井永蘋，聶巖，李彥*，康馨，黃現(xiàn)民，趙瑞君，仲子文

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，濟(jì)南 250100；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250100；3.山東省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)村能源總站，濟(jì)南 250100；4.招遠(yuǎn)市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 招遠(yuǎn) 265400；5.銀川市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，銀川 750002）

隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，污染物大量排放和不當(dāng)處置導(dǎo)致我國農(nóng)田土壤重金屬Cd 累積和農(nóng)產(chǎn)品Cd 超標(biāo)等環(huán)境問題日益突出，特別是酸性土壤中Cd 的生物有效性更高，已經(jīng)引起社會各界的廣泛關(guān)注[1]。重金屬主要通過土壤、大氣沉降和灌溉等幾種途徑進(jìn)入植物體，并在植物體內(nèi)積累、遷移轉(zhuǎn)化，最終通過食物鏈進(jìn)入人體，給人體健康帶來嚴(yán)重威脅[2-6]。如何實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)一直是環(huán)境安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大問題[7]。

目前，解決農(nóng)產(chǎn)品中Cd 超標(biāo)問題主要有3 種方法[8-9]：一是通過降低土壤中Cd的生物有效性，減少作物對Cd的吸收；二是通過噴施特殊元素阻隔作物對Cd的吸收；三是從作物本身出發(fā)，篩選Cd 低累積品種。大量研究表明，種植Cd 低累積作物品種能有效降低農(nóng)產(chǎn)品Cd 富集量，進(jìn)而有效降低人體對重金屬Cd 的攝入風(fēng)險(xiǎn)，是安全利用Cd 污染耕地的重要措施。作物對重金屬的吸收累積不僅存在顯著的種間差異，而且還存在種內(nèi)差異[10-11]。研究表明，小麥和水稻比玉米更容易吸收累積重金屬[12-14]，尤其是對Cd極易吸收富集。小麥?zhǔn)俏覈诙蠹Z食作物，種植范圍廣，常見于我國西南、西北、長江中下游和黃淮海等區(qū)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，Cd 污染小麥及其衍生品占人體每日Cd 攝入量的43%[15]。篩選Cd 低累積小麥品種是實(shí)現(xiàn)中輕度Cd 污染農(nóng)田小麥安全生產(chǎn)切實(shí)可行的辦法。目前已經(jīng)出現(xiàn)了較多關(guān)于Cd 低累積小麥品種的篩選研究，但是小麥籽粒Cd 累積除了受自身遺傳特性影響外，還會受周邊栽培環(huán)境的影響[16]，不同小麥品種對區(qū)域環(huán)境的適應(yīng)性存在較大差異。因此，針對特定Cd 污染區(qū)域進(jìn)行Cd低累積小麥品種篩選非常必要。

本文以山東偏酸性棕壤區(qū)廣泛種植的20 個(gè)小麥品種作為試驗(yàn)材料，在棕壤Cd 含量超過污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值的條件下，通過大田試驗(yàn)，研究小麥不同品種及不同生育期對Cd 的吸收累積差異，根據(jù)小麥籽粒Cd 富集量進(jìn)行聚類分析，并進(jìn)行單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和靶標(biāo)危害系數(shù)評估，將20 個(gè)品種小麥進(jìn)行分類，篩選出適宜于當(dāng)?shù)卦耘嗟腃d 低累積小麥品種，為農(nóng)作物的低累積品種篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤概況

