綜合降鎘（VIP）技術對降低糙米鎘含量的影響研究

王蜜安　尹麗輝　彭建祥　聶凌利　李翊君　何杰　張文　敖和軍（湖南農業大學農學院，長沙　408；湖南省農業資源與環境保護管理站，長沙　40005；通訊作者：aohejun@6.com）

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綜合降鎘（VIP）技術對降低糙米鎘含量的影響研究

王蜜安1尹麗輝2彭建祥1聶凌利1李翊君1何杰1張文1敖和軍1*
（1湖南農業大學農學院，長沙410128；2湖南省農業資源與環境保護管理站，長沙410005；*通訊作者：aohejun@126.com）

摘要：以鎘低積累型水稻品種湘晚秈12號為試驗材料，采用隨機區組設計，于2013年在長沙、衡南、湘潭和湘陰的12個試驗點，比較了以VIP技術（V，Variety，選用低鎘型水稻品種；I，Irrigation，優化水分管理；P，土壤pH值，施用石灰以提高土壤pH值）為主的5種控制技術在不同成土母質和土壤污染程度下的應用效果。結果表明，5種控制技術在各試驗點的總效應中，以“VIP+Se”和“VIP+Se+Bi”的處理效果最為明顯，其糙米鎘含量均為0.15 mg/kg，與對照相比降鎘效果顯著。

關鍵詞：水稻；鎘；VIP技術；水分管理；pH；生石灰

鎘（Cadmium，Cd）是自然界一種很稀少且分布較分散的元素，它在隕石和地殼中的平均含量分別為2.4 mg/kg和0.2 mg/kg，也是一種主要的有害重金屬，土壤和水體中都含有微量鎘［1］。鎘在環境中活性較強，不易降解，易發生生物累積，且在植物體內具有隱蔽性。水稻（Oryza sativa L）是一種鎘積累能力較強的農作物［2］，所以鎘可通過水稻進入食物鏈，威脅消費者健康。近年來，由于工業“三廢”排放，城市生活污水和垃圾以及農藥、化肥的不合理使用，稻田土壤的重金屬鎘含量日益增加。據報道［3］，2010年，我國受鎘、鉛、砷等重金屬污染的土地面積已近2 000萬hm2，約占耕地總面積的五分之一。2012年，王靜等［4］報道，全國鎘嚴重污染土地已超過1.33萬hm2。在鎘污染農田中有5%～10%的面積嚴重減產，并且所產各類糧食均不宜食用［5-6］，這嚴重影響到我國的稻米數量和質量安全。根據國家標準GB2762—2012《食品中污染物限量》規定，稻米中鎘含量不得超過0.2 mg/kg，但據調查，稻米鎘超標現象在我國各地均有發生，尤其是在湖南、廣東、廣西、福建、浙江等省份，超標率約在5%～15%［2］。因此，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，國內外應對稻米鎘污染的方法有很多，有以客土和淋洗等方法為主的物理措施，有以往土壤中施加改良劑為主的化學措施，也有以分子育種和生物修復為主的生物措施，以及以改善栽培方式為主的農業措施和生態措施。從控制的程序來分大致可歸為三類：第一是從源頭修復治理被鎘污染的土壤；第二是從水稻品種入手，篩選鎘低積累型的水稻品種；第三是通過加工技術降低稻米及其產品的鎘含量。

本課題組自2010年起，先后開展了低鎘型水稻品種的篩選、水分管理的優化、生石灰的施用等技術措施對水稻吸收與累積鎘影響的研究，發現這些技術措施能降低鎘在水稻植株體內的富集與籽粒中的積累，并綜合提出了以VIP為核心的綜合降鎘技術體系（V，Variety，選用低鎘型水稻品種；I，Irrigation，優化水分管理；P，土壤pH，施用石灰以提高土壤pH）。于2013年通過了湖南省科技廳組織的成果鑒定（湘科成登字第：943Y2013055號）。為了研究VIP技術在不同條件下的適應性，筆者在湖南省內多個鎘污染區進行了小區聯合試驗研究。

