輕度鎘脅迫下不同水稻品種籽粒鎘富集及產(chǎn)質(zhì)量差異研究

何玉亭,李 浩,謝麗紅,鐘文挺,孫 娟,孫加威,張 成

(成都市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，四川 成都 610041)

隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)田和作物重金屬污染日趨嚴(yán)重，土壤污染導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)威脅到人類健康[1-2]。重金屬鎘為植物生長(zhǎng)發(fā)育非必需元素，是毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一[3]。推廣應(yīng)用水稻安全品種被認(rèn)為是當(dāng)前解決鎘污染農(nóng)田安全生產(chǎn)行之有效的途徑之一[4]。因此，本研究選取23個(gè)水稻品種，探討輕度鎘脅迫下不同水稻品種間籽粒鎘富集及產(chǎn)質(zhì)量差異，篩選出低鎘富集高產(chǎn)水稻品種，為輕度鎘污染區(qū)安全種植生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地處于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，岷江中上游川西平原西部。土壤類型為水稻土，土層深厚，地力水平中上，肥力均勻，灌溉排水條件良好。試驗(yàn)前采集0～20cm耕層土樣，檢測(cè)結(jié)果表明：土壤pH值為6.38，總鎘含量為0.42mg/kg。根據(jù)國(guó)家《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)(代替95標(biāo)準(zhǔn))，pH值小于6.5時(shí)鎘限量為0.4mg/kg，試驗(yàn)地屬于輕度鎘污染土壤。

1.2 供試水稻品種

基于前期試驗(yàn)成果，并結(jié)合成都市2018年主推水稻品種，選取川優(yōu)6203、川作優(yōu)8727、川作優(yōu)1727等23個(gè)水稻品種。其中早熟品種2個(gè)，中熟品種5個(gè)，晚熟品種15個(gè)，具體如表所示。

表1 試驗(yàn)地土壤鎘污染情況

表2 供試水稻品種及生長(zhǎng)期情況

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2018年4月開(kāi)始至2018年9月結(jié)束，試驗(yàn)采取完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置23個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共69個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積20m2，小區(qū)間留距50cm。試驗(yàn)地塊周圍留足保護(hù)行。

1.3.1 底肥 所有處理水稻均用氯鉀型三元復(fù)合肥(15-15-15)35kg/667m2作底肥，肥料重金屬檢測(cè)結(jié)果符合國(guó)家要求，具體如表3、表4所示。

表3 肥料重金屬含量(mg/kg)

表4 肥料重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)(mg/kg)

1.3.2 追肥 返青期每667m2用尿素(N 46%)6kg，拔節(jié)期667m2用尿素(N 46%)5kg、氯化鉀15kg作追肥。

栽培規(guī)格、種植密度、防病蟲、灌溉、曬田均按當(dāng)?shù)亓?xí)慣與作物實(shí)際需求進(jìn)行常規(guī)田間管理。

1.4 樣品采集及小區(qū)測(cè)產(chǎn)

由于各品種生育期有差異，每個(gè)品種成熟后及時(shí)采集水稻籽粒樣品。水稻籽粒每個(gè)品種取樣8穴(不取邊行)編號(hào)晾曬，自然風(fēng)干，分別測(cè)定稻米重金屬鎘含量。

待籽粒取樣后，各小區(qū)單獨(dú)進(jìn)行收割，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定產(chǎn)量(濕重)，利用水分檢測(cè)儀，檢測(cè)水稻籽粒水分含量，折算成標(biāo)準(zhǔn)水分含量后進(jìn)行產(chǎn)量換算。

1.5 測(cè)定指標(biāo)及方法

測(cè)定指標(biāo)包括水稻籽粒鎘含量、土壤pH及全鎘含量。水稻籽粒鎘的測(cè)定參照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鎘的測(cè)定》(GB/T5009.15-2003)，土壤鎘檢測(cè)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土壤質(zhì)量鉛、鎘的測(cè)定石墨爐原子吸收分光光度法》(GB/T 17141)，儀器使用德國(guó)耶拿火焰-石墨爐原子吸收光譜儀(jena-ZEEnit700P型)。采用賽多利斯(PB-10型)pH測(cè)量計(jì)測(cè)定土壤pH值(水土比為1∶2.5)。

