盆栽和池栽对普通白菜镉累积差异性研究

弭宝彬 汪端华 刘 峰 梁成亮 周火强 谢玲玲 戴雄泽

（湖南省农业科学院蔬菜研究所，湖南长沙 410125）

镉（Cd）是分布广泛、危害性极大的重金属污染物，具有极强的可移动性，可通过生物富集作用进入人体，威胁人类的身体健康（Mohan et al.，2007；Kula et al.，2010），引发严重的环境问题和社会问题。蔬菜是人类重金属富集的主要来源（Zaidi et al.，2005），白菜类蔬菜在国民消费中比重较大，因此研究白菜类蔬菜对重金属Cd的累积特性具有重要意义。

已有研究表明，蔬菜中重金属累积呈现较为明显的基因型差异，筛选重金属低累积品种已成为降低蔬菜重金属含量最直接、有效的途径（Wang et al.，2009； 代 成 成，2010；Liu et al.，2010；Li et al.，2012；Liu et al.，2013；Xin et al.，2014；He et al.，2015；Tang et al.，2016；刘峰 等，2017）。蔬菜中重金属的累积量在一定程度上受土壤基本理化性质包括有机质含量、pH、土壤含水量、粘粒、CEC、Eh等的影响（Helmisaari et al.，2007；王坤等，2014；Leszczynska & Kwiatkowska-Malina，2015），其中以pH、有机质含量影响较大（Adamu et al.，1989；杨洁 等，2017；Yang et al.，2018）。土壤中重金属Cd的存在形态也是影响作物Cd累积量的主要因素之一（何玉亭 等，2018；罗惠莉等，2018）。但是，由于栽培方式的不同，即使在同种蔬菜、相同种植管理模式下，蔬菜中重金属累积量也可能出现较大的差异（徐丽红 等，2007）。目前有关重金属污染土壤中蔬菜重金属累积规律研究主要采用实地调查法及盆栽试验法。盆栽试验法较实地调查法更节约时间和成本，且重金属累积规律性更为明显，是蔬菜安全性生产研究中广泛采用的一种试验方法。本试验以普通白菜为研究对象，对盆栽和池栽两种栽培方式下不同基因型普通白菜中重金属Cd的累积特性进行比较分析，考察不同栽培方式对Cd累积的影响，以期为普通白菜重金属Cd累积规律研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试的10个普通白菜品种分别为536小白菜、黄金快菜、上海青、京研奶白菜、精品湘潭矮脚白、兔子腿矮脚白、矮抗佳雪、早熟5号、奶白1号、德高跃华，种子均购自湖南省长沙市马王堆种子市场。

1.2 试验方法

采用人工添加CdCl2溶液进行Cd污染普通白菜盆栽和池栽试验，所用土壤取自湖南省农业科学院蔬菜研究所高桥试验基地耕种层，土壤基本理化性质为：有机质含量 20.10 g·kg-1，全氮 1.07 g·kg-1，全磷0.98 g·kg-1， 全钾18.70 g·kg-1，碱解氮95.70 mg·kg-1，有效磷66.30 mg·kg-1，速效钾 139.70 mg·kg-1，Cd 0.01 mg·kg-1，pH 值 4.76。

首先将供试土壤自然晒干、粉碎后过1 cm×1 cm筛，除去石砾、植物残体等杂物，按照10 kg土壤配复混肥（N-P-K为15-15-15）5 g的比例充分混匀，然后根据风干土壤用量人工添加CdCl2溶液（母液浓度为100 mg·L-1），模拟不同Cd污染程度，使处理后土壤中Cd浓度分别在轻度（0.3～0.6 mg·kg-1）、中度（0.7～1.5 mg·kg-1）、重度（＞ 1.5 mg·kg-1）3个浓度梯度内。其中盆栽试验采用非金属工具将土壤装入内盆后，分别置于不同的平衡池中，完全灌水平衡3个月，平衡过程中加盖防水油布；平衡后采用五点取样法分别取1 kg土壤，参照GB/T 17141—1997标准，用硝酸、氢氟酸、高氯酸充分消解后，采用石墨炉原子吸收分光光度法测定土壤中Cd的实际浓度分别为0.42、1.08、3.69 mg·kg-1。同样，栽培池土壤覆水平衡3个月后用于池栽试验，测得Cd实际浓度分别为0.56、1.08、2.33 mg·kg-1。

