易鎮(zhèn)邪 王元元 谷子寒 帥澤宇 屠乃美 陳平平

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，410128，湖南長沙）

土壤重金屬污染嚴(yán)重影響糧食生產(chǎn)[1]。近年來，湖南省尤其長株潭地區(qū)的稻田鎘污染問題備受關(guān)注，因此針對鎘污染對水稻的影響，在低鎘水稻品種篩選[2-3]、合理灌溉[4-5]和土壤調(diào)理[6-7]等方面開展了大量研究，形成了水稻“VIP”控鎘技術(shù)[8-9]。同時(shí)，也針對中重度鎘污染稻田開展了替代種植研究，如替代種植棉花[10]、苧麻[11]和桑樹[12]等。本課題組堅(jiān)持鎘污染稻田的糧食作物替代種植研究方向，研究了玉米對水稻季節(jié)性替代種植的產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益[13]，雙季玉米和雙季高粱對雙季稻的替代種植效應(yīng)[14]及其對土壤鎘動態(tài)與鎘移除效果的影響[15]。

確保糧食安全和提高食用油自給率是我國作物科技工作者的重要使命。油菜是我國重要的油料作物之一，是我國第一大經(jīng)濟(jì)作物，但是我國食用油自給率僅為38.1%[16]，提高油菜種植面積是提高食用油自給率的重要途徑。為此，本研究結(jié)合鎘污染稻田的糧食作物替代種植與提高我國食用油自給率2個(gè)重大命題，在中度鎘污染稻田開展大田試驗(yàn)，比較研究了油菜-中稻與雙季稻的生育期、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益以及各器官鎘含量，以期明確油菜-中稻種植模式對湘潭地區(qū)中度鎘污染稻田替代雙季稻種植模式的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015-2016年在湖南省湘潭縣易俗河鎮(zhèn)樟樹村進(jìn)行。試驗(yàn)田pH 6.11，基礎(chǔ)肥力：有機(jī)質(zhì)26.56g/kg，全氮1.55g/kg，全磷0.62g/kg，全鉀4.10g/kg，堿解氮 205.10mg/kg，速效磷 66.97mg/kg，速效鉀46.34mg/kg，全鎘0.86mg/kg。

設(shè)置2種種植模式：休閑-稻-稻和油菜-中稻。采用大區(qū)試驗(yàn)，不設(shè)重復(fù)，每個(gè)種植模式區(qū)面積為200m2。早稻品種為陵兩優(yōu)211，晚稻品種為威優(yōu)46，中稻品種為準(zhǔn)兩優(yōu)527，油菜品種為湘雜油518。油菜采取直播方式，2015年10月1日播種；水稻采用育秧移栽方式，早稻2016年3月24日播種，中稻2016年5月13日播種，晚稻2016年6月12日播種。水稻株行距：早稻16.7cm×20.0cm，中稻和晚稻20.0cm×20.0cm。施肥：水稻基肥為復(fù)合肥（N∶P∶K 為 22∶6∶12）600kg/hm2，追肥為尿素150kg/hm2；油菜基肥為復(fù)合肥600kg/hm2。其他管理同一般大田。

1.2 指標(biāo)測定與方法

1.2.1 水稻產(chǎn)量 于水稻成熟期，每個(gè)大區(qū)數(shù)連續(xù)的80蔸水稻，記錄有效穗數(shù)，計(jì)算單穴平均有效穗數(shù)，按照平均有效穗數(shù)取15穴帶回室內(nèi)（每5蔸為1次重復(fù)），考察每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，計(jì)算理論產(chǎn)量。同時(shí)，收獲100穴水稻，按照含水率13.5%折算實(shí)際產(chǎn)量，每個(gè)大區(qū)3次重復(fù)。

1.2.2 油菜產(chǎn)量 于油菜成熟期，取代表性植株15株（每5株為1次重復(fù)），考察每株總粒數(shù)和千粒重，計(jì)算理論產(chǎn)量。同時(shí)，收獲100株油菜，脫粒曬干后折算實(shí)際產(chǎn)量，每個(gè)大區(qū)3次重復(fù)。

1.2.3 作物地上部各器官鎘含量 于作物成熟期，收取植株樣品，水稻分莖、葉、穗和籽粒等部分，油菜分莖、籽粒和角果殼等部分，烘干后粉碎，過100目篩備用。采用硝酸-高氯酸高溫消解方法，使用Agilent 7900 ICP-MS檢測消化液中鎘含量[17]。