1　材料與方法

1.1試驗材料

湘晚秈12號：系湖南省水稻研究所選育的1個中熟偏早晚秈優質新品種。該品種具有米質優、高產穩產，抗逆性好，適應性廣等優點。2001年通過湖南省農作物品種審定委員會審定，2003年通過國家農作物品種審定委員會審定［7］。

1.2試驗地及土壤情況

試驗地的成土母質及土壤背景全鎘含量見表1。

1.3試驗處理

試驗處理及主要內容見表2。

1.4試驗設計

隨機區組試驗設計，3次重復，小區面積為30 m2。6月中下旬播種，采用常規水育秧，秧齡25～30 d，移栽秧齡5.5～6.5葉期，移栽規格20 cm×20 cm，壯苗帶泥栽植；采用人工除草，不使用化學除草劑；小區間留走道和灌排水溝，小區間作埂，分小區單排單灌；按當地病蟲害情報進行防治，用足水量，不打高濃度藥劑，比常規大田管理要多打幾次藥；施肥量及其他栽培管理技術措施參考當地標準

表2　試驗處理名稱及主要內容

1.5VIP技術的操作規程

（1）石灰的施用：分蘗末期每667 m2施用生石灰60 kg，拌泥土60 kg施用（施用石灰時遮住對照區）。

（2）水分管理：長期保持田間有淺水層，不曬田，直至收割前7 d左右，自然落干。

（3）生物菌肥的施用：每667 m2施用75 kg生物菌肥，于移栽前作基肥施用。

（4）硒肥的施用：在始穗期和籽粒灌漿初期進行2次葉面噴施富硒營養調理液，每次每667 m2用量為5 g，對水30 kg，選擇晴天下午進行細噴霧。

1.6觀察記載項目

1.6.1土壤取樣

移栽前在每個試驗點的試驗田內隨機取3個樣品。

1.6.2成熟期植株取樣

每小區取5叢，齊泥割取，寫好標簽，每個樣品單獨裝袋。

1.6.3稻株樣品處理及鎘含量測定

取樣后，分成稻草和實粒兩部分，用105℃殺青30 min，75℃條件下用烘箱烘干后再用粉碎機粉碎。鎘含量的測定利用原子吸收分光光度計，根據GB/T 5009.15-2003的測定方法測定水稻糙米中鎘的含量。

1.7數據處理

采用Excel 2003和SAS 9.0統計分析軟件進行數據處理。多重比較采用LSD法。

2　試驗結果與分析

2.1各因素對米鎘含量的影響

從表3可見，3種成土母質之間、3種污染程度之間、6種處理之間以及成土母質和污染程度組合之間均存在極顯著差異，而其他組合效應之間無顯著性差異。

2.2不同控制技術對降低稻米鎘含量的影響

從表4可見，T1處理糙米中鎘含量最高，為0.22 mg/kg。T5和T6的處理效果較好，糙米中鎘含量最低，均為0.15 mg/kg，比對照降低了32%。T2、T3和T4處理相比對照降低幅度依次為9%、23%和14%。其中，T3、T5、T6與T1處理差異顯著，T5、T6處理與T1、T2、T4處理差異顯著，說明5種控制技術都有降低稻米中鎘含量的作用，其中以T5和T6處理效果較好。

表3　各因素對糙米Cd含量影響的方差分析結果

表4　5種控制技術對降低糙米Cd含量的影響（mg/kg）

表5　在對照處理下不同試驗點糙米Cd含量的比較（mg/kg）

2.3不同試驗點稻米鎘含量差異比較

從表5可見，試驗點HN5的糙米中鎘含量最高，達0.41 mg/kg，除XT8和XY11試驗點外，與其他地點均存在顯著性差異；試驗點XT7的糙米中鎘含量最低，為0.09 mg/kg，與部分試驗點之間存在顯著差異。說明在不使用任何控制技術情況下，稻米吸收鎘含量在地點間有很大差異，即跟試驗點的成土母質和土壤污染程度有關。從總體上來看，4個地區都以土壤中度污染條件下糙米鎘含量最高，長沙和衡南兩地以土壤重度污染條件下糙米鎘含量最低，湘潭和湘陰則以土壤輕度污染條件下糙米鎘含量最低。

