張玉燭，方寶華，滕振寧,，陳光輝，劉 洋，凌文彬，向述強，柏連陽

（1. 湖南雜交水稻研究中心，雜交水稻國家重點實驗室，湖南 長沙 410125；2. 湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，湖南 長沙 410128；4. 株洲市農(nóng)科所，湖南 株洲 412007；5. 湘潭市農(nóng)科所，湖南 湘潭 411134；6. 湖南省農(nóng)業(yè)科學院，湖南 長沙 410125）

鎘（Cadmium，Cd）是毒性最強和農(nóng)田污染最為嚴重的重金屬之一，土壤重金屬污染不僅嚴重影響農(nóng)作物的產(chǎn)量及品種，并能通過食物鏈富集危害人體健康[1-2]。雖然目前各種生物、物理、化學方法被應用于土壤修復來降低土壤重金屬含量，但由于土地面積有限，修復造價昂貴等原因未能有效地應用于大面積農(nóng)田治理[3]；針對我國中、輕度重金屬污染農(nóng)田面積比例大的情況[4]，篩選耐鎘且食用器官低積累農(nóng)作物品種和改進農(nóng)藝措施與化學調(diào)控技術來緩解鎘毒、減少作物鎘吸收積累，是保證農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)，國家糧食安全的重要途徑[5-6]。

湖南是農(nóng)業(yè)大省也是糧食生產(chǎn)大省，在國家農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全保障中占有舉足輕重的地位。自2013年初以來，媒體報道的“鎘大米”事件引起了社會的普遍關注，2014年中央財政安排專項資金在湖南省啟動重金屬污染耕地修復試點工作，其中鎘低積累水稻品種篩選項目是其中重要課題之一。課題組面向社會廣泛征集目前在南方酸性土壤主栽（推）的水稻品種，進行了多年多點大田及盆栽篩選試驗，并在湖南不同地區(qū)進行了大田驗證，為盡快解決“湘米”鎘超標危機提供強有力的支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

面向社會廣泛征集目前在南方酸性土壤上主栽（推）的水稻品種，2014年，共征集雙季稻品種196個，其中早稻60個，晚稻136個；2015年，共征集水稻品種89個，包括早稻38個，晚稻51個。

根據(jù)多點聯(lián)合篩選結(jié)果，對2014～2015年篩選得到的應急性低鎘積累水稻品種共計25個品種（其中早稻12個，晚稻13個），于2015～2016年在湖南省開展大田驗證試驗。參試品種見表1。

1.2 試驗設計

1.2.1 應急性鎘低積累水稻品種篩選試驗 試驗于2014～2015年雙季稻生長季節(jié)（3～10月）進行，在湖南省重金屬污染嚴重的長株潭區(qū)域，同時兼顧省內(nèi)其他典型鎘污染區(qū)，進行盆栽及大田篩選。2014年涉及湖南省水稻研究所四級篩選試驗點、湖南農(nóng)業(yè)大學、衡陽、益陽、湘潭、株洲9個盆栽篩選試驗點，以及望城、湘潭、攸縣、衡東、湘陰、蒸湘區(qū)6個大田篩選試驗點，各試驗點土壤全鎘0.4～2.06 mg/kg，有效鎘0.14～1.00 mg/kg；2015年擴大篩選規(guī)模，在2014年試驗點基礎上，湖南農(nóng)業(yè)大學，益陽、湘潭、株洲試驗點各增加1個高鎘土壤篩選試驗點，衡陽增加2個高鎘土壤篩選試驗點，共計15個盆栽篩選試驗點，以及望城、湘潭、攸縣、衡東、湘陰、長沙縣、6個大田篩選試驗點，土壤全鎘0.41～4.61 mg/kg，有效鎘0.24～1.73 mg/kg。

盆栽篩選試驗，盆缽選擇口徑40 cm、底徑30 cm、高45 cm。土壤經(jīng)過粉碎、過篩后每盆裝土15 kg。每盆栽植4株，每株2苗，每處理設置4次重復。施肥按2萬株/hm2、基肥25%含量的復合肥750 kg/hm2、追肥施尿素120 kg/hm2、鉀肥105 kg/hm2，按比例分盆稱量、施入、充分混勻土壤，確保不同盆內(nèi)土壤肥力一致。

