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        鎘砷低積累水稻品種篩選

        2020-07-28 09:31:46易春麗劉匯川李海英劉湘軍田發(fā)祥謝運(yùn)河
        湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年6期
        關(guān)鍵詞:野香稻米平均值

        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(jì)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(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,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。“十八大”以來,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”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《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示,我國土壤中砷的超標(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(yàn)設(shè)計(jì) 采用田間小區(qū)試驗(yàn),每個品種即1個處理,每個處理3 次重復(fù),共計(jì)45 個小區(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。試驗(yàn)前先勻田,確保試驗(yàn)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(yàn)誤差。秧苗密度為234 株/小區(qū)?;适?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(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)行測定(iCap-Q,美國Thermo 公司),其他指標(biāo)采用常規(guī)方法測定[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(biāo)準(zhǔn)(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(biāo),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(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、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(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?,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(yàn)方法,在鎘砷復(fù)合污染稻田對15個水稻品種的鎘砷累積特性進(jìn)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(fēng)險(xiǎn);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(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(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(yùn)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(yùn)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(dǎo)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(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)。

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