1.2.4 經(jīng)濟(jì)效益 計(jì)算2種種植模式下全年投入成本、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出與經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)成本包括農(nóng)資成本（化肥、農(nóng)藥和種子）、機(jī)械作業(yè)成本（耕地和收割等）和勞動力成本（播種、施肥和噴藥等）。復(fù)合肥單價(jià)2.60元/kg，尿素單價(jià)2.00元/kg；機(jī)械耕地單價(jià)1350.00元/hm2，機(jī)收單價(jià)1200.00元/hm2；人工以120.00元/d計(jì)算。農(nóng)產(chǎn)品單價(jià)：早稻谷、中晚稻谷和油菜籽單價(jià)分別為2.44、2.50和5.48元/kg。

2 結(jié)果與分析

2.1 生育期比較

由表1可知，在雙季稻模式中，早稻于3月24日播種，7月9日成熟，全生育期107d；晚稻于6月12日播種，10月17日成熟，全生育期127d；在油菜-中稻模式中，油菜于2015年10月1日播種，2016年5月11日成熟收獲，全生育期223d；中稻于5月13日播種，9月28日收獲，全生育期138d。從種植季節(jié)來看，湘潭地區(qū)種植雙季稻和油菜-中稻都是可行的，各模式下各種作物均可正常成熟。從本試驗(yàn)情況看，2種種植模式均可以選擇產(chǎn)量潛力更大的遲熟品種，尤其中稻品種生育期延長空間較大。

表1 2種種植模式的全生育期Table 1 The whole growth duration of two planting modes

2.2 產(chǎn)量比較

由表2可見，雙季稻模式下，早、晚稻產(chǎn)量分別為5233.7和6298.3kg/hm2；油菜-中稻模式下，油菜和中稻產(chǎn)量分別為1875.5和7531.0kg/hm2，其中，中稻產(chǎn)量較雙季稻模式下的早、晚稻產(chǎn)量分別高43.9%和19.6%。

表2 2種種植模式的作物產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 2 Yield and yield components of crops in two planting modes

2.3 經(jīng)濟(jì)效益比較

由表3可知，雙季稻模式的生產(chǎn)成本較高，兩季合計(jì)成本為20 595元/hm2；油菜-中稻模式合計(jì)成本為17 813元/hm2，較雙季稻模式低13.5%，其中，中稻成本與早、晚稻成本相當(dāng)，但油菜成本遠(yuǎn)低于水稻。

表3 2種種植模式的成本投入Table 3 Input of two planting modes 元/hm2 yuan/hm2

由表4可見，產(chǎn)值表現(xiàn)為中稻＞晚稻＞早稻＞油菜的趨勢，雙季稻模式總產(chǎn)值為28 515.9元/hm2，油菜-中稻模式總產(chǎn)值為29 105.4元/hm2，較雙季稻模式提高2.1%。純收入為中稻＞晚稻＞油菜＞早稻，雙季稻模式總純收入為7 920.9元/hm2，油菜-中稻模式的總純收入為11 292.4元/hm2，較雙季稻模式提高42.6%。從純收入角度來看，油菜-中稻模式完全可以替代雙季稻模式。

表4 2種種植模式的產(chǎn)值與純收入Table 4 Output values and net incomes of two planting modes

比較不同種植模式的總純收入與勞動力比值（表5）發(fā)現(xiàn)，油菜-中稻模式總純收入與勞動力比值遠(yuǎn)大于雙季稻模式，前者較后者高38.5%。從所獲得的純收入來看，油菜-中稻模式優(yōu)勢非常明顯。

表5 2種種植模式的總純收入與勞動力比值Table 5 Ratio of total net income to labour number of two planting modes

2.4 成熟期鎘含量比較

2種種植模式下，水稻成熟期各器官鎘含量見表6。根、莖、葉和穗等器官鎘含量一般表現(xiàn)為根＞莖＞葉＞穗的趨勢；早、中、晚稻的根、莖、葉和籽粒等器官鎘含量差異明顯，一般表現(xiàn)為晚稻＞中稻＞早稻的趨勢。早稻糙米鎘含量為0.43mg/kg，中稻為0.69mg/kg，晚稻為0.82mg/kg。油菜-中稻模式中，油菜成熟期各器官鎘含量表現(xiàn)為莖＞角果殼＞根＞籽粒，其中，油菜籽鎘含量為0.11mg/kg，在安全范圍內(nèi)。從農(nóng)產(chǎn)品鎘含量來看，油菜-中稻模式較雙季稻模式也是有優(yōu)勢的。

表6 2種種植模式中水稻成熟期鎘含量Table 6 Cd content of rice and rapseed maturity in two planting modes mg/kg

3 討論

近年來，鎘污染問題在一定程度上影響了我國的糧食生產(chǎn)，尤其南方各省的水稻生產(chǎn)，因此也出現(xiàn)了較多有關(guān)鎘污染稻田替代水稻的種植研究。

