謝鈞宇，楊 峰，劉娟娟，梁東麗，郭 璐

(1 西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院,陜西 楊凌 712100；2 陜西楊凌示范區(qū)環(huán)保局，陜西 楊凌 712100)

近年來(lái)，由于化肥和農(nóng)藥過(guò)量施用、含重金屬污水的灌溉、污泥的農(nóng)業(yè)利用、礦區(qū)飄粉塵的沉降及合金冶煉過(guò)程產(chǎn)生大量廢物的不合理堆棄，世界范圍內(nèi)重金屬污染日趨嚴(yán)重[1]。我國(guó)大約1/5(2×107hm2)的耕地不同程度地受到Cd、As、Pb、Hg和Zn污染，每年有超過(guò)1.2×107t谷物受到重金屬污染[2]。此外我國(guó)是全球大氣污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一，大氣中汞的年均含量為70 μg/m2，沉降量為5～22 t/年[3]，所以汞的面源污染問(wèn)題不容忽視。

不同農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收能力存在差異[4]，且同一作物不同品種對(duì)重金屬的吸收也存在差異[5]。小麥?zhǔn)俏覈?guó)僅次于水稻的第二大糧食作物，也是北方地區(qū)的主食，因此小麥的品質(zhì)和安全問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注。張國(guó)平等[6]研究了甘谷534和鄂81513 2個(gè)品種小麥對(duì)Cd吸收和積累的差異，發(fā)現(xiàn)低Cd水平(<0.1 mg/kg)下甘谷534的地上部分和根系中Cd含量較高，而高Cd水平(>0.3 mg/kg)下則以鄂81513的Cd含量較高。馬建明等[7]通過(guò)大田試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，云麥29籽粒對(duì)Cd、Cu、Pb、Fe和Zn 5種重金屬的富集量均為非污染區(qū)高于以鉛鋅礦為主的重金屬污染區(qū)，說(shuō)明云麥29對(duì)重金屬的侵入具有較強(qiáng)的抵抗力。Stolt等[8]認(rèn)為，硬質(zhì)小麥籽粒中Cd的含量高于普通小麥。

現(xiàn)有的有關(guān)汞污染土壤對(duì)小麥影響的研究結(jié)果不盡相同。張丙春等[9]研究表明，Hg脅迫下，龍麥26吸收的Hg大部分積累在根部，僅極少部分轉(zhuǎn)移至葉和莖，且未發(fā)現(xiàn)汞轉(zhuǎn)移至籽粒中。但楊軍等[10]卻發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期污灌的北京涼鳳灌區(qū)小麥籽粒中Hg含量呈顯著增加趨勢(shì)。黃銀曉等[11]研究了HgS、HgO、CH3HgCl、HgCl2和C8H8O2Hg對(duì)水稻、小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響及作物對(duì)汞的吸收、積累情況，結(jié)果表明，小麥積累的汞大部分富集在根部，地上部(莖、葉)中的含汞量顯著低于水稻。

選取重金屬積累量低的小麥品種是降低重金屬在食物鏈中流通，保障人體健康的一種有效措施。但有關(guān)不同品種小麥不同部位Hg含量、分布與轉(zhuǎn)運(yùn)特性差異的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，本研究采用外源Hg污染土壤栽培試驗(yàn)，研究了Hg脅迫下全國(guó)主推的8個(gè)小麥品種對(duì)Hg吸收及分布的差異，以期為小麥的安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自西北農(nóng)林科技大學(xué)南校區(qū)試驗(yàn)田(0～20 cm)，土壤類(lèi)型為土婁土，土壤經(jīng)自然風(fēng)干、研磨后過(guò)孔徑5 mm的篩備用。土壤的基本理化性質(zhì)為：pH 7.75，陽(yáng)離子交換量(CEC)23.34 cmol/kg，黏粒含量39.50%，碳酸鈣含量55.00 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量16.33 g/kg，全氮含量1.11 g/kg，土壤全汞含量0.149 mg/kg。

供試小麥為全國(guó)主栽品種，包括徐麥30、陜麥979、小偃22、濟(jì)麥22、皖麥52、鄭麥9023、石新618和衡麥5229，其中徐麥30由江蘇省農(nóng)科院提供，陜麥979和小偃22由西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供，濟(jì)麥22和石新618由山東省農(nóng)科院提供，皖麥52由安徽省農(nóng)科院提供，鄭麥9023由河南省農(nóng)科院提供，衡麥5229由河北省農(nóng)科院提供。