試驗(yàn)開展于2020—2021年，試驗(yàn)地點(diǎn)位于山東省偏酸性棕壤區(qū)某地，該地屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬冷夏熱，春秋適宜，日照充足，年均日照時(shí)數(shù)2 503.2 h，年平均氣溫11.5 ℃，年平均降水量607.3 mm，年均蒸發(fā)量1 664.8 mm。由于以前的技術(shù)條件所限，大多數(shù)工礦企業(yè)生產(chǎn)工藝及裝備水平較差，污染防治設(shè)施簡陋，工礦企業(yè)排放的“三廢”沒得到有效處理，長期暴露造成部分區(qū)域土壤Cd超標(biāo)。試驗(yàn)地土壤為棕壤，機(jī)械組成分類為砂質(zhì)壤土，土壤全Cd含量為0.293~0.553 mg·kg-1，平均值為0.376 mg·kg-1，中位數(shù)為0.338 mg·kg-1，標(biāo)準(zhǔn)偏差（STDEV）為0.076，Cd含量離散程度較小，變化幅度相對較小，土壤pH為5.6，有機(jī)質(zhì)含量為22.47 g·kg-1，全氮、全磷、全鉀含量分別為1.28、0.69、15.10 g·kg-1，堿解氮、速效鉀和有效磷含量分別為160.28、387.56、83.23 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，大田共分為3 個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組再均分為20 個(gè)小區(qū)，小區(qū)規(guī)格為3.3 m×50 m，用壟溝隔開。每個(gè)區(qū)組內(nèi)隨機(jī)種植20 個(gè)小麥品種（表1）。按當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣進(jìn)行田間管理。

表1 供試小麥品種Table 1 Tested wheat varieties

1.3 土壤和小麥樣品采集

分別在小麥苗期和成熟期采集小麥樣品和對應(yīng)點(diǎn)位的土壤樣品。在每個(gè)小區(qū)避開小區(qū)邊際，按五點(diǎn)取樣法采樣。將每個(gè)小區(qū)內(nèi)5 個(gè)樣點(diǎn)的樣品組成1個(gè)混合樣。取0~20 cm 耕層土壤，除去土樣中的石子等異物，自然風(fēng)干，過2 mm 尼龍篩，瑪瑙研缽研磨過100 目尼龍篩，分別用作土壤物理、化學(xué)等指標(biāo)分析。小麥苗收獲后用自來水及去離子水沖洗干凈，105 ℃殺青，再70 ℃烘至恒質(zhì)量；小麥根、秸稈、籽粒經(jīng)人工分離后分別用自來水及去離子水洗凈，置于烘箱內(nèi)，70 ℃烘至恒質(zhì)量，各干樣用不銹鋼粉碎機(jī)粉碎后過20目篩，以備測定Cd含量。

1.4 土壤和植株樣品分析

1.4.1 土壤養(yǎng)分及pH測定

參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[17]進(jìn)行各指標(biāo)的測定：土壤pH 采用電位法，有機(jī)質(zhì)采用丘林法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法（Olsen法），速效鉀采用乙酸銨提取-火焰光度法，全氮采用半微量凱氏定氮法，全磷采用釩鉬黃比色法，全鉀采用火焰光度法。

1.4.2 全量Cd測定

土壤Cd 全量分析采用HNO3-HClO4-HF 消解法[18]，準(zhǔn)確稱取0.100 0 g 土樣于50 mL 聚四氟乙烯坩堝中，用純水濕潤后，移至通風(fēng)櫥內(nèi)，加入5 mL 優(yōu)級純HCl 開蓋加熱（200 ℃）蒸發(fā)至2 mL，取下稍冷，然后加入5 mL 優(yōu)級純HNO3、4 mL 優(yōu)級純HF、2 mL 優(yōu)級純HClO4，加蓋加熱（220 ℃）1 h 左右，開蓋繼續(xù)加熱除硅，期間經(jīng)常搖動(dòng)坩堝，當(dāng)加熱至冒濃厚HClO4白煙時(shí)，加蓋加熱至樣品清亮，開蓋蒸至內(nèi)容物黏稠狀。若消解不完全，可再加入2 mL 優(yōu)級純HNO3、2 mL 優(yōu)級純HF、1 mL 優(yōu)級純HClO4重復(fù)上述消解過程，加熱至內(nèi)容物黏稠狀。樣品取下稍冷，用純水沖洗坩堝蓋及內(nèi)壁，然后加入1 mL（HNO3∶純凈水=1∶5）HNO3溶液溫?zé)崛芙鈿堅(jiān)?，將溶液用純水轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶定容，搖勻后過濾。

