粉壟耕作對稻谷富硒營養化及重金屬含量的影響

周靈芝　韋本輝　甘秀芹

摘要 以水稻品種特優582為試材，研究常規拖拉機耕作和粉壟耕作2種耕作方式對水稻富硒（Se）營養化及重金屬含量的影響。結果表明，粉壟耕作有利于提高水稻產量和經濟效益，分別提高了4.19%和6.36%；粉壟稻谷硒（Se）、鋅（Zn）元素含量分別增加了78.14%和15.99%；砷（As）、鉻（Cr）含量比對照下降；鉛（Pb）、總汞（Hg）、鎘（Cd）含量比對照增加，其含量在國家標準限量范圍內。因此，粉壟耕作稻田對稻谷產生的營養性影響利大于弊。

關鍵詞 粉壟耕作；水稻；富硒；重金屬

中圖分類號 S341.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）14-0007-03

Abstract The rice variety of Teyou 582 was chosen as the experimental material to research the effects of two tillage methods（conventional and smash-ridging tillage）on selenium nutrition and the heavy metal contents of rice.The results showed that smash-ridging tillage was beneficial to improve the yield and economic benefit of rice，which increased by 4.19% and 6.36% respectively. The contents of Se and Zn increased by 78.14% and 15.99% respectively.The contents of As and Cr decreased，and the contents of Pb，total Hg and Cd increased compared with the control，but were within the limits of national standards. Therefore，the nutritional effects of smash-ridging tillage on rice production has more advantages than disadvantages.

Key words smash-ridging tillage；rice；selenium nutrition；heavy metals

礦物質是構成人體組織和維持正常生理功能必需的各種元素的總稱。礦物質按人體所需的多少可分為常量元素如鈣、鎂、鉀等和微量元素如硒、鋅、鐵等[1]。人體中的礦物質無法自身產生，只能從食物里攝取；而食物中除了含有必需營養元素外可能還含有危害人體的重金屬元素，如鎘、鉛、鉻等。稻米是我國大部分人民的主要口糧，其營養元素構成與人體健康緊密相聯。水稻與其他作物相比，較易從土壤中吸收和積累重金屬[2]，并最終隨食物鏈進入人體，威脅人們健康及生命。因此，其土壤-水稻系統中重金屬污染的研究備受關注[3]。土壤中重金屬的生物有效性與土壤重金屬含量、pH值、Eh值、有機質、微生物及其他共存重金屬元素及根分泌物等因素有關[4-6]，還受施肥、灌溉、耕作方式等農業管理措施的影響[7-8]。常同舉等[9]研究表明，耕作方式主要通過影響土壤pH值而影響土壤重金屬的有效量及水稻重金屬的含量；湯文光等[10]認為冬種模式有促進消減土壤部分重金屬污染的趨勢，并能一定程度降低糙米Cd、Pb含量。粉壟栽培技術是廣西農業科學院經濟作物研究所韋本輝團隊的一項新發明，該技術利用粉壟機械對耕地進行不同深度的耕作，土壤粉碎均勻一致且下層生土不上翻。韋本輝等[11]研究發現粉壟耕作后水稻土壤中的銅、鋅等微量元素含量增加。粉壟耕作是一種新式耕作方法，其在農作物產量方面已有較多的研究[12-19]，但對水稻中硒等營養性元素及重金屬含量的影響則未見報道。本文通過大田試驗研究，初步了解粉壟耕作對水稻稻谷硒等營養性元素及重金屬含量的影響，以期為粉壟水稻安全生產提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2016年上半年在廣西南寧市西鄉塘區壇洛鎮同富村進行。試驗土壤屬第四紀紅土發育的黃泥田，前作為水稻，其基本理化性狀見表1。供試水稻品種為特優582（桂審稻2009010號），由廣西農業科學院水稻所提供。供試肥料為硫酸鉀型復合肥（純N、P2O5、K2O含量均為15%，挪威雅苒國際有限公司產，4.4元/kg）、鉀肥（K2O含量60%，加拿大產，3.6元/kg）、尿素（純N含量46%，廣西河池化工股份公司產，2.7元/kg）。

1.2 試驗設計

試驗設4個處理，即粉壟耕作不施肥（A0）；粉壟耕作常規施肥（A1）；常規拖拉機耕作不施肥（CK0）；常規拖拉機耕作常規施肥（CK1）。試驗隨機區組排列，3次重復，小區面積32 m2（4 m×8 m）。粉壟耕作采用廣西五豐機械有限公司的自走式粉壟深耕深松機械在干田時進行粉壟耕作整地，深度28 cm，移栽前1 d灌水至干土吸飽水并保持水深3 cm左右；移栽前1 d進行常規耕作，即在稻田灌水后用傳統拖拉機一次性進行漿耙耕作，深度15 cm。小區之間筑田埂，田埂用塑料薄膜深入田土犁底層之下后雙面包裹，防止肥水滲流；重復之間及試驗區周圍設排灌水溝，每小區實行單排單灌。

