摘要：為了探究鎘污染下水稻的安全生產(chǎn)方式，采用小區(qū)試驗(yàn)，比較了50個(gè)水稻品種在湖南省鎘輕度污染地區(qū)的糙米鎘積累情況，并研究了噴施植物酵素對(duì)不同品種糙米鎘積累的影響。結(jié)果表明：不同品種水稻對(duì)鎘的吸收存在顯著差異，在考察的50個(gè)水稻品種中，泰優(yōu)390、隆香優(yōu)310、隆兩優(yōu)1988等品種檢測(cè)出的鎘含量顯著低于其他品種，可作為鎘輕度污染區(qū)域水稻安全生產(chǎn)的應(yīng)急品種；噴施生物酵素的試驗(yàn)結(jié)果表明，生物酵素對(duì)不同品種稻米鎘累積的影響存在顯著差異，施噴酵素可以使某些水稻品種中鎘含量降低至國(guó)家安全限值以下。

關(guān)鍵詞：大米鎘含量；鎘低積累；生物酵素；水稻

中圖分類(lèi)號(hào)：S511; X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2024）04-0023-04

Screening of Rice Cultivars with Low Cadmium Accumulation and Cadmium-Reducing"Effect of Enzymes

DING Fang-lin，ZHANG Zhao-hui，YAN Shu-ting，JIANG Fang-jun，DENG Yu-ping，F(xiàn)U Zi-xuan

（Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic， Changsha 410127， PRC）

Abstract：To explore the safe rice production under cadmium contamination， this study examined the cadmium accumulation in the brown rice of 50 cultivars grown in the areas with light cadmium contamination in Hunan Province and investigated the effects of spraying plant-derived enzymes on cadmium accumulation in the brown rice of different cultivars. The results showed that the cadmium uptake by rice varied significantly among different cultivars. Among the 50 rice cultivars studied， 'Taiyou 390'， 'Longxiangyou 310'， and 'Longliangyou 1988' had significantly lower cadmium content than other rice cultivars and could serve as emergency cultivars for safe rice production in the areas with light cadmium contamination. Spraying bioenzymes exerted significantly different effects on the cadmium accumulation in different rice cultivars. The cadmium content in some rice cultivars could be reduced to the level below the national safety limit by reasonable application of enzymes.

Key words：cadmium content in rice; low cadmium accumulation; bioenzymes; rice

近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)田土壤污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。其中，稻米中鎘、鉛、砷等重金屬含量的超標(biāo)問(wèn)題已引起公眾的廣泛關(guān)注[1]。湖南省礦產(chǎn)資源豐富，礦種較多，享有“有色金屬之鄉(xiāng)”之稱(chēng)，其中，鎘通過(guò)大氣沉降、污水灌溉、生物糞便等途徑進(jìn)入農(nóng)田土壤中，造成土壤鎘污染[2]。湖南省作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大省，鎘（Cd）污染問(wèn)題不容忽視。由于鎘在土壤中具有累積性和難降解性等特點(diǎn)，當(dāng)植物體內(nèi)積累過(guò)量鎘后，會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育產(chǎn)生嚴(yán)重影響，農(nóng)作物中的鎘會(huì)隨食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重危害，如腎毒性、骨毒性和致癌性[3-4]等。水稻是重要的糧食作物，水稻的安全生產(chǎn)受到了土壤鎘的威脅。因此，土壤重金屬污染及稻米鎘超標(biāo)問(wèn)題是亟待解決的問(wèn)題。目前降低農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量的有效措施主要有兩方面，一是選育重金屬低積累的水稻品種[5]；二是通過(guò)施加調(diào)控劑，抑制作物根系對(duì)重金屬的吸收。生物酵素是一類(lèi)特殊的生物活性物質(zhì)和生物催化劑，內(nèi)含多種微生物菌群，能有效分解土壤中殘留的化肥、農(nóng)藥等化學(xué)成分，施用生物酵素有助于改善土壤環(huán)境，緩解鎘污染，生產(chǎn)綠色、安全農(nóng)產(chǎn)品[6]。

湖南是水稻生產(chǎn)的適宜區(qū)域，自然條件優(yōu)越，稻作歷史悠久，水稻種植技術(shù)水平高，也是我國(guó)重要的大米生產(chǎn)基地[7]。由于礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)、金屬冶煉，農(nóng)田土壤受到了鎘等重金屬的污染，對(duì)稻米品質(zhì)安全造成了重大的威脅。薛濤等[8]對(duì)18個(gè)水稻品種對(duì)Cd的積累特性差異進(jìn)行研究，篩選出5個(gè)品種推薦為湖南地區(qū)中低Cd污染農(nóng)田適宜推廣的Cd低積累水稻品種；任樹(shù)友等[9]通過(guò)大田試驗(yàn)，研究了輕度鎘污染土壤種植21個(gè)水稻品種結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同品種稻米鎘含量及富集系數(shù)存在較大差異。課題組選用50個(gè)主栽水稻品種在湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院長(zhǎng)沙縣北山基地進(jìn)行了田間試驗(yàn)，對(duì)50個(gè)水稻品種的鎘積累特性進(jìn)行了比較，并研究了噴施植物酵素對(duì)糙米中鎘含量的影響，旨在篩選出鎘低積累的水稻品種，指導(dǎo)湖南省水稻安全生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)于2021年5—11月和2022年5—11月在湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院北山基地進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)域位于湖南省長(zhǎng)沙縣，隸屬于長(zhǎng)江中下游平原地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，四季分明，寒冷期短，炎熱期長(zhǎng)，降水充沛，年均氣溫18.1℃。