小麥Cd 全量分析采用王水消解法[19]。準(zhǔn)確稱取0.200 0 g 樣品至50 mL 燒杯，加入優(yōu)級純HNO3和優(yōu)級純HCl（1∶3比例）配制成的王水12 mL，放入通風(fēng)櫥過夜，置于電熱板上加熱至250 ℃，待燒杯中溶液清亮狀態(tài)，取下稍冷，將溶液轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶并用純水定容，搖勻后過濾待測。

土壤和小麥全量Cd均采用原子吸收分光光度計(jì)測定。土壤和植物樣品均設(shè)置3 份空白，并添加國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（植物：GBW-07603；土壤：GBW-07404）控制分析質(zhì)量，保證分析誤差控制在10%以內(nèi)。

1.4.3 小麥產(chǎn)量和千粒質(zhì)量

在每個(gè)小區(qū)內(nèi)選取3 個(gè)1 m2小麥樣方，進(jìn)行收割脫粒，稱質(zhì)量后求平均值，計(jì)算小麥產(chǎn)量。每個(gè)處理隨機(jī)選出3 組1 000 粒種子，稱質(zhì)量后求平均值，得到千粒質(zhì)量。

1.5 小麥Cd富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

富集系數(shù)（BCF）可反映小麥對Cd 的攝取能力；植物對重金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）為植物體內(nèi)某部位的重金屬含量與另一部位中同種重金屬含量的比值，可用于表征某種元素在植物不同部位之間的轉(zhuǎn)運(yùn)能力[20]。公式如下：

1.6 污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對小麥籽粒中重金屬污染狀況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。

（1）單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：Pi為重金屬i的污染指數(shù)；Ci為重金屬i的實(shí)測含量，mg·kg-1；Si為重金屬i的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，mg·kg-1。本研究采用《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中的限量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，Cd 為0.1 mg·kg-1。單因子污染指數(shù)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)：Pi≤1 無污染，Pi>1 為污染。

（2）內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：P綜為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Pmax為小麥籽粒中重金屬最大單因子污染指數(shù)；Pave為小麥籽粒中重金屬單因子污染指數(shù)平均值。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)污染等級劃分標(biāo)準(zhǔn)：P綜≤0.7 清潔安全，0.7~1.0 尚安全（警戒線），P綜>1.0污染。

（3）小麥籽粒健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

靶標(biāo)危害系數(shù)（THQ）計(jì)算公式如下：

式中：EDI為重金屬膳食暴露量；THQ為靶標(biāo)危害系數(shù)，是一種用于人體通過食物攝取重金屬風(fēng)險(xiǎn)的評估方法，當(dāng)THQ≤1.0 時(shí)，認(rèn)為人體負(fù)荷的重金屬對人體健康造成的影響不明顯；C為小麥籽粒中重金屬含量，μg·kg-1；FIR為每人每日谷物攝入量，g·人-1·d-1；EF為暴露頻率，取365 d·a-1；ED為暴露年限，取77.3 a（中國人口平均壽命）；Bw為成人的平均身體質(zhì)量，取64.3 kg·人-1；AT為生命期望值，取77.3 a；365 為轉(zhuǎn)化系數(shù)；RfD為消化食物的比率，μg·kg-1·d-1。研究指出，成年人平均每天的谷類食物食用量為150 g·人-1·d-1；根據(jù)美國整合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)，Cd的RfD為1.0μg·kg-1·d-1。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)先使用WPS Office 進(jìn)行整理，再用SPSS 22和Origin 2018軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及圖表的繪制，使用單因素方差分析比較各處理間與對照組的差異性。采用系統(tǒng)聚類對不同品種進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種小麥產(chǎn)量指標(biāo)