關(guān)于中重度鎘污染稻田的替代種植，湖南省開展了較多研究，先后提出了一些替代種植模式，比如種植棉花[10]、苧麻[11]和桑樹[12]等。稻田替代種植一定要以糧食安全為前提，同時(shí)要充分考慮替代作物的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景。近年來，湖南省苧麻和棉花產(chǎn)業(yè)萎縮，2種作物的種植面積已大不如前，蠶桑產(chǎn)業(yè)也一直萎靡，且其是深根性木本植物，會破壞稻田的土壤結(jié)構(gòu)，因此，實(shí)行鎘污染稻田的棉花、苧麻和桑樹替代種植顯然不是理想選擇。本課題組認(rèn)為，鎘污染稻田的替代種植應(yīng)以糧食作物為主。近幾年，本課題組堅(jiān)持鎘污染稻田的糧食作物替代種植研究方向，研究了玉米對水稻季節(jié)性替代種植的產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益[13]，雙季玉米、雙季高粱替代雙季稻種植的效應(yīng)[14]，以及土壤鎘動態(tài)與鎘移除效果[15]等，取得了一定的研究進(jìn)展。

在面臨糧食安全問題的同時(shí)，我國面臨更嚴(yán)重的食用油安全問題。有資料[16]顯示，我國食用油自給率僅為38.1%，且近年來又有所下降。我國的糧食安全問題備受關(guān)注，而人們對食用油安全問題的關(guān)注度較低。很多專家指出，我國必須大力發(fā)展油菜和花生等油料作物生產(chǎn)，以逐步提高食用油自給率。

基于以上2個(gè)方面的考慮，本研究結(jié)合鎘污染稻田的糧食作物替代種植與提高我國食用油自給率2個(gè)重大命題，在中度鎘污染稻田比較研究了油菜-中稻與雙季稻的生育期、產(chǎn)量、生產(chǎn)成本與經(jīng)濟(jì)效益以及各器官鎘含量，以期明確油菜-中稻對中度鎘污染稻田替代雙季稻種植模式的可行性。結(jié)果表明，雙季稻和油菜-中稻種植模式均能在10月20日前成熟，且中稻產(chǎn)量比雙季稻模式下的早、晚稻產(chǎn)量分別提高43.9%和19.6%，而其生產(chǎn)成本與早、晚稻相當(dāng)，但油菜成本遠(yuǎn)低于水稻；與雙季稻模式相比，油菜-中稻模式總產(chǎn)值提高2.1%，總純收入提高42.6%，純收入與勞動力比值提高38.5%；糙米鎘含量在0.43～0.82mg/kg之間，都超過了國家標(biāo)準(zhǔn)（0.20mg/kg），其中，中稻糙米鎘含量（0.69mg/kg）界于早、晚稻之間，油菜籽鎘含量為0.11mg/kg。因此，綜合比較2種模式的種植季節(jié)、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、純收入與產(chǎn)品鎘含量可得，油菜-中稻模式可作為鎘污染雙季稻區(qū)替代雙季稻的種植模式。油菜的加入對傳統(tǒng)雙季稻田土壤鎘動態(tài)及水稻鎘吸收積累必定會產(chǎn)生影響，但具體影響如何，目前尚未見報(bào)道，這需要開展多年定位試驗(yàn)予以探明。

關(guān)于水稻品種間鎘含量差異，前人已經(jīng)開展較多研究[2-3]，并篩選出了高、低鎘積累品種，但是有關(guān)同一塊稻田上不同季節(jié)水稻各器官鎘含量的比較研究報(bào)道不多。本研究初步比較了早、中、晚稻各器官的鎘含量差異，發(fā)現(xiàn)各器官（根、莖、葉、枝梗、空粒、谷殼、糙米、精米和糠層）鎘含量均呈現(xiàn)晚稻＞中稻＞早稻的趨勢，這給鎘污染稻田水稻生產(chǎn)季節(jié)的選擇提供了一些參考。但因?yàn)楸狙芯恐性?、中、晚稻僅采用了1個(gè)品種，所以此方面的研究還需多年多點(diǎn)試驗(yàn)予以驗(yàn)證。

4 結(jié)論

比較了雙季稻模式與油菜-中稻模式的種植季節(jié)、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、單個(gè)勞動力所得純收入與產(chǎn)品（籽粒）鎘含量，發(fā)現(xiàn)油菜-中稻模式的總產(chǎn)值、總純收入、總純收入與勞動力比值較高，中稻糙米鎘含量介于早、晚稻之間，油菜籽鎘含量僅為0.11mg/kg。綜合來看，油菜-中稻模式可作為鎘污染雙季稻區(qū)替代雙季稻的種植模式。