供試水稻品種50個(gè)，包括秈型三系雜交水稻28個(gè)秈型兩系雜交水稻22個(gè)，基本覆蓋了湖南省主栽的水稻品種，品種信息見(jiàn)表1。試驗(yàn)所用的植物酵素為湖南伊潤(rùn)生物科技股份有限公司生產(chǎn)的錫福牌農(nóng)用生物酵素。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先對(duì)北山基地試驗(yàn)田進(jìn)行了土壤性質(zhì)分析。測(cè)定土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀、pH值、土壤有機(jī)質(zhì)及土壤總鎘等。根據(jù)土壤理化性質(zhì)、水稻品種分布，在研究區(qū)內(nèi)共布設(shè)100個(gè)樣點(diǎn)，協(xié)同采集土壤和水稻樣品。2021年在北山基地開(kāi)展田間試驗(yàn)， 2022年進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。

試驗(yàn)區(qū)域面積為1 380 m2，耕層深厚，地勢(shì)平坦，排灌方便，陽(yáng)光充足，肥力較好且各區(qū)水平一致。按試驗(yàn)要求和是否施噴酵素將試驗(yàn)區(qū)均分為A（東）和B（西）2個(gè)大區(qū)，每個(gè)大區(qū)各690 m2，南北向設(shè)置田埂，用塑料薄膜覆蓋，防止串水串肥。兩大區(qū)按3 m×4 m規(guī)格分別設(shè)置50個(gè)小區(qū)，50個(gè)品種隨機(jī)直播在各小區(qū)。各小區(qū)做到單灌單排，避免串灌串排，小區(qū)外圍適當(dāng)設(shè)保護(hù)行。B區(qū)酵素施噴方法及用量：在分蘗期、抽穗期、灌漿期進(jìn)行，每次取酵素原液2 L稀釋10倍后噴施，3次共施6 L原液；A區(qū)噴等量清水。病蟲(chóng)害防治及其他各項(xiàng)田間管理措施保持一致，且符合生產(chǎn)要求，由專(zhuān)人在同一天內(nèi)完成。

1.3 樣品處理與測(cè)定

1.3.1 土壤中基本性質(zhì)及鎘含量的測(cè)定 試驗(yàn)點(diǎn)土壤樣品采集遵循隨機(jī)等量原則，以地塊為單位，采用S型5點(diǎn)取樣法取樣混合為一份樣品，將每份土壤樣品烘干，研磨過(guò)篩，烘干至恒重。采用水土比2.5∶1玻璃電極法測(cè)定土壤pH值，采用凱氏法測(cè)定全氮，采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定全磷，采用GB 9836—88《土壤全鉀測(cè)定法》測(cè)定全鉀，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮，采用NY/T 1121.6—2006《土壤檢測(cè)》測(cè)定速效磷、速效鉀和土壤有機(jī)質(zhì)的含量，采用GB/T 17141—1997《土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測(cè)定 石墨爐原子吸收分光光度法》進(jìn)行土壤鎘含量測(cè)定。

1.3.2 稻米中鎘含量的測(cè)定 稻谷收獲、曬干、脫粒后，采用四分法進(jìn)行取樣，每個(gè)處理取樣不少于400 g，經(jīng)礱谷機(jī)脫殼后，挑選成熟充分的糙米，用萬(wàn)能碾碎機(jī)打磨成糙米粉。米粉樣品過(guò)60目篩，于80℃烘箱中充分烘干后，精確稱(chēng)取0.3000 ± 0.002 g，依照 NY/T 1100—2006《稻米中鉛、鎘的測(cè)定石墨爐原子吸收光譜法》進(jìn)行測(cè)定。

試驗(yàn)所用試劑均為純優(yōu)級(jí)，試驗(yàn)用水均為超純水，并采用國(guó)家認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 Excel 與Origin 2017 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖像處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)點(diǎn)土壤性質(zhì)分析