供試的20 個(gè)小麥品種間產(chǎn)量（表2）有顯著差異（P<0.05）。產(chǎn)量范圍為5604.2~10 593.0 kg·hm-2，其中煙農(nóng)215的產(chǎn)量最高為10 593.0 kg·hm-2。本研究中煙農(nóng)系列小麥品種的產(chǎn)量均居前列，產(chǎn)量高于9 500 kg·hm-2；濟(jì)麥44、濟(jì)麥106、濟(jì)麥0435和濟(jì)麥55等產(chǎn)量高于8 900 kg·hm-2，處于中等水平；而中麥578和泰科33的產(chǎn)量水平較低，分別為6 169.5 kg·hm-2和5 604.2 kg·hm-2。穗數(shù)范圍為438.0萬~691.5萬株·hm-2，其中濟(jì)麥23 的穗數(shù)最高。穗粒數(shù)范圍為31.8~47.8 粒，濟(jì)麥5022 的穗粒數(shù)最高。千粒質(zhì)量最高的品種為37.0~49.4 g，中麥578 和煙農(nóng)215 的千粒質(zhì)量最高。不同品種小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量存在顯著性差異的原因可能是不同小麥品種之間存在遺傳差異，以及受當(dāng)?shù)貧夂?、土壤環(huán)境等因素的影響。

表2 小麥產(chǎn)量指標(biāo)數(shù)據(jù)Table 2 The data of wheat yield index

2.2 不同品種小麥籽粒Cd含量

20 個(gè)供試小麥品種籽粒Cd 含量（圖1）的差異顯著（P<0.05）。小麥籽粒Cd含量最高的是3號小麥（中麥578），Cd含量為0.116 mg·kg-1，籽粒Cd含量最低的品種是12 號小麥（濟(jì)麥55）和13 號小麥（濟(jì)糯116），籽粒Cd 含量均為0.013 mg·kg-1，最高值是最低值的8.923 倍，20 個(gè)品種籽粒的平均值為0.042 mg·kg-1。8號（煙農(nóng)745）、20 號（濟(jì)麥38）和11 號（濟(jì)麥0435）小麥籽粒Cd 含量也相對較低。只有3 號小麥（中麥578）籽粒Cd含量超出了《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中規(guī)定的小麥Cd的限量標(biāo)準(zhǔn)值（0.1 mg·kg-1），其余品種均不超標(biāo)。

圖1 供試20個(gè)小麥品種的籽粒Cd含量Figure 1 Grain Cd content of 20 wheat varieties in field experiment

2.3 不同品種小麥苗期地上部Cd含量和富集系數(shù)

表3為20個(gè)小麥品種苗期地上部的Cd含量和富集系數(shù)。由表3 可知，20 個(gè)小麥品種苗期地上部Cd含量差異較大，介于0.039~0.297 mg·kg-1之間，平均值為0.126 mg·kg-1。其中13 號小麥（濟(jì)糯116）苗期地上部的Cd 含量最低，12 號小麥（濟(jì)麥55）、15 號小麥（煙農(nóng)1212）Cd 含量也相對較低，14 號小麥（煙農(nóng)215）苗期地上部的Cd含量最高。20個(gè)小麥品種苗期地上部的富集系數(shù)間存在顯著差異，介于0.119~0.774 之間，富集系數(shù)最小的是13 號小麥（濟(jì)糯116），最大的是14 號小麥（煙農(nóng)215）。不同品種小麥苗對Cd 的吸收富集存在顯著差異的原因可能是不同小麥品種之間的遺傳差異。

表3 小麥苗期地上部Cd含量和富集系數(shù)Table 3 Cd content in aboveground part of wheat at seedling stage

2.4 不同品種小麥籽粒富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

由表4可知，20個(gè)小麥品種籽粒富集系數(shù)范圍為0.038~0.355，不同品種間的富集系數(shù)差異顯著，富集系數(shù)最小的小麥品種是13 號（濟(jì)糯116），其次是12號（濟(jì)麥55）、8 號（煙農(nóng)745）、11 號（濟(jì)麥0435）、18 號（濟(jì)麥5022），富集系數(shù)最高的是3號（中麥578）。

表4 不同品種小麥Cd籽粒生物富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Table 4 Bioaccumulation coefficient and transport coefficient of Cd in different wheat varieties

