鎘砷低積累水稻品種篩選

易春麗，劉匯川，李海英，余 泓，劉湘軍，田發(fā)祥，謝運河

（1. 祁陽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 永州 426100；2. 湖南省農(nóng)業(yè)對外經(jīng)濟合作中心，湖南 長沙 410005；3. 湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所，農(nóng)業(yè)部長江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室， 農(nóng)田土壤重金屬污染防控與修復湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410125）

耕地受重金屬污染，將直接導致農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量超標，危害人類身心健康。近年來，我國“鎘米” “鎘麥”等重金屬污染事件頻發(fā)，引起人們的普遍憂慮?！笆舜蟆币詠恚h中央高度關注耕地污染修復、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等生態(tài)文明建設，2020 年“中央一號”文件明確要求穩(wěn)步推進農(nóng)用地土壤污染管控和修復利用。2014 年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，我國土壤中砷的超標率為2.7%，鎘的超標率為7.0%，Cd、As 污染形勢嚴峻。

湖南是有色金屬之鄉(xiāng)，礦產(chǎn)品采選冶煉產(chǎn)業(yè)發(fā)達，造成湖南農(nóng)田重金屬污染嚴重，稻田鎘砷污染尤為突出。尤其在稻田淹水—落干的特殊生境中，受Eh 值、pH 值等因素的影響，鎘砷表現(xiàn)出完全相反的行為特征[1-2]。加之，水稻對鎘、砷的吸收積累不同步，且各器官間的轉(zhuǎn)運及分布皆存在極大差異[3-4]，不同品種對鎘砷的吸收積累存在較大差異[5]。因此，進一步明確本地主栽水稻品種對鎘、砷的吸收積累差異，可為當?shù)刂亟饘傥廴镜咎锏男迯椭卫硪约版k、砷低積累水稻品種的篩選提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗地點位于祁陽縣白水鎮(zhèn)新華村，供試土壤pH 值5.33，土壤全鎘含量0.62 mg/kg；土壤總砷含量28.2 mg/kg。

1.2 供試水稻

15 個水稻品種分別為隆兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)1212、深兩優(yōu)5814、隆兩優(yōu)1988、和兩優(yōu)1 號、C 兩優(yōu)386、C 兩優(yōu)87、深優(yōu)9595、Y 兩優(yōu)9918、 天龍一號、荃優(yōu)絲苗、桃優(yōu)香占、野香優(yōu)絲苗、泰優(yōu)390、野香優(yōu)莉絲。

1.3 研究方法

1.3.1 試驗設計 采用田間小區(qū)試驗，每個品種即1個處理，每個處理3 次重復，共計45 個小區(qū)，小區(qū)面積4 m×4 m=16 m2，隨機區(qū)組排列，小區(qū)間以空行（0.8 m）隔開。試驗前先勻田，確保試驗田塊土壤污染程度相對均勻，田塊平整，避免水分管理等農(nóng)藝措施引發(fā)的試驗誤差。秧苗密度為234 株/小區(qū)?；适秃戏剩∟-P2O5-K2O 比例為15-15-15）750 kg/hm2，插秧10 d 后追施尿素150 kg/hm2。水分管理：前期淹水，分蘗盛期曬田5 d 左右，后期采用干濕交替。病蟲害防治及其他管理措施參照當?shù)亓晳T。

1.3.2 取樣及樣品分析 試驗前采集基礎土樣，用于土壤基本理化性質(zhì)分析。水稻成熟后測定各小區(qū)實際產(chǎn)量。水稻成熟后采集水稻植株和稻谷作樣品，植株樣品經(jīng)烘干后粉碎，稻谷曬干后去糙粉碎。分析所用試劑均為優(yōu)級純，分析器皿均以10%硝酸溶液浸泡過夜，以去離子水洗凈。土壤全鎘采用HNO3-HClO4-HF（5 ∶1 ∶2，V/V）消煮，樣品消煮完全后趕酸至近干，加少量稀硝酸溶液溶解后轉(zhuǎn)移定容，水稻糙米鎘以及植株鎘、砷采用HNO3-H2O2（5 ∶2，V/V）微波消煮，糙米無機砷含量采用6 mol/L HCl 浸提法[6]，并以標準物質(zhì)進行質(zhì)量控制。所有樣品鎘、砷含量均采用ICP-MS 法進行測定（iCap-Q，美國Thermo 公司），其他指標采用常規(guī)方法測定[7]。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計 試驗數(shù)據(jù)為3次重復平均值，運用WPS 和SPSS 軟件進行統(tǒng)計分析，采用Origin 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水稻品種的產(chǎn)量差異