試驗(yàn)分析得到土壤基本性質(zhì)如下：土壤有機(jī)質(zhì)21.40 g/kg，全氮1.38 g/kg，全磷0.92 g/kg，全鉀18.25 g/kg，速效磷20.34 mg/kg，速效鉀92.56 mg/kg。土壤鎘含量和pH詳見(jiàn)表2。從表2可以看出，北山基地試驗(yàn)田14個(gè)地塊土壤鎘含量整體在0.16～0.25 mg/kg之間，土壤pH在6.54～6.77之間。根據(jù)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》，土壤pH在6.5～7.5之間，鎘在水田中的風(fēng)險(xiǎn)篩選值為0.6 mg/kg，風(fēng)險(xiǎn)管制值為3.0 mg/kg，當(dāng)土壤中污染物含量等于或者低于規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值時(shí)，農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)低，一般情況下可以忽略。北山基地試驗(yàn)田鎘含量均低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，其土壤污染風(fēng)險(xiǎn)可以忽略。

2.2 不同水稻品種糙米鎘含量差異性分析

計(jì)算各水稻品種2021年和2022年測(cè)得的糙米鎘含量平均值，兩年糙米鎘平均含量結(jié)果見(jiàn)圖1、表3。由圖1和表3可知，50個(gè)主栽水稻品種的糙米鎘含量均≤0.11 mg/kg。其中，‘泰優(yōu)390’糙米鎘含量最低，為0.003 mg/kg，其次是‘隆香優(yōu)310’和‘隆兩優(yōu)1988’，糙米鎘含量分別為0.015 mg/kg和0.026 mg/kg，這3個(gè)品種的鎘積累能力最弱。與此相反，‘中漸優(yōu)8號(hào)’糙米鎘含量0.110 mg/kg、‘深兩優(yōu)475’糙米鎘含量0.093 mg/kg、‘Y兩優(yōu)1988’糙米鎘含量0.094 mg/kg、‘桂香優(yōu)玉占’糙米鎘含量0.098 mg/kg，這4個(gè)品種的鎘積累能力相對(duì)其他46個(gè)品種較強(qiáng)，由此可見(jiàn)，不同品種間的鎘積累能力差異顯著。

2.3 施加酵素對(duì)糙米中鎘含量的影響分析

植物酵素對(duì)糙米鎘含量的影響見(jiàn)表3。施加酵素后，大部分品種糙米中鎘含量都有所降低，平均降幅比例在33.83%。其中，‘鵬優(yōu)6377’降幅高達(dá)73.77%，‘晶兩優(yōu)1377’‘泰豐優(yōu)2213’‘隆兩優(yōu)1206’‘晶兩優(yōu)華占’降幅都超過(guò)了60%。但也有些品種施加酵素后，鎘含量不僅沒(méi)有下降，反而有一定程度的上升，如‘隆香優(yōu)310’ ‘恒兩優(yōu)19香’‘泰優(yōu)390’等。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，是否采取施加酵素降鎘的方式還需要根據(jù)生產(chǎn)用的水稻品種來(lái)決定。

3 討論與結(jié)論

徐燕玲等[11]對(duì)低鎘累積水稻品種的篩選方法進(jìn)行了研究，提出了不應(yīng)該根據(jù)類(lèi)型來(lái)篩選，而應(yīng)該根據(jù)品種來(lái)篩選。課題組在此基礎(chǔ)上，在保證盡可能相同的試驗(yàn)條件下，對(duì)50個(gè)不同水稻品種對(duì)鎘的吸收作用進(jìn)行了分析，通過(guò)湖南省北部長(zhǎng)沙縣北山基地試驗(yàn)和實(shí)地調(diào)查，檢測(cè)出該地區(qū)土壤均屬于鎘輕度污染，篩選出了‘泰優(yōu)390’‘隆香優(yōu)310’‘隆兩優(yōu)1988’等糙米鎘積累能力較弱的品種，建議該地區(qū)優(yōu)先種植上述水稻品種。

對(duì)50個(gè)不同水稻品種在施加酵素前后在降低水稻鎘積累方面的效果進(jìn)行分析。2021—2022年北山

基地的試驗(yàn)結(jié)果表明，不同水稻品種施噴酵素后對(duì)鎘積累的效果是不同的。如部分水稻品種如‘鵬優(yōu)6377’‘晶兩優(yōu)1377’‘泰豐優(yōu)2213’‘隆兩優(yōu)1206’‘晶兩優(yōu)華占’等有明顯降鎘效果，尤其是‘鵬優(yōu)6377’，其稻米降鎘率高達(dá)73.77%，建議在該區(qū)域種植這些品種的時(shí)候能施加酵素；但對(duì)有些品種，施噴酵素對(duì)水稻鎘積累沒(méi)有明顯作用。酵素對(duì)不同水稻品種降鎘的作用機(jī)理和適應(yīng)性還有待進(jìn)一步研究。

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（責(zé)任編輯：劉奇頎）

基金項(xiàng)目：湖南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳2021年農(nóng)業(yè)科研計(jì)劃項(xiàng)目（21NYT03）；湖南省自然科學(xué)基金科教聯(lián)合項(xiàng)目（2022JJ60070）

作者簡(jiǎn)介：丁芳林（1965-），男，湖南醴陵市人，教授，研究方向：生物化學(xué)與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。