小麥籽粒Cd含量變化特征與小麥不同部位Cd的轉(zhuǎn)移能力有關(guān)。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)越小，表明Cd越難以到達(dá)籽粒。對20 個(gè)小麥品種Cd 轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)（表4），TF根系-秸稈為0.320（濟(jì)糯116）~0.642（濟(jì)麥70），最大值是最小值的2.01倍；TF秸稈-籽粒為0.093（濟(jì)麥38）~0.496（中麥578），最大值比最小值高4.36倍。12號小麥（濟(jì)麥55）和20 號小麥（濟(jì)麥38）的TF秸稈-籽粒最低，其次是11 號小麥（濟(jì)麥0435）；TF根系-秸稈最小的品種為13 號（濟(jì)糯116）、8號（煙農(nóng)745）、9號（煙農(nóng)572）、12 號（濟(jì)麥55）、15號（煙農(nóng)1212）。

12 號（濟(jì)麥55）和13 號小麥（濟(jì)糯116）相較于其余18 個(gè)品種在小麥苗期和成熟期均表現(xiàn)出低Cd 累積特性。14 號小麥（煙農(nóng)215）在苗期表現(xiàn)出了較強(qiáng)的富集Cd 的能力，地上部Cd 含量和富集系數(shù)均高于其余品種，而籽粒中富集Cd的能力有所下降。3號小麥（中麥578）在小麥苗期并未表現(xiàn)出較高的Cd 累積特性，但是成熟期卻表現(xiàn)出了較高的Cd累積特性。

2.5 Cd低累積小麥品種聚類分析

根據(jù)小麥籽粒Cd 含量進(jìn)行聚類分析，將20 個(gè)供試小麥品種分為5 組（圖2），分別為低Cd 累積品種、較低Cd 累積品種、中等Cd 累積品種、較高Cd 累積品種、高Cd 累積品種。組Ⅰ為低Cd 累積小麥品種（3個(gè)），包括8 號（煙農(nóng)745）、12 號（濟(jì)麥55）、13 號（濟(jì)糯116）小麥，平均Cd 含量為0.015 mg·kg-1，占所研究小麥品種的15%。組Ⅱ?yàn)檩^低Cd累積小麥品種（9個(gè)），包括7號（泰科33）、9號（煙農(nóng)572）、10號（濟(jì)麥106）、11 號（濟(jì)麥0435）、15 號（煙農(nóng)1212）、16 號（煙農(nóng)999）、17 號（濟(jì)麥70）、18 號（濟(jì)麥5022）、20 號（濟(jì)麥38）小麥，平均Cd 含量為0.031 mg·kg-1，占所研究小麥品種的45%。組Ⅲ為中等Cd累積小麥品種（6個(gè)），包括2 號（濟(jì)麥44）、4 號（山農(nóng)38）、5 號（中麥415）、6號（登海206）、14 號（煙農(nóng)215）、19 號（濟(jì)麥5172）小麥，平均Cd 含量為0.054 mg·kg-1，占所研究小麥品種的30%。組Ⅳ為較高Cd 累積小麥品種（1 個(gè)），為1 號小麥（濟(jì)麥23），Cd 含量為0.079 mg·kg-1，占所研究小麥的5%。組Ⅴ的3 號（中麥578）小麥Cd 含量為0.116 mg·kg-1，超過國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2017）規(guī)定的0.1 mg kg-1限量值。占所研究小麥的5%。通過聚類分析初步篩選出8號小麥（煙農(nóng)745）、12號小麥（濟(jì)麥55）和13號小麥（濟(jì)糯116）為低Cd累積小麥品種。

圖2 小麥籽粒Cd含量聚類分析Figure 2 Cluster analysis of cadmium content in wheat grains

2.6 不同小麥品種安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

使用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對小麥籽粒重金屬污染狀況進(jìn)行評價(jià)（圖3），結(jié)果發(fā)現(xiàn)3號小麥（中麥578）單因子污染指數(shù)大于1，為污染狀態(tài)，其他品種的小麥籽粒Cd 單因子污染指數(shù)均小于1，可見除3 號以外其他小麥籽粒中Cd 污染水平均為清潔狀態(tài)，這與根據(jù)GB 2762—2017 國家限量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判定的結(jié)果一致。12 號（濟(jì)麥55）和13 號（濟(jì)糯116）小麥品種籽粒單因子污染指數(shù)最低，風(fēng)險(xiǎn)最小。對所有品種小麥進(jìn)行內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算的結(jié)果為0.822，屬于尚安全狀態(tài)。

