不同安全利用技術對水稻的抗鎘富集能力研究

宋肖琴， 朱羽飛， 羅玉博， 李齊， 陳國安

(1.義烏市種子和植物檢疫站， 浙江 義烏 322000； 2.浙江大學 農業(yè)與生物技術學院， 浙江 杭州 310058；3.浙江農林大學， 浙江 杭州 311300； 4.義烏市農技推廣服務中心， 浙江 義烏 322000)

人類不合理的工農業(yè)活動導致大量重金屬進入土壤，引起土壤重金屬超標[1]，對我國糧食安全造成較大威脅。水稻是我國最主要的糧食作物之一，但水稻在生長過程中易吸收積累重金屬鎘(Cd)而帶來“超標糧”問題。近年來，國家提出要把中國人的飯碗牢牢端在自己手中，這就要求不僅要擴大糧食生產，還要生產更多優(yōu)質安全大米，因而，實現(xiàn)Cd污染稻田的安全利用尤為重要。

Cd污染水稻田的安全利用越來越受到研究者的關注，他們[2]提出了許多行之有效的安全利用技術措施，其中通過土壤改良進行重金屬原位鈍化修復是較為可行的辦法之一。土壤改良主要是通過施用石灰、有機肥等鈍化劑來降低土壤有效態(tài)Cd含量，進而減少水稻對Cd的吸收富集[3]。李伯平[4]研究發(fā)現(xiàn)，施用土壤調理劑雖然對土壤總Cd含量影響不大，但可顯著降低稻米的Cd和鉛(Pb)含量。李心等[5]通過試驗證明，施用不同土壤調理劑可使土壤pH值提高0.54～2.06，可有效鈍化土壤有效Cd，在水稻產量未顯著減少的情況下，稻米Cd含量顯著降低17.1%～82.7%。水稻不同品種對重金屬的拮抗和吸收能力差異較大[6]，Y兩優(yōu)911、中9優(yōu)547、新兩優(yōu)223及宜優(yōu)207等低積累品種也可在Cd污染區(qū)域推廣種植[7-8]。李貴松等[9]通過連續(xù)2 a對43個種(系)稻米Cd含量的觀察發(fā)現(xiàn)，甬538較適宜在浙江省Cd低污染農田種植推廣。除施用土壤鈍化劑和選擇低積累品種外，外源噴施葉面阻控劑也是安全利用的重要措施之一。研究發(fā)現(xiàn)，噴施葉面硒肥可有效減少水稻根系和籽粒中Cd含量[10]；噴施葉面硅肥后糙米中Cd含量降低了58.33%[11]；噴施葉面硅肥和海藻酸后，稻米中Cd含量顯著降低了6.25%[12]。對于中重度Cd污染稻田，單一技術無法實現(xiàn)安全利用，多種技術聯(lián)合處理對水稻Cd含量降低效果優(yōu)于單一技術處理[13]。

本試驗選取浙中地區(qū)主栽的6個早稻品種、5個晚稻品種，4種葉面阻控劑和5種聯(lián)合阻控措施，通過大田試驗，分析相同種植條件下不同水稻品種、葉面阻控劑處理及聯(lián)合阻控技術之間稻米Cd吸收積累的差異性，旨在篩選出適宜在浙中地區(qū)推廣的Cd低積累水稻品種、葉面阻控劑及最優(yōu)聯(lián)合阻控措施，為實現(xiàn)中度Cd污染水稻田安全利用技術的推廣提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地位于金華市某重金屬污染水稻種植區(qū)，土壤基本理化性質如下：pH值5.22，全Cd含量0.66 mg·kg-1，有效態(tài)Cd含量0.52 mg·kg-1，有機質含量29.3 g·kg-1，堿解氮含量123.9 mg·kg-1，速效鉀含量98.8 mg·kg-1，有效磷含量20.9 mg·kg-1。

