20、ab87.3916.40 fgh工艺长度/cm55.878.15 kl55.936.86 kl53.947.72 lm52.097.17 m59.256.06 jk60.125.72 j52.077.71 m54.407.14 lm59.527.12 jk69.526.92 fgh77.926.19 abc68.9711.66 fgh77.865.06 abc62.326.37 ij75.2115.50 bcde66.756.12 gh76.126.33 abcd81.568.53 a69.926.67 fgh72.608.25 cdef70.826.46 defg75.859.30 bcd6
21、9.276.32 fgh78.647.35 ab66.227.52 hi茎粗/mm1.850.50 hi2.380.48 fg2.430.51 efg1.760.42 i2.330.54 g1.850.44 hi2.020.39 h1.630.47 ij2.670.59 bcdef1.440.47 j2.560.64 cdefg2.740.85 bcde2.770.67 bcde2.680.61 bcdef2.900.62 bc2.330.64 g2.450.69 defg2.820.75 bcde2.850.79 bcd2.570.73 cdefg2.460.91 defg3.500.96
22、a2.660.58 bcdefg3.050.69 ab2.640.53 bcdefg单株分枝数4.101.07 defg4.001.12 defgh5.201.06 abcd3.001.12 j4.300.73 cdef3.501.00 hij3.651.04 ghi3.701.13 ghi5.451.71 abcd3.400.84 ij4.821.11 abcd4.690.97 abcde5.572.25 abcd4.651.02 bcde5.101.07 abcd4.981.68 abcd4.621.52 bcde5.151.36 abcd5.231.42 abcd4.251.30 cde
23、f4.251.46 cdef6.381.75 a5.751.61 abc6.151.53 ab5.821.30 abc26麻株高在 69.03106.33 cm 之间,工艺长度在 52.0781.56 cm 之间,茎粗在 1.443.50 mm 之间,单株分枝数 3.006.38 个,蒴果数在 5.8532.60 个之间,每果粒数在 4.837.60 粒之间,千粒重在 4.635.40 g 之间。从方差分析结果来看,不同类型田块间各项指标间存在一定差异。2.2污染土壤和亚麻重金属镉含量由表 2 可知,A、B、C、D、E 生长类型土壤镉含量呈依次降低趋势,亚麻根、茎、叶、种子的镉含量存在一定差异
24、,大多数田块以叶中镉含量最高,最高含量达13.67 mg/kg;其次是根,最高含量达 10.59 mg/kg;再次是茎,最高含量达到 8.22 mg/kg;最后是种子,最高含量仅为 6.43 mg/kg。大多数田块土壤镉含量低于根的镉含量。富集系数为植物地上部重金属含量与土壤重金属含量的比值,反映重金属在植物体内的富集情况14,富集系数越大,表明植物吸收土壤重金属的能力越强。富集系数以田块 26 最高,达 7.381;田块 1最低,为 2.119。转移系数为植物地上部重金属含量与地下部重金属含量的比值,反映植物将重金属从地下部根系向地上部茎叶的运输能力,转移系数越大,表 1(续)注:因为 A
25、生长类型地块无亚麻生长,所以无相关数据。同列不同小写字母表示处理间差异显著(P0.05)。下同。生长类型BCDE取样田块编号23242526272829301234567891011121314151617蒴果数5.854.03 ij7.804.97 ghij8.655.83 fghi16.7011.18 cdef16.7011.18 cdef14.958.65 cdefgh9.506.02 defghi16.558.48 cdef14.958.65 cdefgh5.854.03 ij10.509.12 defghi19.5015.73 bcd30.4044.08 ab17.358.99 cd
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