圖3 不同品種冬小麥單因子污染指數(shù)Figure 3 Single factor pollution index of different winter wheat varieties

不同品種小麥靶標(biāo)危害系數(shù)如圖4 所示，所有品種小麥的靶標(biāo)危害系數(shù)均小于1。3 號（中麥578）的靶標(biāo)危害系數(shù)最大，為0.30，12 號（濟(jì)麥55）和13 號（濟(jì)糯116）的靶標(biāo)危害系數(shù)最小，均為0.03。

圖4 不同品種冬小麥靶標(biāo)危害系數(shù)Figure 4 Target damage coefficient of different winter wheat varieties

3 討論

3.1 富集能力和轉(zhuǎn)運(yùn)能力對小麥籽粒Cd含量的影響

研究表明，小麥籽粒Cd 累積在一定程度上受基因控制[23]，與根系、莖葉不同細(xì)胞器對Cd 的固定儲存能力、耐Cd 特性、調(diào)控基因等密切相關(guān)[23-26]。夏亦濤[24]研究發(fā)現(xiàn)，不同基因型小麥的Cd 吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和累積存在差異，小麥籽粒Cd 含量與苗期地下部至地上部的Cd 遷移系數(shù)呈顯著正相關(guān)。Gray 等[25]研究認(rèn)為篩選低累積作物品種的標(biāo)準(zhǔn)必須滿足該品種對重金屬富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均小于1 的條件。本研究發(fā)現(xiàn)，不同小麥品種對Cd的吸收累積量存在顯著差異，富集系數(shù)最小的小麥品種為濟(jì)糯116、其次是濟(jì)麥55、煙農(nóng)745，其富集系數(shù)均小于0.1。富集系數(shù)與小麥籽粒Cd 含量呈正比，這與前人研究結(jié)果一致[26-27]。本研究中Cd 由小麥根系向秸稈的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，以及秸稈向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均小于1，說明Cd從土壤中轉(zhuǎn)運(yùn)到小麥根系以及由根系向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的程度很小，大部分Cd 被截留在根系以及秸稈部，這與李樂樂等[28]的研究結(jié)果一致。生物富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)是評價(jià)不同小麥品種對Cd累積差異的重要指標(biāo)。

3.2 籽粒Cd低累積小麥品種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

篩選Cd 低累積小麥品種不僅要求其籽粒中Cd含量低于國家標(biāo)準(zhǔn)，還要求其適宜于當(dāng)?shù)丨h(huán)境種植，農(nóng)民接收程度高。為實(shí)現(xiàn)中輕度Cd污染農(nóng)田的利用及糧食的安全生產(chǎn)，近年來諸多學(xué)者開展了Cd 低累積型作物的篩選與培育工作，并得到了諸多具有Cd低累積特性的作物[29-31]。目前，對Cd低累積品種的篩選多基于室內(nèi)盆栽或水培試驗(yàn)、礦區(qū)附近重度污染農(nóng)田環(huán)境等，均以小麥籽粒Cd累積量為標(biāo)準(zhǔn)，并未過多考慮小麥產(chǎn)量水平，以及農(nóng)民接收程度等因素，因此不利于全面反映小麥在特定Cd污染區(qū)域下的自然生產(chǎn)狀況及實(shí)際推廣應(yīng)用。從區(qū)域糧食安全角度出發(fā)，所有篩選得到的Cd 低累積品種既要具備小麥Cd 低累積特性，還要適應(yīng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，以滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的需要。本研究采用大田試驗(yàn)對20 份小麥材料進(jìn)行篩選與驗(yàn)證，以籽粒Cd 含量為評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，初步篩選出煙農(nóng)745、濟(jì)麥55、濟(jì)糯116為小麥低Cd累積品種。20個(gè)小麥品種的平均產(chǎn)量為8 811 kg·hm-2，其中初步篩選出的3 個(gè)低累積品種中產(chǎn)量高于平均產(chǎn)量的有2 個(gè)，為煙農(nóng)745 和濟(jì)麥55，濟(jì)糯116 低于平均產(chǎn)量。因此，綜合考慮小麥產(chǎn)量和Cd 低累積結(jié)果，確定煙農(nóng)745 和濟(jì)麥55 為該地區(qū)Cd低累積品種。