供試汞為分析純級(jí)氯化汞試劑，由天津化學(xué)試劑公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究每個(gè)小麥品種設(shè)2個(gè)汞處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，其中一個(gè)為無(wú)汞處理對(duì)照(CK)，即施入土壤Hg含量為0 mg/kg；另一個(gè)是汞污染處理，按照國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中Hg含量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(1 mg/kg)的2倍設(shè)置汞污染含量，施入土壤Hg含量為2 mg/kg。具體方法是：每盆裝已經(jīng)篩好的土壤10.0 kg，將HgCl2以溶液均勻噴入土壤，使得汞含量達(dá)到2 mg/kg，而對(duì)照(CK)土壤中噴入蒸餾水，保持土壤含水量為田間持水量的70%，平衡100 d，其間用稱質(zhì)量的方法保持土壤含水量恒定。播種前，將氮(N 3.26 g/kg)、磷、鉀(KH2PO42.88 g/kg)肥以基肥方式施入土壤，將其與土壤混合均勻。2010-10-27種植，均勻播種20粒，7 d后間苗至10株，2011-05-30收獲。

小麥成熟后，將整個(gè)植株從盆缽中取出，使植株與土壤脫離，用不銹鋼剪刀將根系和地上部分分開(kāi)，稱鮮質(zhì)量后直接裝入網(wǎng)袋帶回實(shí)驗(yàn)室。樣品用自來(lái)水洗干凈后用蒸餾水沖洗3次，將小麥按照莖、葉、穗分開(kāi)裝入紙袋中，90 ℃殺青，55 ℃烘至恒質(zhì)量，稱量干質(zhì)量。人工將穗上的籽粒脫離并稱重，記作籽粒產(chǎn)量，并稱量穎殼的質(zhì)量。分別將小麥莖稈、葉片、穎殼和籽粒粉碎，測(cè)定其中的汞含量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

植株樣品用硝酸-高氯酸(V(硝酸)∶V(高氯酸)=4∶1)消煮后，采用原子熒光儀測(cè)定汞含量。為了保證樣品消煮和測(cè)定過(guò)程的準(zhǔn)確性，以空白試劑和小麥標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與試驗(yàn)樣品進(jìn)行同步消煮和測(cè)定。小麥標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)Hg含量為(0.20±0.03) mg/kg，實(shí)測(cè)值為(0.18±0.21) mg/kg。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

汞分配比例=植物各部位汞含量/整個(gè)植株汞含量×100%。

數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。采用DPS統(tǒng)計(jì)軟件和Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 汞對(duì)不同品種小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

2.1.1 小麥生物量及籽粒產(chǎn)量 生物量是籽粒產(chǎn)量的基礎(chǔ)。由表1可知，對(duì)照處理中，小麥生物量最高的品種為濟(jì)麥22，最低的品種為鄭麥9023；與此不同，汞污染處理小麥生物量最高的品種為衡麥5229，最低的品種仍為鄭麥9023。由此可見(jiàn)，不同品種小麥的生物量對(duì)汞污染的響應(yīng)程度不同。在本試驗(yàn)條件下，汞污染處理小麥(陜麥979除外)的生物量均高于對(duì)照處理，表明汞污染處理對(duì)陜麥979以外的小麥品種的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。

表1 汞對(duì)不同品種小麥生物量及籽粒產(chǎn)量的影響

從表1還可知，無(wú)論是對(duì)照還是Hg污染處理，8個(gè)小麥品種中籽粒產(chǎn)量最高的為濟(jì)麥22，最低的為鄭麥9023。汞污染處理中，除陜麥979籽粒產(chǎn)量較對(duì)照下降了0.61%外，其余小麥品種的籽粒產(chǎn)量均高于對(duì)照，其中濟(jì)麥22籽粒產(chǎn)量較對(duì)照增加的比例最高，為16.20%。

2.1.2 小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素 小麥產(chǎn)量由穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量3個(gè)要素決定。汞對(duì)8個(gè)品種小麥產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 汞對(duì)8個(gè)品種小麥產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表2可知，外源Hg對(duì)不同品種小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響程度不同。對(duì)照處理中，8個(gè)小麥品種的穗粒數(shù)無(wú)顯著差異，汞污染處理小麥品種間差異顯著。與對(duì)照相比，汞污染處理所有品種小麥的穗粒數(shù)均下降，其中以皖麥52受影響最小(穗粒數(shù)較對(duì)照下降了4.77%)，陜麥979受影響最大(穗粒數(shù)較對(duì)照下降了45.79%)。