測定成熟期水稻產(chǎn)量結(jié)果表明（表1），15 個水稻品種的平均產(chǎn)量為7 962.20±352.45 kg/hm2，不同水稻品種間產(chǎn)量差異顯著，最高的是隆兩優(yōu)華占，為8 978±620 kg/hm2；最低的是野香優(yōu)絲苗，為5 989± 357 kg/hm2；隆兩優(yōu)華占的產(chǎn)量比野香優(yōu)絲苗高49.91% （P＜0.05）；野香優(yōu)絲苗、天龍一號、深優(yōu)9595 這3 個品種的產(chǎn)量顯著低于其他品種，而其余12 個品種的產(chǎn)量皆高于平均產(chǎn)量。

2.2 不同水稻品種稻米及莖葉鎘砷含量差異

測定成熟期水稻稻米鎘、砷含量結(jié)果表明（表1），15 個品種的稻米鎘含量平均值為0.58±0.07mg/kg，稻米砷含量平均值為0.18±0.02 mg/kg。根據(jù)食品安全國家標準（GB2762—2017）中鎘、砷的限值（0.2 mg/kg），15 個品種的稻米鎘含量皆超標，深優(yōu)9595、桃優(yōu)香占、C 兩優(yōu)87 和天龍一號4 個品種的稻米砷含量超標。與稻米鎘、砷含量平均值相比，深優(yōu)9595、Y 兩優(yōu)9918、天龍一號、荃優(yōu)絲苗、桃優(yōu)香占、野香優(yōu)絲苗、泰優(yōu)390、野香優(yōu)莉絲這8 個品種的稻米鎘含量低于平均值，而隆兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)1212、深兩優(yōu)5814、隆兩優(yōu)1988、和兩優(yōu)1 號、Y兩優(yōu)9918、野香優(yōu)莉絲這7 個品種的稻米砷含量低于平均值，僅Y 兩優(yōu)9918 和野香優(yōu)莉絲這2 個品種的稻米鎘、砷含量皆低于平均值。稻米鎘含量最高的是晶兩優(yōu)1212，為0.81±0.09 mg/kg；含量最低的是Y兩優(yōu)9918，為0.41±0.08 mg/kg；晶兩優(yōu)1212 稻米鎘含量比Y 兩優(yōu)9918 的高97.56%（P＜0.05）。稻米砷含量最高的是深優(yōu)9595，為0.21±0.02 mg/kg；最低的是Y 兩優(yōu)9918，為0.14±0.02 mg/kg；深優(yōu)9595 稻米砷含量比Y 兩優(yōu)9918 的高50.00%（P＜0.05）。

表1 不同水稻品種的產(chǎn)量及鎘、砷含量

測定成熟期水稻莖葉鎘、砷含量結(jié)果表明（表1），15 個水稻品種的平均莖葉鎘含量為2.68±0.51 mg/kg，莖葉砷含量為7.04±1.46 mg/kg。莖葉鎘最高含量是隆兩優(yōu)華占，為3.65±0.25 mg/kg；最低的是野香優(yōu)莉絲，為1.89±0.31 mg/kg；隆兩優(yōu)華占莖葉鎘含量比野香優(yōu)莉絲的高93.12%（P＜0.05）；莖葉砷含量最高的是泰優(yōu)390，為10.01±3.07 mg/kg；最低的是隆兩優(yōu)華占，為5.01±1.56 mg/kg；泰優(yōu)390 莖葉砷含量比隆兩優(yōu)華占的高99.80%（P＜0.05）。

2.3 不同水稻品種鎘砷轉(zhuǎn)運系數(shù)及富集系數(shù)差異

由表2 可知，鎘從水稻莖葉轉(zhuǎn)運至稻米的轉(zhuǎn)運系數(shù)范圍為0.18～0.27，平均值為0.22，鎘從土壤轉(zhuǎn)運至水稻莖葉的轉(zhuǎn)運系數(shù)范圍為3.05～5.89，平均值為4.32；砷從水稻莖葉轉(zhuǎn)運至稻米的轉(zhuǎn)運系數(shù)范圍為0.019～0.035，平均值為0.027，砷從土壤轉(zhuǎn)運至水稻莖葉的轉(zhuǎn)運系數(shù)范圍為0.18～0.35，平均值為0.25。稻米對鎘的富集系數(shù)范圍為0.67～1.30，平均值為0.94；稻米對砷的富集系數(shù)范圍為0.005～0.007，平均值為0.006?？梢姡静煌课坏逆k轉(zhuǎn)運系數(shù)及富集系數(shù)皆遠高于砷，且其轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)主要是在土壤至莖的過程。

表2 不同水稻品種的鎘砷轉(zhuǎn)運及富集系數(shù)