供試的6個早稻品種分別為中早39、中組534、甬秈534、甬秈25、金早09、中嘉早17；5個晚稻品種分別為安優(yōu)607、甬優(yōu)15、湘早秈45號、煜兩優(yōu)22、陵兩優(yōu)102。供試的4種葉面阻控劑為海藻酸(浙江浙農海洋生物技術有限公司)、黃腐酸鉀(山東綠隴作物營養(yǎng)有限公司)、硒肥(山東綠隴作物營養(yǎng)有限公司)、硅肥(鄭州正大生物科技有限公司)。

1.2 方法

早稻品種試驗和晚稻品種試驗僅進行不同品種對Cd富集能力試驗，除種植品種不同之外，其余田間管理措施保持一致。

晚稻葉面阻控劑試驗設置5個處理，試驗水稻品種為煜兩優(yōu)22，各處理分別為海藻酸、黃腐酸鉀、硒肥、硅肥、對照(CK，不添加葉面阻控劑)。各葉面阻控劑分別在分蘗期和灌漿期各噴施1次，噴施量見表1。各處理除葉面阻控劑噴施不同，其余田間管理措施保持一致。

表1 晚稻葉面阻控劑試驗阻控劑用量

晚稻聯(lián)合阻控技術試驗設置6個處理，各處理見表2。其中，對照組水稻品種為煜兩優(yōu)22；低積累品種指甬優(yōu)15；葉面阻控劑為硅肥(稀釋300倍，667 m2用量100 g，在分蘗期和灌漿期各噴1次)；穩(wěn)定化材料為石灰(667 m2用量150 kg)；水分管理指分蘗后期淹水。各處理其余田間管理措施保持一致。

試驗處理均設3個重復，采用隨機區(qū)組排列，每個小區(qū)面積為30 m2。田塊翻耕平整，用聚氯乙烯(PVC)擋水板劃分小區(qū)后移栽水稻育秧幼苗，小區(qū)間設置保護行、進水溝和排水溝。

1.3 樣品采集與分析

于水稻成熟時在每個小區(qū)按“五點法”采集稻谷樣品，采用GB 5009.15—2014《食品安全國家標準 食品中鎘的測定》中的原子吸收光譜法檢測水稻稻米Cd含量。

表2 晚稻聯(lián)合阻控技術試驗處理設置

1.4 數(shù)據處理

數(shù)據整理采用WPS 2019，數(shù)據統(tǒng)計分析和制圖采用GraphPad Prism 8.0.1。

2 結果與分析

2.1 不同早稻品種稻米Cd積累差異性

如圖1所示，供試的6個早稻品種對土壤Cd的吸收富集能力無顯著差異，且稻米Cd富集量均較少。其中金早09稻米Cd含量最低，為0.09 mg·kg-1；甬秈25稻米Cd含量最高，為0.19 mg·kg-1，較為接近GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》中關于大米Cd含量不高于0.2 mg·kg-1的限量要求。試驗結果顯示，所種植的6個早稻品種稻米Cd含量均小于國家標準限量值，均適宜在浙中地區(qū)Cd中度污染地塊種植。

柱上無相同小寫字母者表示差異顯著(P<0.05)。圖2～4同。圖1 不同早稻品種稻米Cd積累量差異

2.2 不同晚稻品種稻米Cd積累差異性

在相同的田間管理措施下，不同晚稻品種對土壤中Cd的吸收富集能力不同，且稻米Cd富集量均較多。由圖2可知，供試的5個晚稻品種稻米Cd含量均超過國家標準限量值，屬超標水稻，未達到安全利用水平。其中煜兩優(yōu)22對土壤Cd的吸收富集能力最強，稻米Cd含量達到0.96 mg·kg-1，陵兩優(yōu)102次之，稻米Cd含量為0.93 mg·kg-1，二者之間無顯著差異。甬優(yōu)15對Cd的吸收富集能力最弱，稻米Cd含量最低，為0.42 mg·kg-1，較煜兩優(yōu)22顯著減少56.25%，但仍然超過國家標準限量值。甬優(yōu)15、安優(yōu)607、湘早秈45之間無顯著差異。在無其他安全利用技術措施下，適宜浙中地區(qū)Cd中度污染地塊安全種植的晚稻品種還有待進一步試驗篩選。