1.6 水稻籽粒重金屬富集指數(shù)及質(zhì)量安全水平評(píng)價(jià)方法

水稻籽粒鎘富集指數(shù)=籽粒鎘含量/土壤全鎘含量[5]

依據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》(GB2762-2017)和全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬安全評(píng)估技術(shù)規(guī)定，水稻籽粒鎘質(zhì)量安全水平采用單因子指數(shù)法計(jì)算得到，具體如下。

1.6.1 評(píng)價(jià)方法 評(píng)估方法采用農(nóng)產(chǎn)品單因子指數(shù)法，農(nóng)產(chǎn)品單因子指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：Ei為水稻籽粒中重金屬i的單因子指數(shù)；Ai為農(nóng)產(chǎn)品中重金屬i的實(shí)測(cè)濃度；Si為農(nóng)產(chǎn)品中重金屬i的限量標(biāo)準(zhǔn)值。

1.6.2 等級(jí)劃分 水稻籽粒鎘質(zhì)量安全水平等級(jí)劃分為3個(gè)等級(jí)，具體如表5所示。

表5 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)劃分依據(jù)

1.7 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)用統(tǒng)計(jì)軟件DPS15.1進(jìn)行方差分析和LSD多重比較，檢驗(yàn)不同處理間差異的顯著性，用Microsoft Excel 2010進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 各水稻品種籽粒鎘含量及質(zhì)量安全水平分析

如表所示，不同水稻品種(系)籽粒鎘平均含量存在差異，鎘平均含量變幅為0.081～0.474mg/kg，質(zhì)量安全水平不一。超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限量值的有11個(gè)品種，包括嚴(yán)重超標(biāo)品種2個(gè)，分別為9號(hào)和18號(hào)品種，輕微超標(biāo)品種9個(gè)，其余12個(gè)品種籽粒鎘均不超標(biāo)。鎘平均含量最低的品種為16號(hào)蜀優(yōu)217，除與其中8個(gè)品種(2、3、4、7、17、19、20、22號(hào))差異不顯著外，均顯著低于其余14個(gè)品種；鎘平均含量最高的為9號(hào)瀘優(yōu)11092，除與18號(hào)德優(yōu)4727差異不顯著外，均顯著高于其余21個(gè)品種。

表6 不同水稻品種籽粒鎘平均含量與質(zhì)量安全水平

2.2 不同水稻品種產(chǎn)量及鎘富集系數(shù)差異

如表7所示，不同水稻品種的產(chǎn)量和鎘富集指數(shù)存在一定差異。產(chǎn)量變幅為484.1～624.8kg/667m2，均值為559.0kg/667m2，產(chǎn)量高于均值的品種有11個(gè)，其中以11號(hào)宜香優(yōu)2115最高(624.8kg/667m2)，除與其他3個(gè)品種(川作優(yōu)1727、德優(yōu)4727、瀘優(yōu)11092)差異不明顯外，均顯著高于其余品種，產(chǎn)量最低的為宜香優(yōu)2084，僅484.1kg/667m2，除與瀘香優(yōu)104和川作優(yōu)619差異不大外，顯著少于其余品種。

鎘富集指數(shù)變幅為0.19～1.13，均值為0.51，以蜀優(yōu)217鎘富集指數(shù)最低，除與7個(gè)品種(德香4103、川作優(yōu)1727、旌優(yōu)127、瀘香優(yōu)104、旌優(yōu)727、川作優(yōu)6203、天優(yōu)華占)差異不明顯外，均顯著小于其余品種；鎘富集指數(shù)最高的為瀘優(yōu)11092，除與德優(yōu)4727無(wú)明顯差異外，均顯著高于其余品種。

表7 不同品種水稻產(chǎn)量及鎘富集指數(shù)

