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在我国南方土壤镉（Cd）污染严重影响农业安全的背景下，研究人员开展 12 种玉米品种在污染土壤中 Cd 积累与转运的研究。结果显示不同品种差异显著，C868 和 C380 表现最佳，VNIR - PLSR 模型预测效果良好。该研究为选种和土壤监测提供依据。
在我国快速工业化进程中，土壤污染问题日益凸显，尤其是镉（Cd）污染，严重威胁着生态环境和人类健康。在南方的重要农业区，如 Gongzhuang，工业活动导致大量镉进入土壤，这片土地上广泛种植的玉米成为了受污染的 “重灾区”。玉米作为当地的主要农作物，其食用部分镉积累超标会引发诸多健康问题，比如肾脏损伤 。过往研究虽关注了粮食作物中重金属积累风险，但针对玉米在镉污染土壤中的研究还不够深入，且缺乏在高污染地区实地筛选低镉积累和转运玉米品种的研究。因此，开展相关研究，筛选出低镉积累和转运的玉米品种，找到快速可靠的土壤镉含量预测方法，对保障食品安全和农业可持续发展意义重大。
广东省科学院生态环境与土壤科学研究所的研究人员针对上述问题展开了研究。他们在南方 Gongzhuang 镇 Dapi 村的镉污染区域，种植了 12 种商业玉米品种，通过一系列研究，取得了重要成果，相关论文发表在《BMC Plant Biology》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。在土壤和玉米样本处理方面，种植前采集 0 - 20cm 耕作层土壤，风干、研磨、过筛后测定各项指标，玉米成熟后采集样本测定产量并处理样本测镉含量；计算污染指数（Pi）、生物富集因子（BCF）和转运因子（TF）评估镉积累与转运情况；利用可见 - 近红外光谱（VNIR）结合偏最小二乘法回归（PLSR）预测土壤镉浓度，同时运用主成分分析（PCA）辅助分析数据 。
下面来看具体的研究结果：
- 土壤数据：实验前土壤平均 pH 为 4.72，偏酸性，这促进了重金属的移动，增加了植物营养失衡的风险。土壤有机物质含量为 2.72% ，质地为壤土，平均镉浓度为 0.68mg/kg，超出标准限值。种植玉米后，所有品种下土壤镉浓度均下降，不同品种间差异显著，如 C27 处理的土壤镉浓度最高，C6 和 C380 处理的土壤镉浓度较低。玉米籽粒镉浓度均低于标准限值 0.1mg/kg，但品种间有显著差异，甜玉米比糯玉米积累更多镉 。
- 玉米品种间镉转运差异：部分品种如 C6、C21 和 C159，籽粒镉浓度高，Pi 值也高，表明这些品种可能允许更高的镉吸收和转运。C808、C380 和 C159 的 BCF 和 TF 值较高，吸收和转运镉的能力较强；而 C868 和 C27 的 BCF 和 TF 值较低，吸收和转运镉的能力较弱，在污染土壤种植更安全。通过 PCA 分析发现，C380、C366 和 C2015 在养分转运和污染物管理方面表现相似，适合在养分缺乏土壤种植；C159 适合用于修复污染土壤 。
- 籽粒镉与土壤镉的相关性：籽粒镉与土壤镉呈显著正相关（r = 0.72；p < 0.05） ，Pi、BCF 与籽粒镉也呈显著正相关，TF 与 BCF 也显著相关（r = 0.91；p < 0.05），表明镉从根部到地上部分的转运效率对籽粒镉积累很关键。此外，籽粒镉与根伸长（r = 0.59；p < 0.05）和茎伸长（r = 0.61；p < 0.05）也呈正相关，说明部分玉米品种对镉胁迫有一定耐受性 。
- 土壤 VNIR 光谱分析：收获玉米后，土壤在可见（400 - 700nm）和近红外（700 - 1300nm）区域反射率增加，在 450 - 500nm 和 600 - 700nm 波段尤为明显。特定光谱波段与镉污染相关，如 630nm 和 691nm 对土壤健康指标敏感，1340nm 反映土壤质地和保水性，1910nm、2223nm 和 2342nm 与土壤水分和矿物成分有关。VNIR - PLSR 模型预测土壤镉浓度的 R2为 0.67 ，RMSE 为 0.04mg/kg，ME 为 - 0.01mg/kg，RPD 为 2.4，表明模型预测能力较强 。
研究结论表明，12 种玉米品种在镉污染土壤中的镉积累和转运存在显著差异，C868 和 C380 在限制镉吸收和转运至可食用部分方面表现最佳，是污染地区种植的安全选择。VNIR - PLSR 模型预测土壤镉浓度准确性较高，可作为一种无损监测土壤镉含量的方法。土壤镉浓度与籽粒镉水平的正相关关系，凸显了选择低 Pi、BCF 和 TF 值玉米品种的重要性。
这项研究为南方镉污染土壤地区的农业生产提供了重要参考。在品种选择上，为农民提供了低镉积累的玉米品种，有助于保障食品安全；在土壤监测方面，VNIR - PLSR 模型为快速、无损监测土壤镉含量提供了新途径，提高了监测效率和准确性，对推动农业可持续发展意义深远。