大田篩選試驗，每處理設置3次重復。試驗田多次翻耕，耙平，減小小區(qū)土壤鎘含量差異。早稻移栽密度16.7 cm×16.7 cm，晚稻16.7 cm×20.0 cm，小區(qū)間不空行，移栽每株2苗。底肥按早稻25%含量的復合肥750 kg/hm2，晚稻900 kg/hm2；分蘗肥按早稻尿素75 kg/hm2、鉀肥60 kg/hm2，晚稻尿素90 kg/hm2、鉀肥75 kg/hm2；早晚稻穗肥均按尿素30～45 kg/hm2、鉀肥 30～45 kg/667m2。

盆栽及大田篩選試驗全生育期保持濕潤灌溉，病蟲草害按常規(guī)方法防治。

1.2.2 應急性鎘低積累水稻品種大田驗證 根據(jù)篩選結(jié)果，于2015～2016年雙季稻生長季節(jié)（3～10月）進行，在湖南省重金屬污染嚴重的長株潭區(qū)域，同時兼顧省內(nèi)其他典型鎘污染區(qū)，對應急性鎘低積累水稻品種進行大田驗證，試驗點土壤狀況如表2所示。

表2 2015～2016年大田驗證土壤狀況

試驗田選擇相鄰兩丘田，分別進行常規(guī)管理及VIP管理，試驗田經(jīng)多次翻耕，耙平，減小小區(qū)土壤鎘含量差異。早稻移栽密度16.7 cm×16.7 cm，晚稻16.7 cm×20.0 cm，移栽每株2苗。VIP管理模式下，大田耕整時每公頃撒施石灰50 kg/hm2，底肥為堿性緩釋復混肥（湖南省土壤肥料研究所研發(fā)，湖南宇豐生態(tài)工程有限公司提供），早稻750 kg/hm2，晚稻900 kg/hm2，分蘗肥按早稻尿素75 kg/hm2、鉀肥60 kg/hm2，晚稻尿素90 kg/hm2、鉀肥75 kg/hm2；早晚稻穗肥均按尿素 30～45 kg/hm2、鉀肥 30～45 kg/hm2，全生育期保持田間淺水層至收割前7 d斷水；常規(guī)管理模式下，施肥同大田篩選試驗1.2.1，移栽后深水活苗，淺水分蘗，分蘗盛期適時輕曬田，抽穗、灌漿期保持淺水層，蠟熟期保持土壤濕潤，至成熟收割前10 d斷水。病蟲草害按常規(guī)方法防治。

1.3 樣品采集及測定

品種90%成熟，按品種（重復）單收單曬，同時取土樣1 kg，委托湖南省農(nóng)科院稻米及制品檢測中心 按 GB/T 5009.15—2014、NY/T 1377—2007、GB/T 17141—1997和GB/T 23739—2009標準[7-10]，測定糙米鎘含量、土壤pH值及鎘含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007、Origin 9.0等軟件進行統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 應急性鎘低積累水稻品種篩選

表3 2014年應急性鎘低積累早稻品種平均稻米鎘含量 （mg/kg）

表4 2014年應急性鎘低積累晚稻品種平均稻米鎘含量 （mg/kg）

湖南省農(nóng)科院組織相關專家進行低鎘積累早稻品種篩選評議會，專家一致認為試驗達到了鎘低積累品種篩選的目的。根據(jù)各試驗點平均鎘含量、超標試驗點數(shù)和重復次數(shù)綜合評價方法進行品種評價。2014年參試品種中多個品種鎘低積累性狀表現(xiàn)較好，其中早稻以湘早秈45號、株兩優(yōu)189、中嘉早17、株兩優(yōu)819、湘早秈32號等5個品種表現(xiàn)最為突出（表3），晚稻以湘晚秈12號、湘晚秈13號、金優(yōu)59等3個品種表現(xiàn)最為突出（表4），推薦為應急性鎘低積累品種。

2015年21個土壤濃度試驗點結(jié)果基本一致，部分品種在各試驗點均表現(xiàn)出較低的糙米鎘含量（表5、表6）。沿用2014年篩選推薦標準，推薦早稻品種株兩優(yōu)729、株兩優(yōu)706、兩優(yōu)早17、株兩優(yōu)211、株兩優(yōu)15、潭兩優(yōu)215、湘早秈42號等個品種推薦為早稻應急性鎘低積累品種，晚稻推薦H優(yōu)518、C兩優(yōu)7號、豐源優(yōu)272、中優(yōu)9918、金優(yōu)284、湘菲優(yōu)8118、兩優(yōu)336、C兩優(yōu)266等品種推薦為晚稻應急性鎘低積累品種。