1.3 試驗實施

處理A0、CK0不施肥；處理A1、CK1按常規施肥，施肥水平為純N 225.0 kg/hm2、P2O5 112.5 kg/hm2、K2O 270.0 kg/hm2；其中基肥施復合肥630.0 kg/hm2，傳統種植的拖拉機耙田時施入，粉壟整地的在稻田回水后施入；第1次追肥（混施稻田除草劑）在插秧后7 d，施用尿素120.0 kg/hm2、氯化鉀120.0 kg/hm2；第2次追肥在插秧后12 d，施用尿素124.5 kg/hm2、氯化鉀142.5 kg/hm2；第3次追肥在幼穗分化前7 d（5月12日），施用復合肥120.0 kg/hm2。

水稻3月14日播種，采用塑盤漿播育秧；4月6日秧苗3葉1心時拋秧，人工精確至960蔸/小區（拋栽密度為30萬蔸/hm2），2～3苗/蔸；常規管理，除施肥外所有的田間管理措施一致，7月12日收獲。

1.4 測定內容與方法

在試驗進行耕作前，按標準取土樣（采樣深度為0～15 cm），粉壟耕作后再取樣1次（采樣深度為0～28 cm），均采用梅花五點取樣法，充分混合后采取四分法留取1 kg送農業部甘蔗品質監督檢驗測試中心（南寧）檢測土壤養分及重金屬含量。水稻收獲后從各處理小區混合樣中取稻谷1 kg送廣西益譜檢測有限公司檢測稻谷中硒等營養性元素含量及重金屬含量。

2 結果與分析

2.1 粉壟耕作對稻田土壤主要理化性狀的影響

從表1可以看出，粉壟后土壤中有效硼和鉛含量較粉壟前分別下降10.0%和2.4%；全硒、有效鋅、總砷、總鉻、總汞和鎘的含量粉壟后比粉壟前有所增加，增幅為2.9%～20.5%，可能是這些（類）重金屬經多年耕作后沉積在犁底層，經粉壟耕作激活釋放，含量上升。

2.2 粉壟耕作稻田活化土壤對稻谷硒等營養元素含量的影響

從表2可以看出，處理A1稻谷中硒含量為0.097 8 mg/kg，較CK1稻谷硒含量（0.054 9 mg/kg）增加0.042 9 mg/kg，增幅78.14%。處理A0稻谷硒含量為0.098 7 mg/kg，較CK0的硒含量（0.092 3 mg/kg）增加0.006 4 mg/kg，增幅6.93%。

處理A1稻谷鋅含量13.13 mg/kg，較CK1稻谷鋅含量（11.32 mg/kg）增加1.81 mg/kg，增幅15.99%。處理A0稻谷鋅含量為12.37 mg/kg，較拖拉機耕作不施肥處理（CK0）的鋅含量（13.34 mg/kg）減少0.97 mg/kg，降低7.27%。

2.3 粉壟耕作稻田活化土壤對稻谷重金屬含量的影響

2.3.1 重金屬含量降低。從表2可以看出，處理A1稻谷總砷含量0.33 mg/kg，較CK1的含量（0.53 mg/kg）減少0.2 mg/kg，降低37.74%；處理A0稻谷總砷含量為0.24 mg/kg，較CK0的含量（0.34 mg/kg）減少0.1 mg/kg，降低29.41%。處理A1稻谷鉻含量1.8 mg/kg，較CK1的含量（1.90 mg/kg）減少0.1 mg/kg，降低5.26%。處理A1稻谷硼含量3.24 mg/kg，較CK1稻谷硼含量（4.80 mg/kg）減少1.56 mg/kg，降低32.50%。處理A0稻谷硼含量為3.78 mg/kg，較CK0的硼含量（3.87 mg/kg）減少0.09 mg/kg，降低2.33%。在不施肥處理中，粉壟空白（A0）稻谷的總汞、鎘、鉛含量均較空白對照（CK0）的含量下降，降低40.00%～78.24%。

2.3.2 重金屬含量增加。從表2可以看出，處理A1稻谷總汞含量0.006 0 mg/kg、鎘含量0.005 1 mg/kg，分別較CK1增加17.647 1%、6.250 0%，但均未超過國家糧食衛生標準《食品中污染物限量》（GB2762—2012）規定的指標（糙米汞限量 ≤0.02 mg/kg、鎘限量≤0.1 mg/kg）。