對(duì)照處理以衡麥5229的穗數(shù)最多；與對(duì)照相比，汞污染處理所有品種小麥的穗數(shù)均呈增加趨勢(shì)，其中以陜麥979的穗數(shù)最多；2個(gè)處理中均以石新618的穗數(shù)最少。

對(duì)照處理中，8個(gè)小麥品種的千粒質(zhì)量無(wú)顯著差異；汞污染處理對(duì)千粒質(zhì)量影響最大的是濟(jì)麥22，其千粒質(zhì)量較對(duì)照下降了8.59%，徐麥30和小偃22次之，而陜麥979增加了9.21%。

2.2 汞對(duì)小麥不同部位汞含量的影響

從圖1可以看出，汞污染處理的小麥各部位Hg含量均顯著高于對(duì)照處理。汞污染處理后，小偃22莖稈中的Hg含量顯著高于除衡麥5229外的其他品種(圖1-A)，說(shuō)明其莖稈對(duì)汞的吸收能力較強(qiáng)；葉片中，皖麥52和石新618汞污染處理的汞含量顯著高于其他品種，其他品種之間差異不顯著(圖1-B)，說(shuō)明皖麥52和石新618葉片對(duì)汞的吸收能力較其他品種強(qiáng)；穎殼中，衡麥5229汞污染處理的汞含量明顯高于其他品種，但與其他品種總體差異不顯著(圖1-C)；籽粒中，除了石新618和衡麥5229外，其他品種汞污染處理的Hg含量均較高(圖1-D)。Hg污染處理8個(gè)小麥品種籽粒中的汞含量為30～60 μg/kg，平均為40 μg/kg，明顯高于對(duì)照處理(平均為10 μg/kg)。

圖1 汞對(duì)小麥各部位汞含量的影響

2.3 汞對(duì)不同品種小麥汞分布比例的影響

由圖2可以看出，與對(duì)照相比，汞污染處理小麥莖稈中汞的分布比例明顯增加，尤其是鄭麥9023和濟(jì)麥22這2個(gè)品種增加幅度較大，分別增加了41.50%和39.40%。汞污染處理小麥由于莖稈中分布了較多的汞，所以其他3個(gè)部位的汞分布比例都有所減小。汞污染處理中，石新618葉片中汞的分配比例明顯高于其他品種，說(shuō)明其葉片對(duì)汞向籽粒中的運(yùn)輸起著重要的限制作用。小偃22和石新618 2個(gè)品種籽粒中的汞分配比例較對(duì)照幾乎無(wú)差異，但徐麥30籽粒中汞的分配比例依然高達(dá)5.71%；不論汞污染與否，徐麥30籽粒中汞的分配比例都較高，說(shuō)明其較其他7個(gè)品種對(duì)汞的耐受性弱。

圖2 汞對(duì)8個(gè)小麥品種各部位汞分布比例的影響

3 討 論

盡管Hg是毒害元素，但已有研究表明，低濃度Hg2+對(duì)小麥有增產(chǎn)效益[12]。本研究發(fā)現(xiàn)，在一定含量范圍內(nèi)，汞處理8個(gè)小麥品種中，除了陜麥979對(duì)汞敏感，其籽粒產(chǎn)量和生物量均明顯下降外，其余品種小麥的生物量和籽粒產(chǎn)量較對(duì)照均有所增加。

本研究中，Hg污染條件下8個(gè)品種小麥籽粒中Hg含量均超過(guò)中國(guó)《糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(Hg≤0.02 mg/kg)，與已有的研究結(jié)果相一致。張麥生等[13]發(fā)現(xiàn)，用污水(其中汞質(zhì)量濃度為0.087 mg/L)灌溉小麥，小麥籽粒中鎳、鉛、鎘含量遠(yuǎn)小于國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)(鉻≤1.0 mg/kg，鉛≤0.4 mg/kg，鎳≤0.5 mg/kg)，而汞含量遠(yuǎn)大于國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)(汞≤0.02 mg/kg)。徐友寧等[14]也證實(shí)，潼關(guān)金礦區(qū)農(nóng)田小麥重金屬Hg、Pb、Cd累積明顯，分別超過(guò)國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的86.67%，60%和33.33%，嚴(yán)重危及糧食安全和人體健康。由此可見(jiàn)，汞是一種易于被小麥籽粒富集的重金屬。