圖2 不同晚稻品種稻米Cd積累量差異

2.3 晚稻不同葉面阻控劑抗Cd富集能力差異

由圖3可知，葉面阻控劑可顯著降低晚稻煜兩優(yōu)22對Cd的積累富集能力，不同葉面阻控劑抗Cd富集能力差異較大。對照組稻米Cd含量最高，達0.97 mg·kg-1，噴施葉面阻控劑的4個處理稻米Cd含量較對照減少20.9%～94.8%。其中硒肥處理稻米Cd含量最低，為0.05 mg·kg-1，達到安全利用水平，其余處理稻米Cd含量均高于國家標準限量值，未達到安全利用水平。除硅肥與黃腐酸鉀處理之間無顯著差異外，各處理間均存在顯著差異。4種葉面阻控劑在晚稻煜兩優(yōu)22上的抗Cd富集能力為硒肥>海藻酸>硅肥≈黃腐酸鉀。

圖3 晚稻不同葉面阻控劑抗Cd富集能力差異

2.4 晚稻聯(lián)合阻控技術抗Cd富集能力差異

由圖4可知，各聯(lián)合阻控技術處理均可顯著降低稻米對Cd的積累富集能力，其中T1處理的抗Cd能力最強，稻米Cd含量最低，為0.16 mg·kg-1，較CK降低了83.5%，達到安全利用水平；T2、T3、T4和T5處理較CK降低28.9%～67.0%，但均未達到安全利用水平。T2處理較T3處理增加葉面阻控劑處理，其降Cd效果更優(yōu)，稻米Cd含量較T3降低了22.0%。T2處理較T5處理增加穩(wěn)定化材料處理，稻米Cd含量較T5降低了53.6%。除T4和T5處理之間無明顯差異外，各處理間存在顯著差異。

圖4 晚稻聯(lián)合阻控技術處理抗Cd富集能力差異

3 小結與討論

由于水稻品種之間存在生物遺傳差異性，不同水稻品種對重金屬的吸收積累富集能力具有明顯的差異性[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，供試的6個早稻品種稻米Cd富集量均較少，稻米Cd含量均小于國家標準限量值，均可在浙中地區(qū)推廣種植。供試的5個晚稻品種稻米Cd富集量較多且Cd含量均超標。早晚稻稻米Cd吸收積累的明顯差異可能主要是由于品種特性造成的，或者全生育期時長不同引起的，也可能是由于早晚稻進入成熟中后期時的氣候或田間保水量不同所致，均有待進一步驗證。本試驗中供試土壤重金屬Cd的活性較高，水稻根系從土壤中吸收轉運大量的Cd，進而導致稻米Cd超標，能在浙中地區(qū)中度Cd污染地塊安全種植的晚稻品種還有待進一步篩選驗證。

噴施葉面阻控劑可減少水稻對Cd的吸收富集能力。在本試驗設計的噴施濃度和用量下，4種葉面阻控劑均可使水稻對Cd的吸收富集能力降低，抗Cd富集能力為硒肥>海藻酸>硅肥≈黃腐酸鉀。僅噴施硒肥處理稻米合格，硅肥、海藻酸和黃腐酸鉀處理的稻米Cd含量仍超標。Se和Cd元素存在拮抗作用，葉面噴施硒肥可顯著降低Cd在水稻植株內的轉移，緩解Cd對水稻的毒害作用，降低稻米Cd含量[11]。本研究中葉面硒肥噴施在晚稻上有較好的降Cd效果，適宜在浙中地區(qū)推廣應用。

多種安全利用技術聯(lián)合處理對水稻Cd積累的阻控能力要優(yōu)于單一技術，本試驗也再次證明了前人的研究結論[13]。T2處理對稻米的抗Cd吸收富集能力較T3、T5處理強，說明僅低積累晚稻品種和葉面阻控劑等單一技術不能使Cd中度污染稻田達到安全利用水平，但采用“低積累品種+葉面阻控劑+水分管理”的聯(lián)合阻控技術T1處理的稻米Cd含量則達到安全利用水平，說明適宜的安全利用技術措施越多，其稻米降Cd效果越優(yōu)，T1聯(lián)合阻控技術適宜在浙中地區(qū)中度Cd污染稻田推廣。