鉛含量在CK1中未檢測到，在處理A1稻谷中含量為0.006 3 mg/kg，在國家糧食衛生標準《食品中污染物限量》（GB2762—2012）規定的安全指標范圍內（糙米鉛限量 ≤0.2 mg/kg）；處理A0稻谷鉛含量為0.015 mg/kg，較CK0的鉛含量（0.025 mg/kg）減少0.01 mg/kg，減幅為40.0%。

2.4 粉壟耕作稻田的效益

從表3可以看出，處理A1稻谷的產量和產值分別為6 268.50 kg/hm2、15 044.40元/hm2，較CK1增加4.19%，經濟效益較CK1增加6.36%；空白不施肥時，粉壟水稻的產量、產值和經濟效益比常規耕作都增加了7.97%。這與韋本輝等[20]在粉壟整地不施肥種植的玉米、花生比拖拉機整地的產量增加12%、8%的結果相一致。

3 結論與討論

研究結果表明，粉壟耕作后水稻的產量、經濟效益增加，這對農民的增產增收有重要意義。分析粉壟耕作稻田對稻谷產生的影響，營養性元素總體水平提高，部分有害元素如砷、鉻含量下降，且砷含量降低幅度達37.74%；也有有害重金屬元素可能被活化，使稻谷中的重金屬含量增加，如汞、鎘含量有所提高，但增幅都在20%以下，其中鎘為6%左右；其含量在國家標準限量范圍內。因此，粉壟耕作稻田對稻谷產生的營養性影響利大于弊。

研究表明，水稻對不同重金屬元素的吸收、水稻植株不同器官對重金屬的吸收和積累也均有差異。仲維功等[21]通過比較不同重金屬元素的富集系數后得出，水稻植株對 4 種重金屬元素吸收富集和遷移能力的大小順序為 Hg>Cd>Pb>As。王世華等[22]在重金屬復合污染條件下的研究顯示，籽實對重金屬元素富集系數為 Cd>Zn>Cu>Pb。葉秋明等[23]通過對15個水稻品種的研究發現，Cd在水稻植株中的分布遵循根系>莖葉>籽粒的規律。劉建國等[24]的研究則認為，水稻抽穗后，根系對重金屬Pb的富集量增加很少，而莖葉對Pb的富集量繼續增加，致使水稻根系、莖、葉片之間重金屬Pb的平均濃度從抽穗期的60∶5∶1縮小至成熟期的19.4∶2.9∶1.0。前人研究還表明，農藝調控措施也可以影響水稻對重金屬的吸收。沈 欣等[25]發現低鎘積累品種種植、全生育期淹水灌溉和施用生石灰調節土壤pH值3種農藝調控措施組合降低水稻吸收與累積鎘的效果最佳，與對照相比，3種措施組合處理的糙米鎘含量降低了61.5%，稻殼鎘含量降低了70.9%。

本試驗中，粉壟后土壤中硒、鋅、汞、砷、鉻和鎘等元素含量上升，但由于受上述種種因素的影響，最終各個元素在稻谷中累積的表現各有不同。粉壟耕作的稻谷硒、鋅含量均比對照增加，表明粉壟土壤在增加硒、鋅含量的同時，稻谷也增加了對硒、鋅元素的吸收。硒是一種與人體多種疾病相關的、非常重要的必需微量元素之一，被國內外科學家們譽為人類“抗癌之王”“長壽元素”等[26]；鋅也是人體必需的微量元素之一，被醫學界、營養學界稱為“生命之花”“智能元素”[27]。粉壟稻谷中硒、鋅含量增加，對人體健康非常有益。

粉壟稻谷中硼的含量下降，與粉壟土壤中硼元素含量下降的表現相一致。硼元素在自然界廣泛存在，1995年FAO/WHO把硼分類為人體可能必需元素。微量硼可以促進人體的新陳代謝，但過量的硼攝入會引起中毒甚至死亡，WHO推薦成人日攝入量安全范圍為1～13 mg[28]。本試驗中粉壟耕作后稻谷硼含量下降，這對人類是利是弊尚待醫學界進一步論證。

本試驗中，粉壟后土壤和稻谷中中汞、鎘元素的變化趨勢一致，即粉壟后其含量均較對照增加；而砷、鉻的變化則不一致：粉壟土壤砷、鉻含量較對照增加，但粉壟稻谷的砷、鉻含量則較對照下降。這可能與重金屬元素的特性、水稻各器官對重金屬元素的吸收差異、環境條件等因素的單一或相互作用有關。今后，粉壟耕作應針對不同作物種類對不同重金屬元素在土壤—作物的遷移、作物各器官的吸收、富集等動態變化進行多年定位追蹤，以進一步明確粉壟耕作后重金屬元素對作物產品安全性、營養性的影響。

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