圖1 15 個水稻品種稻米鎘砷含量的聚類分析圖

2.3 不同水稻品種稻米鎘砷含量的聚類分析

根據(jù)稻米鎘、砷含量進行聚類分析可知（圖1），15 個水稻品種可以分為3 類；第一類是隆兩優(yōu)華占、晶 兩 優(yōu)1212、隆 兩 優(yōu)1988、C 兩 優(yōu)386 等4 個 品種，主要為稻米鎘高砷低類型品種，第二類是Y 兩優(yōu)9918，為稻米鎘砷同步低積累的品種；第三類為深兩優(yōu)5814、和兩優(yōu)1 號、C 兩優(yōu)87 等其余品種，主要是稻米砷高鎘低的品種。15 個水稻品種只有1 個品種即Y 兩優(yōu)9918 的稻米鎘砷含量均較低，而其余水稻品種為鎘高砷低或砷高鎘低的品種。

3 結(jié)論與討論

通過田間試驗方法，在鎘砷復合污染稻田對15個水稻品種的鎘砷累積特性進行研究，結(jié)果表明，15個水稻品種的平均產(chǎn)量為7 962.20±352.45 kg/hm2，其中野香優(yōu)絲苗、天龍一號、深優(yōu)9595 這3 個品種產(chǎn)量較低，存在減產(chǎn)風險；15 個品種稻米鎘、砷含量平均值分別為0.58±0.07、0.18±0.02 mg/kg，其中深優(yōu)9595、Y 兩優(yōu)9918、天龍一號、荃優(yōu)絲苗、桃優(yōu)香占、野香優(yōu)絲苗、泰優(yōu)390、野香優(yōu)莉絲8 個品種的稻米鎘含量低于平均值，隆兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)1212、深兩優(yōu)5814、隆兩優(yōu)1988、和兩優(yōu)1 號、Y 兩優(yōu)9918、野香優(yōu)莉絲7 個品種的稻米砷含量低于平均值，僅Y兩優(yōu)9918 和野香優(yōu)莉絲這2 個品種的稻米鎘、砷含量皆低于平均值，可優(yōu)先在輕度鎘砷復合污染地方進行試種；根據(jù)稻米鎘、砷含量進行聚類分析可知，15個品種可分為3 類，第一類為鎘高砷低類型，有隆兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)1212、隆兩優(yōu)1988、C 兩優(yōu)386 這4 個品種；第二類為鎘砷同步低積累類型，僅Y 兩優(yōu)9918 這1 個品種；第三類為砷高鎘低類型，有深兩優(yōu)5814、和兩優(yōu)1 號、C 兩優(yōu)87 等10 個品種。

種植鎘、砷低累積水稻品種是實現(xiàn)輕度重金屬污染稻田安全生產(chǎn)的最有效途徑[8]。但由于受稻田土壤鎘、砷化學行為特征相反的影響以及稻田土壤pH 值、Eh 值等環(huán)境條件的制約，水稻對鎘、砷的吸收積累呈現(xiàn)相反的趨勢[9-10]。不同基因型的水稻植株對鎘、砷元素的吸收轉(zhuǎn)運存在較大差異[11]，全生育期水稻植株對鎘、砷的吸收積累總量總體表現(xiàn)為先增后降的 趨勢，鎘的最大積累量出現(xiàn)在乳熟期，而砷的最大積累量出現(xiàn)在分蘗盛期[3]；水稻植株對鎘、砷的分配也有較大差異，水稻吸收的鎘有2/3 儲存在莖葉，根系約占1/5，僅1/20 轉(zhuǎn)運至糙米；水稻吸收的砷有2/3儲存在根系，1/3 的儲存在莖葉，僅1/50 積累在糙米中[4]?？梢?，水稻對鎘砷的吸收積累在時間和空間上皆存在較大差異，這也導致了水稻吸收積累鎘砷存在多種類型。該研究中，通過對祁陽地區(qū)主栽水稻品種的篩選發(fā)現(xiàn)，具有鎘砷同步低積累特征的水稻品種僅有1 個，即Y 兩優(yōu)9918，其余品種主要為鎘高砷低或砷高鎘低類型。在不同的鎘、砷以及鎘砷復合污染稻田中，可根據(jù)其污染類型和污染程度選擇品種。此外，由于水稻品種的篩選范圍有限，篩選出的可利用品種其穩(wěn)定性還有待驗證。因此，需加強鎘砷同步低積累水稻品種的篩選和驗證，并依托水稻鎘砷低積累新材料進行品種創(chuàng)制及選育，以加快推進輕度重金屬污染稻田的安全生產(chǎn)。