2.4不同試驗點各控制技術對降低稻米鎘含量的比較效應

從表6可見，長沙3和T3組合對降低糙米中鎘含量效果最明顯，僅為0.08 mg/kg，而衡南5和T1組合的處理效果最差，糙米中鎘含量高達0.41 mg/kg，兩者相差0.33 mg/kg。說明所有組合中以VIP控制技術在成土母質為板頁巖的高度污染土壤條件下處理效果最好，而對照在成土母質為第四紀的中度污染條件下效果最差，其他組合介于兩者之間。

2.5相同試驗點不同控制技術處理對降低稻米鎘含量的影響

由表6可以看出，不同控制技術在相同試驗點對降低稻米中鎘含量具有差異性。在長沙縣成土母質為板頁巖條件下，無論土壤背景全鎘含量的高低，各處理相對于對照均沒有顯著性差異，說明各控制技術在成土母質為板頁巖的地區使用效果并不明顯。但各試驗點糙米中鎘含量大都低于0.2 mg/kg，說明長沙縣3個試驗點的稻米鎘污染程度并不嚴重。

衡南縣成土母質為第四紀紅壤，在土壤輕度污染條件下，各種控制技術相對于對照雖有降低稻米中鎘含量的效果，但差異均不顯著；在中度污染條件下，各處理具有降低稻米鎘含量的趨勢，但只有T5、T6處理與對照差異顯著；在重度污染條件下，除T2處理外，其他處理的鎘含量均低于T1處理，但與T1處理無顯著性差異，說明各種控制技術在輕度和重度污染的土壤條件下、成土母質為第四紀紅壤地區的處理效果不明顯，且生物菌肥Bi的施用反而可能增加稻米中的鎘含量。

湘潭縣成土母質為紫色砂，在土壤輕度和重度污染條件下，各種控制技術處理后反而有增加糙米中鎘含量的趨勢，但差異都不顯著，說明此技術不適用于這2個試驗點；而在中度污染條件下，5種處理相對于對照都降低了糙米中鎘含量，且除T2處理外，均有顯著性差異，其中以T5處理效果最好。

在湘陰縣成土母質為沖積土，土壤輕度和重度污染條件下，各處理與T1處理均無顯著差異，雖然有降低糙米鎘含量的趨勢，但VIP等控制技術的使用效果并不明顯；在中度污染條件下，各處理鎘含量都低于對照，且T5、T6處理與T1處理差異顯著，其中以T5處理效果最佳。

2.6相同控制技術在不同污染程度條件下對降低稻米鎘含量的影響

由表7可以看出，各處理在不同污染程度的土壤中進行，糙米中積累的鎘含量也具有差異。各處理在土壤中度污染條件下都表現為糙米鎘含量最高，在土壤輕度污染條件下都表現為糙米鎘含量最低，在重度污染條件下位于兩者之間。總體上，各控制技術相對對照均在一定程度降低了糙米鎘含量。在輕度污染的土壤條件下，以VIP為主的控制技術雖降低了糙米鎘濃度，但相互之間的作用效果基本無差異；在中度和重度污染的土壤條件下，以T5和T6處理的作用效果較好。

表6　同一試驗點不同控制技術處理對降低糙米中Cd含量的影響

表7　同一處理不同污染程度對降低糙米中Cd含量的影響

表8　同一處理不同成土母質對降低糙米中Cd含量的影響

2.7相同控制技術處理在不同成土母質條件下對降低稻米鎘含量的影響

表8表明，相同的處理條件下，成土母質不同，降低糙米中鎘濃度的作用效果也不同。T1和T5處理條件下，以在板頁巖和紫色砂進行的作用效果最好，沖積土次之，第四紀紅壤效果最差；T2處理條件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、紫色砂、沖積土、第四紀紅壤；T3處理條件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、紫色砂、沖積土、第四紀紅壤；T4處理條件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、沖積土、紫色砂、第四紀紅壤；T6處理條件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、紫色砂、第四紀紅壤、沖積土。