2.3 水稻產(chǎn)量與籽粒鎘富集系數(shù)的相關(guān)關(guān)系

水稻籽粒鎘富集系數(shù)是反映水稻品種鎘富集能力的重要指標(biāo)，在生產(chǎn)中水稻產(chǎn)量和鎘富集能力是影響水稻能否在鎘污染區(qū)種植的兩個(gè)重要因素[6]。為探明輕度鎘脅迫下水稻產(chǎn)量與鎘富集能力的相關(guān)性，以參試23個(gè)水稻品種產(chǎn)量與對(duì)應(yīng)籽粒鎘富集系數(shù)進(jìn)行了相關(guān)性分析(圖1)，結(jié)果表明，水稻產(chǎn)量與籽粒鎘富集系數(shù)之間不存在顯著相關(guān)性，說(shuō)明水稻鎘的富集不會(huì)對(duì)產(chǎn)量造成明顯影響，在生產(chǎn)中可以通過(guò)選擇高產(chǎn)低鎘富集水稻品種用于鎘污染區(qū)種植。

產(chǎn)量(kg/667m2)圖1 水稻產(chǎn)量與鎘富集系數(shù)的相關(guān)性

2.4 水稻品種間(系)籽粒產(chǎn)量與鎘富集系數(shù)的聚類分析

選取產(chǎn)量與籽粒鎘富集系數(shù)兩個(gè)變量進(jìn)行聚類分析，結(jié)果將參試水稻品種大致劃分為3個(gè)類型。第1類有3個(gè)品種，該類品種產(chǎn)量較低，包括1個(gè)富集能力較強(qiáng)品種(5號(hào))和2個(gè)富集能力較弱品種(4號(hào)、12號(hào))；第2類有16個(gè)品種，產(chǎn)量中等，下分3個(gè)亞組，1小組產(chǎn)量中等偏上水平，包括2個(gè)富集能力較強(qiáng)品種和3個(gè)富集能力較弱品種(17號(hào)、20號(hào)、21號(hào))，2小組產(chǎn)量中等水平，包括2個(gè)富集能力較強(qiáng)品種(6號(hào)、14號(hào))和3個(gè)富集能力較弱品種(13號(hào)、16號(hào)、19號(hào))，3小組產(chǎn)量中等偏下水平，包括3個(gè)富集能力較強(qiáng)品種(1號(hào)、10號(hào)、22號(hào))和3個(gè)富集能力較弱品種(3號(hào)、7號(hào)、15號(hào))；第3類有4個(gè)品種，該類品種產(chǎn)量較高，包括2個(gè)富集能力極強(qiáng)品種(9號(hào)、18號(hào))、1個(gè)富集能力較強(qiáng)品種(11號(hào))和1個(gè)富集能力較弱品種(2號(hào))。

圖2 水稻產(chǎn)量與鎘富集系數(shù)的聚類分析

3 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，不同品種水稻產(chǎn)量、籽粒鎘含量及富集系數(shù)存在較大差異，其變幅分別為484.1～624.8kg/667m2、0.081～0.474mg/kg、0.19～1.13，最高值與最低值分別相差1.29倍、5.85倍、5.95倍，輕度鎘脅迫下水稻產(chǎn)量與籽粒鎘富集能力不存在顯著相關(guān)性。依據(jù)籽粒產(chǎn)量和籽粒鎘富集能力進(jìn)行聚類分析，初步篩選出籽粒產(chǎn)量較高、籽粒鎘富集能力較弱品種1個(gè)(2號(hào)川作優(yōu)1727)，產(chǎn)量中上、富集能力較弱品種3個(gè)(17號(hào)德香4103、20號(hào)川作優(yōu)6203、21號(hào)蓉18優(yōu)447)，產(chǎn)量中等、富集能力較弱品種3個(gè)(13號(hào)宜香優(yōu)4245、16號(hào)蜀優(yōu)217、19號(hào)岡優(yōu)725)，可用于輕度鎘污染區(qū)種植。