试验于2017年9～12月在湖南省农业科学院蔬菜研究所高桥试验基地重金属低镉蔬菜品种筛选连栋温室中进行。普通白菜各品种均于9月18日进行育苗，育苗床土充分浇水，土壤湿度以最大持水量的65%～80%、空气湿度以80%～90%为宜，播种后室内温度白天保持在20～25 ℃，夜间不低于10 ℃。幼苗2～3片真叶时移栽，盆栽试验采用圆形塑料套盆，下底直径35 cm，高40 cm，上底直径40 cm，底部留有排水孔，内盆和外盆间套塑料袋，防止浇水使Cd溶淋至外界环境中，每个品种每个浓度处理10盆，每盆3株，土壤装盆质量一致，土层深度30 cm；池栽试验中栽培池长28 m、宽1 m、高0.4 m，水泥沟渠两边各有约10 cm的突出，土层深度控制在30 cm，每个品种每个浓度处理种植30株。盆栽试验和池栽试验均采用随机区组排列，3次重复；浇水采用膜下滴灌，其他栽培管理措施同常规。

普通白菜达到采收标准（叶簇由旺盛生长转向闭合生长，心叶伸长到与外叶齐平）时进行取样，其中池栽试验取样时间为12月8日，盆栽试验为12月22日。每处理随机选取生长一致的植株5株，用木铲小心将植株整株挖出，自来水冲洗根部，用吸水纸吸取多余水分后进行地上部和地下部分离，将可食部位用组织研磨机打成匀浆，称取0.3～0.5 g，经酸消解后参照GB/T 5009.15—2014测定Cd含量。

1.3 数据处理

采用Excel 2016软件进行试验数据初步处理，采用DPS 9.50数据处理软件进行方差分析，采用Origin 8.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同基因型对普通白菜Cd累积量的影响

图1 盆栽试验中不同土壤Cd浓度对普通白菜Cd含量的影响

由图1和图2可见，参试10个普通白菜品种的可食部分Cd含量均随着土壤Cd浓度的增加而增加。盆栽试验中，在Cd中度（1.08 mg·kg-1）、轻度（0.42 mg·kg-1）污染的土壤中收获的普通白菜可食部分的Cd含量均未超标（GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》中规定Cd＜200 μg·kg-1），但在 Cd 重度（3.69 mg·kg-1）污染的土壤中收获的普通白菜均检出Cd超标；且普通白菜中Cd累积量呈现明显的基因型差异。综合比较，黄金快菜在中度、轻度Cd污染土壤盆栽种植安全性较好，具有较强的耐Cd能力；随着土壤Cd浓度增加，普通白菜不同品种间的Cd累积量差异明显，在Cd浓度为3.69 mg·kg-1时，精品湘潭矮脚白的Cd累积量最大，为535.40 μg·kg-1，上海青最少，为 251.90 μg·kg-1，相差 2 倍多。

池栽试验中，10个普通白菜品种在本试验土壤Cd浓度下全部符合国家食品安全标准（Cd＜200 μg·kg-1），均未出现超标情况。但在同等Cd污染条件下，普通白菜不同品种间Cd累积量仍存在较大差异，其中兔子腿矮脚白在中度、重度Cd污染水平下的Cd累积量较高，而536小白菜表现为Cd相对低累积。在中度Cd污染水平（土壤Cd浓度为1.08 mg·kg-1）下，盆栽10个普通白菜品种的Cd 累积量均值为 115.08 μg·kg-1，而池栽为 64.57 μg·kg-1，差异明显（图2）。