綜上可知，相同處理不同成土母質條件下，糙米中鎘濃度存在很大差異，各處理均以在板頁巖為成土母質的作用效果最好，以第四紀紅壤為成土母質的作用效果最差。土壤的成土母質跟VIP等控制技術作用效果密切相關，如往不同成土母質的土壤中施加石灰，作用效果不同，其作用機理有待進一步探討。

3　小結與討論

本試驗結果表明，5種控制技術都有降低稻米中鎘含量的作用，其中，生物菌肥Bi的處理與對照無明顯差異，“VIP+Se”或“VIP+Se+Bi”處理效果最好，這兩種技術的優劣有待進一步討論。

在不使用任何控制措施情況下，稻米吸收鎘多少在不同地點間有很大差異，即跟試驗點的成土母質和土壤背景全鎘含量有關。根據各地點的糙米鎘積累情況，可為低鎘水稻生產地點的選擇提供依據。但這種作用仍需從機理上進一步證實。

不同試驗點與各控制技術組合對降低稻米鎘含量的比較效應表明，以VIP控制技術在成土母質為板頁巖的高污染土壤條件下組合處理效果最好，而對照處理在成土母質為第四紀的中度污染土壤條件下處理效果最差，其他各組合介于兩者之間。

相同試驗點不同控制技術處理對降低稻米鎘含量的影響不同。在長沙縣3個試驗點的稻米鎘污染不是十分嚴重，大都低于0.2 mg/kg，但各種控制技術的使用效果不明顯；在衡南、湘潭和湘陰土壤為輕度和重度污染條件下，各種控制技術雖有降低糙米中鎘含量的趨勢，但差異都不明顯，故不適用于這些試驗點；在衡南中度污染條件下，“VIP+Se”和“VIP+Se+Bi”技術的處理效果為好，且單獨施用生物菌肥Bi反而有增加糙米中鎘含量的作用；在湘陰土壤中度污染條件下，“VIP+Se”和“VIP+Se+Bi”技術與對照相比有顯著差異，但以“VIP+Se”技術的效果最佳。綜合可知，“VIP+Se”技術對降低糙米鎘含量的作用較為明顯，但這也得視不同成土母質和土壤污染程度而定。“VIP+n”模式的處理效果有待進一步研究，生物菌肥Bi的作用也有待進一步證實。

各控制技術在不同污染程度的土壤中進行，糙米中積累的鎘含量也不同。各處理在土壤中度污染條件下都表現為糙米鎘含量最高，在土壤輕度污染條件下都表現為糙米鎘含量最低，在重度污染條件下位于兩者之間。土壤鎘污染程度如何影響VIP等控制技術的發揮仍需探討。

相同處理不同成土母質條件下，糙米中鎘含量存在很大差異，其中各處理均以板頁巖為成土母質的作用效果最好，大都以第四紀紅壤為成土母質的作用效果最差。成土母質如何影響VIP等控制技術的作用有待進一步討論。

參考文獻

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Effects of VIP Technology on Reducing Cadmium Content in Rice

WANG Mi'an1，YIN Lihui2，PENG Jianxiang1，NIE Lingli1，LI Yijun1，HE Jie1，ZHANG Wen1，AO Hejun1*
（1College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China；2Hunan Agricultural Resources and Environment Protection Station，Changsha 410005，China；*Corresponding author：aohejun@126.com）

Abstract：The cadmium pollution of rice become increasingly serious，which caused enormous threats to human health and agricultural production.In order to find an effective way to control the cadmium content in rice，to meet the national safety levels and to provide a theoretical basis for the subsequent test，this study took the low-cadmium accumulation rice Xiangwanxian 12 as the experimental material by applying the randomized blocks design to explore and compare with five control technologies including VIP［low cadmium species（variety）+reasonable irrigation（irrigation）+adjust the acidity（pH）］and 12 test points that have different soil parent materials and extent of soil contamination.The result showed that the effect of“VIP+Se”and“VIP+Se+Bi”treatment were better than other treatments，and the effects of cadmium reduction were significant compared with the control.

Key words：rice；cadmium；VIP technology；water management；pH；quick lime

中圖分類號：S511.048

文獻標識碼：A

文章編號：1006-8082（2016）01-0043-05

收稿日期：2015-08-25