楊小粉 劉欽云 袁向紅 吳勇俊 鄭海飄 聶凌利 李翊君 張文 敖和軍*

（1湖南農業(yè)大學農學院/南方糧油協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙410128；2湖南省農業(yè)資源與環(huán)境保護工作站，長沙410125；3湖南省長沙縣農業(yè)和林業(yè)局，湖南長沙410100；第一作者：2285316669@qq.com；*通訊作者：aohejun@126.com）

鎘（Cd）是對人體毒性極強，極易被吸收的有毒元素，也是對人和動植物毒性大的重金屬元素之一[1]。水稻是我國重要的糧食作物，其產量高低和品質優(yōu)劣直接關系到整個國民經濟和人們的生活[2]，同時，水稻也是一種鎘積累能力較強的農作物。研究表明，進入人體的鎘食物來源中，大米占到40%，鎘可通過水稻進入食物鏈進而進入人體并且具有可積累性，達到一定劑量會危害人體健康[3]。因此，水稻鎘污染問題不容忽視。據調查，稻米鎘超標現象在我國各地均有發(fā)生，尤其是在湖南、廣東、廣西、福建、浙江等省份，超標率約在5%～15%[4]。如何控制水稻鎘污染并實現其安全生產已經成為一個非常重要的課題。

目前國內外關于水稻鎘污染研究主要集中在品種、品質和產量、土壤類型、土壤改良、pH、灌溉方式、施肥、栽培模式、鎘在水稻體內的轉運與分配、鎘耐性及其分子機制、水稻鎘脅迫條件下的水稻生理性狀及農藝學性狀和耐性機理等方面[5-9]。對于土壤鎘污染治理采取的方法主要集中在以客土法、換土法、深耕翻土法、電動力修復法等為主的工程措施[10]，但這些措施需花費大量的人力與財力，并且存在客土來源和污土去向這一難以解決的問題，因此不是理想的土壤鎘污染治理方法；以淋溶法、施用改良劑等方法為主的化學治理措施[11]，短時期內雖能起到降鎘的效果，但容易造成土壤二次污染，限制了該技術的推廣；以通過調節(jié)諸如土壤水分、土壤pH、氣溫、濕度等因素來改變土壤中Cd的活性，是降低其生物有效性，減弱鎘對植物的毒害作用的農業(yè)生態(tài)修復措施[8-9]，但該技術存在著不可操控，且單一改良技術對于不同污染程度土壤效果不一，導致該技術實施范圍受阻。而對于多種措施綜合治理鎘污染土壤方面的研究較少。為此，本課題組提出了VIP綜合降鎘技術[12]。為探究VIP降鎘技術在不同土壤污染程度下的適應性，在湖南省38個鎘污染區(qū)進行了大田小區(qū)試驗，以為重金屬鎘污染稻田的修復治理以及有效降低大米鎘含量提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2014年在湖南省38丘不同污染程度的稻田進行，將諸多田塊按整地前土壤鎘含量進行劃分，劃分標準如下：輕微（土壤全鎘≤0.3 mg/kg）、輕度（土壤全鎘0.3～0.6 mg/kg）、中度（土壤全鎘0.6～0.9 mg/kg）和重度（土壤全鎘＞0.9 mg/kg）。

表1 不同處理技術對米鎘含量及米鎘富集系數的影響

1.2 試驗材料

選用低鎘型水稻品種為試驗材料，早稻為株兩優(yōu)819或湘早秈32號，晚稻為湘晚秈13號或株兩優(yōu)996，以當地大面積推廣種植的品種為對照。

1.3 試驗處理

試驗設4個處理：對照（CK），采用當地品種，完全按照當地的常規(guī)栽培管理技術，即不施用任何土壤改良劑，水分管理為常規(guī)管理；種植低鎘積累品種（V），種植經湖南省農業(yè)委員會認定的低鎘型水稻品種，栽培管理技術同對照；科學管理水分和撒施石灰（IP），前期保持田間有水層，分蘗盛期露田不曬田，之后立即復水，籽粒灌漿期田間必須有淺水層，直至收割前7 d左右開始自然落干，分蘗末期每667 m2施用石灰60 kg；采用綜合技術（VIP），種植低鎘品種，其余同IP處理。