研究表明，土壤汞是植物汞的主要來(lái)源之一，且土壤性質(zhì)的差異會(huì)明顯影響植物對(duì)汞的吸收[15]。植物對(duì)汞的吸收過(guò)程并不是簡(jiǎn)單地從土壤中吸收有效態(tài)汞的過(guò)程，而是一個(gè)較為復(fù)雜的空氣-土壤-植物-微生物相互作用過(guò)程，空氣和土壤中汞的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、土壤理化性質(zhì)、植物的生長(zhǎng)及遺傳特性、微生物的種類(lèi)及活性等均對(duì)此過(guò)程有一定影響。本研究對(duì)照處理中，徐麥30和衡麥5229 2個(gè)小麥品種籽粒的汞含量接近我國(guó)《糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，這首先是因?yàn)樾←溛樟送寥乐械墓?，其次是因?yàn)楣自谶@2個(gè)品種籽粒中積累；汞處理8個(gè)小麥品種籽粒中的汞含量均超標(biāo)。

本研究發(fā)現(xiàn)，汞污染條件下，不同品種小麥對(duì)Hg的吸收能力有很大差異，其中徐麥30對(duì)Hg的耐受性最弱，表現(xiàn)為籽粒中Hg含量最高且生物量較低，而衡麥5229的生物量最高，且籽粒中Hg含量最低，說(shuō)明衡麥5229對(duì)汞的耐受性相對(duì)較強(qiáng)。

本研究中，與對(duì)照相比，汞污染處理8個(gè)品種小麥莖稈中Hg的分布比例增大，說(shuō)明外源汞易于累積在小麥莖稈中。劉文霞等[16]研究表明，小麥莖稈和葉片中的汞濃度從苗期到收獲期不斷升高，這是因?yàn)樾←湉耐寥乐形罩亟饘俟?，并逐漸向植株上部遷移，然而從根部向莖稈、葉片、穎殼和籽粒中的遷移能力越來(lái)越弱，所以莖稈部位的汞濃度顯著增加。

4 結(jié) 論

1)Hg污染條件下，除陜麥979的生物量和籽粒產(chǎn)量分別下降了1.99%和0.61%外，其余7個(gè)供試品種的總生物量和籽粒產(chǎn)量均呈增加趨勢(shì)。

2)不同品種小麥對(duì)汞的耐受能力不同，對(duì)汞的吸收能力存在差異，小麥莖稈累積汞能力最強(qiáng)的是小偃22，葉片累積汞最多的是石新618，穎殼累積汞能力最強(qiáng)的是衡麥5229，籽粒累積汞能力最強(qiáng)的是徐麥30。

3)從不同品種小麥汞的分布來(lái)看，汞污染處理小麥莖稈中汞的分布比例與對(duì)照相比明顯增加，籽粒及葉片中汞的分布比例有所減少。

4)基于一年盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，從小麥產(chǎn)量和食品安全角度綜合考慮，小偃22是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較理想的抗汞污染品種。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 胡月紅．國(guó)內(nèi)外汞污染分布狀況研究綜述 [J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2008，34(1)：38-41．

Hu Y H．Review of mercury pollution distribution status research at home and abroad [J].Environmental Protection Science，2008，34(1)：38-41．(in Chinese)

[2] Gu J G，Zhou Q X，Wang X．Reused path of heavy metal pollution in soils and its research advance [J].Journal of Basic Science and Engineering，2003，11(2)：143-151．

[3] United Nations Environment Programme.Global mercury assessment:Source,emissins,releases and environmental transport [M].Greneva,Switerland:UNEP Chemicals Branch，2013．

[4] Shanker A K，Cervantes C，Loza-Tavera H，et al.Chromium toxicity in plants [J].Environment International，2005，31(5)：739-753．

[5] 程國(guó)棟，南忠仁．干旱區(qū)污灌農(nóng)田作物系統(tǒng)重金屬Cd、 Pb 生態(tài)行為研究 [J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，2001，20(4)：210-213．

Cheng G D，Nan Z R．Behaviors of heavy metals (Cd and Pb) in crops grown in land of arid regions irrigated by wastewater [J].Agro-environmental Protection，2001，20(4)：210-213.(in Chinese)

