易春麗，劉匯川，李海英，余 泓，劉湘軍，田發(fā)祥，謝運(yùn)河

（1. 祁陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 永州 426100；2. 湖南省農(nóng)業(yè)對(duì)外經(jīng)濟(jì)合作中心，湖南 長(zhǎng)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(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 農(nóng)田土壤重金屬污染防控與修復(fù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

耕地受重金屬污染，將直接導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量超標(biāo)，危害人類身心健康。近年來(lái)，我國(guó)“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?lái)，黨中央高度關(guān)注耕地污染修復(fù)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等生態(tài)文明建設(shè)，2020 年“中央一號(hào)”文件明確要求穩(wěn)步推進(jìn)農(nóng)用地土壤污染管控和修復(fù)利用。2014 年《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國(guó)土壤中砷的超標(biāo)率為2.7%，鎘的超標(biāo)率為7.0%，Cd、As 污染形勢(shì)嚴(yán)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(dá)，造成湖南農(nóng)田重金屬污染嚴(yán)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(duì)鎘、砷的吸收積累不同步，且各器官間的轉(zhuǎn)運(yùn)及分布皆存在極大差異[3-4]，不同品種對(duì)鎘砷的吸收積累存在較大差異[5]。因此，進(jìn)一步明確本地主栽水稻品種對(duì)鎘、砷的吸收積累差異，可為當(dāng)?shù)刂亟饘傥廴镜咎锏男迯?fù)治理以及鎘、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(yàn)地點(diǎn)位于祁陽(yáng)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(gè)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(hào)、C 兩優(yōu)386、C 兩優(yōu)87、深優(yōu)9595、Y 兩優(yōu)9918、 天龍一號(hào)、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(yàn)設(shè)計(jì) 采用田間小區(qū)試驗(yàn)，每個(gè)品種即1個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，共計(jì)45 個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積4 m×4 m=16 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)間以空行（0.8 m）隔開(kāi)。試驗(yàn)前先勻田，確保試驗(yàn)田塊土壤污染程度相對(duì)均勻，田塊平整，避免水分管理等農(nóng)藝措施引發(fā)的試驗(yàn)誤差。秧苗密度為234 株/小區(qū)。基肥施復(fù)合肥（N-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(dāng)?shù)亓?xí)慣。

1.3.2 取樣及樣品分析 試驗(yàn)前采集基礎(chǔ)土樣，用于土壤基本理化性質(zhì)分析。水稻成熟后測(cè)定各小區(qū)實(shí)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(jí)純，分析器皿均以10%硝酸溶液浸泡過(guò)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(wú)機(jī)砷含量采用6 mol/L HCl 浸提法[6]，并以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制。所有樣品鎘、砷含量均采用ICP-MS 法進(jìn)行測(cè)定（iCap-Q，美國(guó)Thermo 公司），其他指標(biāo)采用常規(guī)方法測(cè)定[7]。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)為3次重復(fù)平均值，運(yùn)用WPS 和SPSS 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(cè)定成熟期水稻產(chǎn)量結(jié)果表明（表1），15 個(gè)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(hào)、深優(yōu)9595 這3 個(gè)品種的產(chǎn)量顯著低于其他品種，而其余12 個(gè)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(cè)定成熟期水稻稻米鎘、砷含量結(jié)果表明（表1），15 個(gè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB2762—2017）中鎘、砷的限值（0.2 mg/kg），15 個(gè)品種的稻米鎘含量皆超標(biāo)，深優(yōu)9595、桃優(yōu)香占、C 兩優(yōu)87 和天龍一號(hào)4 個(gè)品種的稻米砷含量超標(biāo)。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(hào)、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(gè)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(hào)、Y兩優(yōu)9918、野香優(yōu)莉絲這7 個(gè)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(gè)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(cè)定成熟期水稻莖葉鎘、砷含量結(jié)果表明（表1），15 個(gè)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(yùn)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(yùn)至稻米的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)范圍為0.18～0.27，平均值為0.22，鎘從土壤轉(zhuǎn)運(yùn)至水稻莖葉的轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)至稻米的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)范圍為0.019～0.035，平均值為0.027，砷從土壤轉(zhuǎn)運(yùn)至水稻莖葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)范圍為0.18～0.35，平均值為0.25。稻米對(duì)鎘的富集系數(shù)范圍為0.67～1.30，平均值為0.94；稻米對(duì)砷的富集系數(shù)范圍為0.005～0.007，平均值為0.006?？梢?jiàn)，水稻不同部位的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)及富集系數(shù)皆遠(yuǎn)高于砷，且其轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)主要是在土壤至莖的過(guò)程。

表2 不同水稻品種的鎘砷轉(zhuǎn)運(yùn)及富集系數(shù)

圖1 15 個(gè)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(jìn)行聚類分析可知（圖1），15 個(gè)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(gè) 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(hào)、C 兩優(yōu)87 等其余品種，主要是稻米砷高鎘低的品種。15 個(gè)水稻品種只有1 個(gè)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(guò)田間試驗(yàn)方法，在鎘砷復(fù)合污染稻田對(duì)15個(gè)水稻品種的鎘砷累積特性進(jìn)行研究，結(jié)果表明，15個(gè)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(hào)、深優(yōu)9595 這3 個(gè)品種產(chǎn)量較低，存在減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)；15 個(gè)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(hào)、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(gè)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(hào)、Y 兩優(yōu)9918、野香優(yōu)莉絲7 個(gè)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(gè)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(fù)合污染地方進(jìn)行試種；根據(jù)稻米鎘、砷含量進(jìn)行聚類分析可知，15個(gè)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(gè)品種；第二類為鎘砷同步低積累類型，僅Y 兩優(yōu)9918 這1 個(gè)品種；第三類為砷高鎘低類型，有深兩優(yōu)5814、和兩優(yōu)1 號(hào)、C 兩優(yōu)87 等10 個(gè)品種。

種植鎘、砷低累積水稻品種是實(shí)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(xué)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(duì)鎘、砷的吸收積累呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)[9-10]。不同基因型的水稻植株對(duì)鎘、砷元素的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)存在較大差異[11]，全生育期水稻植株對(duì)鎘、砷的吸收積累總量總體表現(xiàn)為先增后降的 趨勢(shì)，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(duì)鎘、砷的分配也有較大差異，水稻吸收的鎘有2/3 儲(chǔ)存在莖葉，根系約占1/5，僅1/20 轉(zhuǎn)運(yùn)至糙米；水稻吸收的砷有2/3儲(chǔ)存在根系，1/3 的儲(chǔ)存在莖葉，僅1/50 積累在糙米中[4]?？梢?jiàn)，水稻對(duì)鎘砷的吸收積累在時(shí)間和空間上皆存在較大差異，這也導(dǎo)致了水稻吸收積累鎘砷存在多種類型。該研究中，通過(guò)對(duì)祁陽(yáng)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(gè)，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(fù)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(yàn)證。因此，需加強(qiáng)鎘砷同步低積累水稻品種的篩選和驗(yàn)證，并依托水稻鎘砷低積累新材料進(jìn)行品種創(chuàng)制及選育，以加快推進(jìn)輕度重金屬污染稻田的安全生產(chǎn)。