图2 池栽试验中不同土壤Cd浓度对普通白菜Cd含量的影响

2.2 不同栽培方式对普通白菜Cd累积量的影响

将盆栽试验和池栽试验中10个普通白菜品种植株Cd含量与土壤Cd浓度分别进行整合并线性拟合，结果如图3所示。参试的10个普通白菜品种Cd累积量与土壤Cd浓度均呈现较好的线性关系，池栽试验中普通白菜Cd含量随土壤Cd浓度的变化幅度总体上小于盆栽试验（除上海青外），表明池栽可有效降低普通白菜的Cd累积量，降低种植风险。其中以536小白菜表现最为明显，当池栽土壤 Cd 浓度由 0.56 mg·kg-1增加至 2.33 mg·kg-1时，536小白菜植株Cd累积量仅增加22 μg·kg-1。重金属富集系数可反映植物对重金属富集程度的高低或富集能力的强弱，536小白菜的富集系数F（作物Cd含量/土壤Cd浓度）在盆栽试验中分别为0.10、0.10和0.12，在池栽试验中则为0.08、0.06和0.03，盆栽的Cd富集系数明显高于池栽。

3 结论与讨论

温室盆栽或池栽是研究作物重金属累积规律中常用的试验方法（侯艳伟 等，2014），但不同的栽培方式会影响作物的生理生化特性（李林鲜 等，2016），可能导致作物重金属安全性评价出现较大的差异。本试验结果表明，盆栽和池栽试验中普通白菜Cd累积量均随着土壤Cd浓度的增加而增加，但不同栽培方式下普通白菜Cd的累积量存在较大差异，因此可采用适宜的栽培方式降低重金属Cd污染地区普通白菜的生产安全风险。参试的10个普通白菜品种中，除上海青外，其余9个品种随着土壤Cd浓度的增加，盆栽普通白菜中Cd累积量增加幅度明显高于池栽，其中以536小白菜增加最为明显，相较于盆栽方式，池栽的富集系数明显降低。盆栽普通白菜中Cd累积量总体上高于池栽，在土壤Cd浓度为1.08 mg·kg-1时，盆栽普通白菜Cd累积量均值为115.08 μg·kg-1，而池栽仅为64.57 μg·kg-1，差异明显，表明池栽方式可在一定程度上降低普通白菜Cd的累积量，该缓解作用可能归因于池栽方式下普通白菜根部土壤容量大，根系生长较快，致使池栽普通白菜的收获期明显早于盆栽，使得土壤中Cd与普通白菜根系接触时间减少，从而达到Cd累积量降低的效果。

本试验中，同等Cd污染条件下，普通白菜不同品种间Cd累积量存在较大差异，表明普通白菜中Cd累积量与基因型有关。已有研究表明，作物对Cd的累积量主要与其根系的吸收及根茎转移能力相关，当品种间根系的Cd亲合力和（或）根系向地上部的运输能力存在较明显差异时，即使在同一种植土壤及相同管理模式下，也会使Cd累积量表现出明显的基因型差异，且土壤中Cd浓度越高，此差异性越明显（Arao et al.，2003）。有学者研究不同基因型作物对Cd吸收的差异性原因，发现其可能与生物学产量不一致、根系分泌物及根系pH值变化以及不同基因型在抗氧化性方面存在差异有关（顾丹丹 等，2014；辛绢，2017）。另外，由于Cd2+只能通过竞争H+、Fe2+、Zn2+、Ca2+等离子的转运蛋白进入植物细胞，同时Cd在植物体内的运输和植物本身的蒸腾作用存在显著相关性，锌铁调控蛋白ZIP家族（如锌转运蛋白ZNT、铁离子调节转运蛋白IRT）在Cd转运过程中起着非常重要的作用。如不同番茄品种对Cd的累积差异性主要是由Nramp2、Nramp3和ZIP基因表达差异导致的，同时在抗氧化活性方面也存在较为显著的差异（赵首萍 等，2010）。由此可见，通过筛选低Cd积累品种对于Cd污染地区的作物安全生产具有重要意义。