1.4 試驗設計

采用隨機區(qū)組設計，3次重復，小區(qū)面積30 m2。早晚稻在同一試驗田進行，并保持小區(qū)排列不變。各小區(qū)單排單灌，小區(qū)間留走道和灌排水溝。播種及移栽時間參考當地的農事季節(jié)，整個小區(qū)內采用人工除草，病蟲害按當地病蟲害情報進行防治，不打高濃度的藥劑，比常規(guī)的大田多噴幾次藥；不施用過磷酸鈣，施肥量及其他栽培管理措施參考當地的標準。

1.5 觀察記載項目

在早稻整地前，早、晚稻收獲時按5點取樣法采集稻谷和土壤樣品。土壤自然風干，稻谷烘干去糙后，粉碎，按GB/T5009.15-2003的方法測定土壤和大米鎘含量。

1.6 數據處理

采用Excel 2016和SAS 9.3統(tǒng)計分析軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 不同處理對米鎘含量及米鎘富集系數的影響

由表1可知，在早、晚稻的4種處理中，CK的大米鎘含量最高，分別為0.268 mg/kg和0.451 mg/kg，VIP處理米鎘含量最低，分別為0.183 mg/kg和0.329 mg/kg，比CK分別降低31.9%和27.1%。早稻V、IP處理米鎘含量與CK相比分別降低了10.8%和21.1%，IP、VIP處理與CK相比，米鎘含量存在顯著差異；晚稻V、IP處理與CK相比分別降低了17.6%和15.4%，V、IP、VIP處理米鎘含量與CK差異顯著?？梢?，與CK相比，V、IP、VIP處理均有降低米鎘含量的作用，鎘在稻米中的富集系數明顯降低，其中VIP處理效果最好。早稻IP、VIP處理與CK處理均存在顯著差異；晚稻V、IP、VIP處理與CK處理均存在顯著差異。同一處理早稻米鎘含量低于晚稻，晚稻米鎘的富集高于早稻。

2.2 不同處理技術對土壤全鎘含量及土壤pH的影響

由表2可知，與CK相比，V、IP、VIP處理對早、晚稻土壤全鎘含量無明顯影響。對于土壤pH值，早、晚稻中IP、VIP處理均與CK、V處理差異顯著，在一定程度上提高了土壤pH值，而V處理對土壤pH值影響小。同一處理條件下，早稻土壤全鎘含量高于晚稻，而土壤pH值低于晚稻。

2.3 不同處理技術在不同土壤污染下對米鎘含量的影響

由表3可見，V、IP、VIP處理技術在不同土壤污染條件下對米鎘含量的降低作用存在差異性。在土壤輕微污染條件下，與CK相比，早稻IP、VIP處理顯著降低了米鎘含量，其中IP處理降低幅度最大，達48.7%；晚稻以VIP處理效果最好，相比CK降低了45.0%，差異達顯著水平。輕度污染條件下，早稻各處理與CK相比雖有降低糙米鎘含量的作用，但差異不顯著；晚稻VIP處理降低幅度最大，達32.6%，與CK相比差異顯著。中度污染條件下，早稻VIP處理的降低幅度最大為

表2 不同處理技術對土壤全鎘含量及土壤pH的影響

表3 不同處理技術在不同土壤污染下對米鎘含量的影響

表4 不同處理技術在不同土壤污染條件下對早、晚稻土壤pH的影響

46.8%，與CK相比差異顯著；晚稻3種處理與CK相比差異不顯著。重度污染條件下，早、晚稻4種處理均有降低米鎘含量的作用，但差異不顯著。同一污染程度同一處理條件下，晚稻米鎘含量均高于早稻。

2.4 不同處理技術在不同土壤污染條件下對早、晚稻土壤pH的影響

由表4可知，同一土壤污染條件下，早稻各處理間土壤pH值差異不顯著。晚稻中，與CK相比，V、IP、VIP處理均提高了同種污染程度土壤的pH值。在輕微和中度污染土壤中，IP、VIP處理與CK差異達顯著水平；輕度污染中，VIP處理與CK、V處理差異達顯著水平，與IP處理差異不顯著；重度污染下，V、IP、VIP處理與CK相比pH值均有提高，但差異不顯著。由此可見，各種處理技術對晚稻的土壤pH影響較大，在同一污染程度同一處理條件下，早稻土壤pH值小于晚稻。