[6] 張國(guó)平，深見(jiàn)元弘，關(guān)本根．不同鎘水平下小麥對(duì)鎘及礦質(zhì)養(yǎng)分吸收和積累的品種間差異 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13(4)：454-458．

Zhang G P，Shen J Y H，Guan B G．Difference between two wheat cultivars in Cd and mineral nutrient uptake under different Cd levels [J].Chinese Journal of Applied Ecology，2002，13(4)：454-458．(in Chinese)

[7] 馬建明，王煥校，何玉芹．鉛污染對(duì)小麥生態(tài)型的影響 [J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1998，18(4)：438-441．

Ma J M，Wang H X，He Y Q．Effects of heavy metal contamination on ecotype differentiation of wheat (TriticumAestivumL.) [J].Acta Scientiae Circumstantiae，1998，18(4)：438-441．(in Chinese)

[8] Stolt J P，Sneller F E C，Bryngelsson T，et al.Phytochelatin and cadmium accumulation in wheat [J].Environmental and Experimental Botany，2003，49(1)：21-28．

[9] 張丙春，任鳳山，孟立紅，等．汞在春小麥植株中的富集及轉(zhuǎn)移規(guī)律研究 [J].麥類(lèi)作物學(xué)報(bào)，2012，31(5):965-968．

Zhang B C，Ren F S，Meng L H，et al.Study on enrichment and transfer of mercury in spring wheat under mercury stress [J].Journal of Triticeae Crops，2012，31(5)：965-968．(in Chinese)

[10] 楊 軍，陳同斌，鄭袁明，等．北京市涼鳳灌區(qū)小麥重金屬含量的動(dòng)態(tài)變化及健康風(fēng)險(xiǎn)分析 [J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005， 25(12)：1661-1668．

Yang J，Chen T B，Zheng Y M，et al.Dynamic of heavy metals in wheat grains collected from the Liangfeng irrigated area Beijing and a discussion of availability and human health risks [J].Acta Scientiae Circumstantiae，2005，25(12)：1661-1668．(in Chinese)

[11] 黃銀曉，林舜華，韓榮莊，等．不同汞化合物對(duì)水稻、小麥的影響及作物對(duì)汞的吸收積累 [J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1985，5(4)：315-323．

Huang Y X，Lin S H，Han R Z，et al. The effect of different mercury compounds on rice and wheat and their accumulation in crops [J].Acta Ecologica Sinica，1985，5(4)：315-323．(in Chinese)

[12] 高大翔，劉惠芬，劉卉生，等．汞脅迫對(duì)小麥種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及生理生化特性的影響 [J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24(增刊):13-16．

Gao D X，Liu H F，Liu H S，et al.Effects of Hg on seed germination,seedling development and physiological and biochemical characteristics of wheat [J].Journal of Agro-Environment Science，2005，24(Suppl)：13-16．(in Chinese)

[13] 張麥生，蔣愛(ài)鳳，胡喜巧，等．不同水源灌溉冬小麥盆栽試驗(yàn) [J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(4)：35-37．

Zhang M S，Jiang A F，Hu X Q，et al.Study on pot cultured winter wheat irrigated by different source [J].Guizhou Agricultural Sciences，2009，37(4)：35-37．(in Chinese)

[14] 徐友寧，張江華，劉瑞平，等．金礦區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染的環(huán)境效益分析 [J].中國(guó)地質(zhì)，2007，34(4)：716-722．

Xu Y N，Zhang J H，Liu R P，et al.Environmental effects of heavy metal pollution of farmland soils in gold mining areas [J].Geology in China，2007，34(4)：716-722．(in Chinese)

[15] Hattori H，Kuniyasu K，Chiba K，et al.Effect of chloride application and low soil pH on cadmium uptake from soil by plants [J].Soil Science and Plant Nutrition，2006，52(1)：89-94．

[16] 劉文霞，李 博，吳明作，等．燃煤煙氣對(duì)土壤-小麥系統(tǒng)中汞累積及分布的影響 [J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2012,31(1)：30-35．

Liu W X，Li B，Wu M Z，et al.The influence of coal-fired flue gas on accumulation and distribution of mercury in soil-wheat system [J].Journal of Agro-Environment Science，2012，31(1)：30-35．(in Chinese)