3.3 籽粒Cd低累積小麥品種風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

由于當(dāng)?shù)胤N植的主要糧食作物為小麥、玉米和花生，且主要以小麥為主食，因此，以供試的小麥品種為對象，探討了膳食攝取重金屬對當(dāng)?shù)鼐用癞a(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)。采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對小麥籽粒Cd 污染狀況進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)采用靶標(biāo)危害系數(shù)評價(jià)小麥籽粒中重金屬Cd攝入對成人產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)[32-33]。本研究發(fā)現(xiàn)供試的20 個(gè)小麥品種中，中麥578的小麥籽粒單因子污染指數(shù)評價(jià)結(jié)果為污染狀態(tài)，其他品種的小麥籽粒均為清潔狀態(tài)，這與《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）判定結(jié)果一致。而按照靶標(biāo)危害系數(shù)的評價(jià)結(jié)果，所有品種小麥的攝入對人體造成的危害風(fēng)險(xiǎn)均較低，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)也顯示屬于尚清潔狀態(tài)。該結(jié)果與單因子污染指數(shù)和國家限量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)結(jié)果不一致，這可能是由于在本研究中計(jì)算靶標(biāo)危害系數(shù)所采用的參數(shù)均為平均指數(shù)，且并未考慮當(dāng)?shù)鼐用衿渌澄锖捅┞锻緩?，因此本研究中的暴露評價(jià)結(jié)果比較保守，而我國國家標(biāo)準(zhǔn)的限量標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，從而導(dǎo)致兩種判定結(jié)果不一致。研究認(rèn)為重金屬低累積小麥品種篩選標(biāo)準(zhǔn)必須滿足的條件之一是該品種可食用部分的重金屬含量必須低于相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，即使其他部位含量較高[25]。因此，仍以國家標(biāo)準(zhǔn)為最終判定標(biāo)準(zhǔn)篩選Cd低累積小麥品種。

綜合小麥產(chǎn)量、籽粒Cd 累積量、富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，以及靶標(biāo)危害系數(shù)和聚類分析等結(jié)果，本研究篩選出濟(jì)麥55、煙農(nóng)745、濟(jì)麥0435 和濟(jì)麥5022為適宜于當(dāng)?shù)胤N植的Cd 低累積品種。從糧食安全角度出發(fā)，所篩選出的小麥Cd 低累積品種還需進(jìn)一步驗(yàn)證其低累積特征的穩(wěn)定性，以及確定影響籽粒Cd 含量的關(guān)鍵環(huán)境因素，從而合理確定Cd 低累積型小麥品種的安全種植區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)種植區(qū)，以滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的需要。

4 結(jié)論

（1）在研究區(qū)域內(nèi)供試的20 份小麥品種的籽粒Cd 含量差異顯著，除1 個(gè)品種小麥籽粒Cd 含量超國家限量標(biāo)準(zhǔn)值外，其他品種Cd 含量均低于國家限量標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）基于小麥籽粒Cd 含量及相關(guān)評價(jià)指標(biāo)篩選出的Cd低累積型小麥品種具有較高的參考和應(yīng)用價(jià)值，為當(dāng)?shù)谻d 污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的耕地安全利用提供了Cd 低累積型品種材料，能夠有效解決Cd 污染耕地邊生產(chǎn)邊修復(fù)的問題，但受土壤Cd 含量水平和低累積特征的穩(wěn)定性限制，Cd 低累積型小麥品種仍需要進(jìn)一步驗(yàn)證。