2.5 早、晚稻土壤鎘污染程度與米鎘含量的相關性

由圖1可知，早、晚稻米鎘含量與土壤鎘含量均呈顯著正相關，其決定系數分別為0.1822、0.3126。由此可見，米鎘含量與土壤的鎘污染程度有很大的關系。同時，當早、晚稻土壤鎘含量相同時，晚稻米鎘含量高于早稻，即晚稻米鎘含量隨土壤鎘含量升高而增加的幅度大于早稻，說明同一土壤鎘污染程度下，晚稻米對鎘的富集能力更強。

2.6 不同土壤污染條件下對照處理大米鎘含量富集系數的差異性比較

圖1 早、晚稻土壤鎘污染程度與米鎘含量的相關性

表5 不同土壤污染條件下對照處理米鎘含量富集系數

由表5可見，在不使用任何控制技術的情況下，隨著土壤污染程度的加重，大米鎘的富集系數呈現減小的趨勢，早、晚稻規(guī)律表現一致。在輕微土壤污染條件下，早、晚稻米鎘富集系數最大，分別為0.78 mg/kg、1.26 mg/kg，早稻輕微污染土壤中米鎘的富集系數與輕度、中度、重度污染土壤的富集系數差異達顯著水平，晚稻輕微污染與輕、中度污染條件下，大米鎘富集系數差異不顯著，與重度污染下米鎘富集系數的差異達顯著水平。在不同污染程度的土壤中，晚稻米鎘富集系數高于早稻。

3 結論與討論

由本試驗結果可知，早、晚稻V、IP、VIP處理都有降低米鎘含量的作用，其中以VIP處理效果較好，與CK相比分別降低了31.9%、27.1%，差異達顯著水平，這與沈欣等[13]的研究結果一致。同時，早稻米鎘含量低于晚稻，這是因為早稻糙米對鎘的富集能力弱于晚稻，因此從土壤轉運到早稻植株體內富集至糙米中的鎘較少。晚稻土壤pH值高于早稻，而土壤pH值與土壤中有效態(tài)鎘含量呈負相關[14]，所以同一處理晚稻土壤鎘含量低于早稻。在不使用任何控制技術時，土壤輕微污染條件下，早、晚稻米鎘富集系數最大，與輕度、中度、重度污染土壤差異達顯著水平。大米鎘的富集系數是隨著土壤鎘污染程度的增加而呈下降趨勢，早、晚稻表現一致。這說明水稻在低濃度范圍內鎘富集能力更強，這與龍小林等[15]的研究結果一致。同時，在不同污染程度的土壤中，晚稻米鎘隨土壤鎘含量升高的增加幅度大于早稻，即晚稻米鎘富集系數高于早稻。

V、IP、VIP處理對早稻以及晚稻的重度污染土壤pH影響不大，而在晚稻輕微、輕度、中度污染條件下，IP、VIP處理效果與CK差異顯著。由此可見，各處理對晚稻的土壤pH影響效果更顯著。在同一污染程度同一處理條件下，早稻土壤鎘含量高于晚稻，這是由于晚稻土壤pH高于早稻，而土壤中有效態(tài)鎘含量隨著土壤pH的升高而降低。

各處理在不同土壤污染環(huán)境中進行，米鎘的積累存在較大差異。由本試驗結果可知，早、晚稻米鎘含量隨土鎘含量的增加而增加，重度污染條件下米鎘含量最高，輕微條件下均表現為最低，輕度和中度污染條件下米鎘含量介于兩者之間。即稻米對鎘的吸收跟土壤的鎘污染程度有很大的關系，水稻種植污染區(qū)土壤環(huán)境的改善是降低糙米鎘含量的一個主要途徑。從農產品的質量安全方面考慮，在鎘污染嚴重的地區(qū)，應當選擇避害策略，可以采用農業(yè)生態(tài)工程技術，選用非食用作物代替水稻，從而控制食物鏈的污染危害。

綜合降鎘措施（VIP技術）對于不同程度鎘污染稻田的修復治理具有重要的意義，不同處理技術在不同的土壤污染程度下均有降低米鎘含量的作用。同時，也可使輕微、輕度稻田土壤污染條件下米鎘含量達到國家食品安全標準。對于中度、重度土壤污染區(qū)水稻米鎘含量降低的措施有待進一步研究。

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