表5 2015年應急性鎘低積累早稻品種平均稻米鎘含量 （mg/kg）

表6 2015年應急性鎘低積累晚稻品種平均稻米鎘含量 （mg/kg）

應急性鎘低積累品種多個試驗點平均稻米鎘含量低，較其他品種表現(xiàn)出鎘低積累特性，但在部分試驗點稻米鎘含量卻高于其他品種，表明不同品種稻米鎘含量受環(huán)境影響，其在大田環(huán)境下的環(huán)境適應性仍需驗證。

2.2 應急性鎘低積累水稻品種大田驗證

2.2.1 2015年應急性鎘低積累水稻品種大田驗證 應急性鎘低積累水稻品種大田驗證設多品種常規(guī)管理與VIP管理驗證兩大內(nèi)容，供試品種為篩選得到的應急性低鎘品種和1個對照品種。

從圖1中可以看出，2015年在常規(guī)栽培模式下，對照品種最高糙米鎘含量達0.566 mg/kg，其余品種平均都在0.400 mg/kg以下，幅度為0.315～0.362 mg/kg；VIP模式下，對照品種及湘晚秈45號的平均糙米鎘含量均超過國家標準（0.200 mg/kg），分別為0.222 mg/kg和0.233 mg/kg，其余品種平均糙米鎘含量均低于國家標準，幅度為0.064～0.129 mg/kg；通過VIP管理模式，6個品種的鎘含量大幅度降低，降幅為35.2%～82.3%，其中，湘早秈45號糙米鎘含量雖然降幅達35.2%，但平均糙米鎘含量仍然超過國家標準，可以認為該品種屬于穩(wěn)定中等偏低型，品種的鎘富集受水分和土壤pH值的影響較小，糙米鎘含量相對穩(wěn)定。

晚稻品種鎘含量高于早稻，常規(guī)管理模式下，湘晚秈12號和金優(yōu)59糙米鎘含量相對較低，但也超過了國家標準（0.200 mg/kg），但未超過國際標準（0.400 mg/kg），對照品種超標嚴重，達到了0.658 mg/kg；VIP管理模式下，湘晚秈12號和金優(yōu)59兩品種鎘含量仍最低，平均稻米鎘含量分別為0.181 mg/kg和0.143 mg/kg，湘晚秈13號平均稻米鎘含量為0.230 mg/kg，仍未達到國家標準；通過VIP管理模式，4個品種的鎘含量大幅度降低，降幅為21.8%～63.0%。

2.2.2 2016年應急性鎘低積累水稻品種大田驗證2016年雙季稻應急性鎘低積累水稻品種大田驗證品種總數(shù)增加，早稻為12個，晚稻13個，同時設置中輕度、重度污染區(qū)驗證試驗。不同水稻品種在不同污染區(qū)的稻米鎘含量有較大差異，如表7所示。中輕度污染區(qū)雙季稻平均稻米鎘含量在0.059～0.343 mg/kg之間，其中VIP管理下，平均稻米鎘含量在0.059～0.211 mg/kg之間，常規(guī)管理各試驗點稻米鎘含量均高于VIP管理，在0.174～0.343之間；重度污染下，常規(guī)管理鎘含量嚴重超標，早稻株洲試驗點最高達2.613 mg/kg。通過VIP管理，稻米平均鎘含量為0.139～0.218 mg/kg，基本能達到國家標準。

圖1 2015年應急性鎘低積累水稻品種大田驗證

表7 2016年不同試驗點大田驗證平均稻米鎘含量 （mg/kg）

2016年早稻驗證品種在中輕度污染區(qū)兩種管理模式稻米鎘含量均未超標（圖2），但對照品種常規(guī)管理模式在衡陽、湘鄉(xiāng)、湘陰3個試驗點存在超標現(xiàn)象，且中輕度污染區(qū)平均稻米鎘含量達到0.200 mg/kg，存在超標的危險。鎘低積累品種稻米鎘含量較低，常規(guī)管理下，較對照品種低0.2%～25.0%；重度污染區(qū)常規(guī)管理下，稻米鎘含量超標嚴重，最高達1.256 mg/kg，最低為1.074 mg/kg，鎘低積累品種與對照品種無差異。VIP管理模式下，中嘉早17、株兩優(yōu)729、湘早秈42號、株兩優(yōu)189、湘早秈45號、兩優(yōu)早17等品種表現(xiàn)良好，較對照品種低15.5%～28.2%。

晚稻品種稻米鎘污染狀況較早稻嚴重（圖3），中輕度污染區(qū)常規(guī)管理下，參試品種均超過國家標準，但除對照品種（0.500 mg/kg）外，并未超過國際標準0.400 mg/kg。鎘低積累品種較對照品種低20.3%～45.3%，鎘低積累特性明顯。通過VIP管理模式，各品種鎘含量大幅度降低，其中湘晚秈12號、湘晚秈13號、H優(yōu)518、金優(yōu)59、金優(yōu)498等品種鎘含量均低于國家標準0.200 mg/kg，較對照品種降幅29.2%～45.3%，表現(xiàn)良好；重度污染區(qū)常規(guī)管理下，稻米鎘含量超標嚴重，對照品種最高達2.293 mg/kg，最低金優(yōu)59為1.074 mg/kg。VIP管理模式下，對照品種稻米鎘含量最高達0.563 mg/kg，應急性鎘低積累品種較對照降幅在56.6%～76.0%之間。

圖2 2016年應急性鎘低積累早稻品種大田驗證

圖3 2016年應急性鎘低積累晚稻品種大田驗證

總體上，通過推廣應急性鎘低積累水稻品種，基本能保證中輕度污染區(qū)稻米生產(chǎn)安全，重度污染區(qū)通過結(jié)合水分管理及酸度調(diào)整等栽培技術，能夠保證稻米鎘含量達到到國際標準，保證糧食安全。

3 結(jié)論與討論

作物對鎘的吸收和積累存在基因型差異，篩選鎘低吸收品種為在輕度鎘污染土壤上持續(xù)生產(chǎn)質(zhì)量安全產(chǎn)品提供了有效可行的途徑。截至2016年底，課題組面向社會廣泛征集雙季稻品種285個，共篩選出應急性鎘低積累水稻品種25個，其中早稻品種12個，晚稻品種13個，稻米鎘低積累特性優(yōu)于其他品種。

由于水稻對重金屬的吸收和積累存在基因型差異，同時也受環(huán)境影響，即基因型與環(huán)境因子共同影響水稻籽粒的重金屬含量[5]，對篩選得到的應急性鎘低積累水稻品種進行大田驗證，結(jié)果表明，通過推廣應急性鎘低積累水稻品種，基本能保證中輕度污染區(qū)稻米生產(chǎn)安全，但在重度污染區(qū)常規(guī)管理下，鎘低積累品種稻米鎘含量較對照品種低，但也嚴重超過國家標準，鎘低積累特性表現(xiàn)不顯著。通過結(jié)合水分管理及酸度調(diào)整等栽培技術，能夠保證稻米鎘含量達到國際標準，保證糧食安全。

參考文獻：

[1] 崔玉靜，趙中秋，劉文菊，等. 鎘在土壤-植物-人體系統(tǒng)中遷移積累及其影響因子[J]. 生態(tài)學報，2003，23（10）：2133-2143.

[2] 王凱榮. 我國農(nóng)田鎘污染現(xiàn)狀及其治理利用對策[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護，1997，16（6）：35-39.

[3] 串麗敏，趙同科，鄭懷國，等. 土壤重金屬污染修復技術研究進展[J].環(huán)境科學與技術，2014，37（S2）：213-222.

[4] 詹 杰，魏樹和，牛榮成. 我國稻田土壤鎘污染現(xiàn)狀及安全生產(chǎn)新措施[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2012，31（7）：1257-1263.

[5] 滕振寧，張玉燭，方寶華，等. 用AMMI雙標圖分析早稻稻米鎘含量的基因型與環(huán)境互作效應[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，2016，25（4）：692-697.

[6] 曾 翔. 水稻鎘積累和耐性機理及其品種間差異研究[D]. 長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學.

[7] GB/T 5009.15—2014，食品中鎘的測定[S].

[8] NY/T 1377—2007，土壤pH的測定[S].

[9] GB/T 17141—1997，土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法[S].

[10] GB/T 23739—2009，土壤質(zhì)量 有效態(tài)鉛和鎘的測定 原子吸收法[S].