不同類型土壤下水稻鎘的富集特征及與土壤鎘含量的關系

王 科，李 浩，張 成，鐘文挺，楊 勛

(成都市農業技術推廣總站，四川 成都 610041)

由于重金屬在食物鏈中的生物富集性對人體極具危害性[1]，因此重金屬造成的土壤及農產品污染問題日益成為人們關注的焦點[2]。重金屬在農田土壤中的存在會對農作物產生嚴重影響，而鎘是造成成都平原耕地土壤及農產品重金屬污染的主要污染物[3]。水稻作為成都平原種植面積最大的糧食作物，也是最易從土壤吸附重金屬的農作物[4-5]。水稻對鎘的富集作用是一個復雜的生理過程，目前針對水稻鎘吸附作用的研究較多[6-7]，但在不同類型水稻土下研究水稻鎘吸附特點的研究較少。因此，本研究在成都3種類型水稻土上分別種植20個水稻品種，研究不同類型水稻土上的鎘富集特征及水稻鎘吸收與土壤鎘的關系，探討影響水稻鎘富集的因素，從而為低吸附鎘水稻品種的篩選提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 土壤背景

本實驗為小區試驗，根據成都市2006～2009年耕地質量普查結果[8]，選擇我市具有代表性的灰棕潮田、沖積黃泥田、紫潮田土屬的3類水稻田為試驗田，其耕層土壤總鎘含量及pH值見表1。3個試驗田土壤全鎘含量均超過國家土壤環境質量二級標準(GB15618-1995)，屬于輕度鎘污染土壤。

表1 試驗前土壤總鎘含量及pH值

1.2 植物材料

參試水稻品種為適合成都種植的水稻品種，共20個，編號及具體水稻品種名稱見表2。

表2 試驗水稻材料編號及品種名稱

1.3 試驗方法

在2016年5月移栽水稻秧苗至各試驗田，各品種重復3次，小區隨機區組排列，小區面積為3m×2m，水稻株距和行距均為20cm，試驗田周圍設5行保護行，水稻種植管理按常規方式進行。水稻肥料用量：底肥施用三元復合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，返青期施用尿素(N46%)6kg/667m2；拔節期施用尿素5kg/667m2、氯化鉀15kg/667m2。所有試驗點肥料用量保持一致，期間未發生影響產量的病蟲害，水稻于2016年9月收獲。

1.4 測定方法與數據處理

試驗前采集試驗田耕層基礎土樣，水稻收獲時采集各小區耕層土壤及水稻籽粒樣品。土壤樣品風干過0.15mm塑料篩，籽粒樣品烘干粉碎后過0.15mm塑料篩。采用耶拿火焰-石墨爐原子吸收光譜儀(jena-ZEEnit700P型)測定樣品中鉛、鎘總量，塞多利斯(PB-10型)pH計測定土壤pH。運用Microsoft Excel 2010進行數據統計及圖表制作，運用統計軟件DPS15.1進行相關性分析。糙米鎘富集系數(AFA-土)=糙米中鎘的含量/土壤中總鎘含量。

2 結果與分析

2.1 不同類型稻田土壤中鎘的特征

從表3可知，不同類型的水稻土pH與全鎘含量、有效鎘含量間的相關關系一致。雖然各試驗稻田土壤的pH與全鎘含量均呈顯著正相關關系，但實際意義不大，因為土壤全鎘含量的高低不由土壤pH值決定，而是由鎘污染源決定。不同類型的水稻土全鎘含量與土壤有效鎘含量呈顯著正相關關系，在紫潮田上到達極顯著水平(r=0.865**)。不同類型水稻土的有效鎘含量與土壤pH呈負相關關系，其中灰棕潮田土與紫潮田土與土壤pH相關系數分別為-0.659*和-0.722*，到達顯著水平。這說明采取措施提高土壤pH可以降低有效鎘含量，而控制土壤鎘總鎘含量是影響土壤有效鎘的關鍵因素。

2.2 不同類型稻田土壤上水稻的鎘富集特征

本次水稻品種試驗的試驗田均呈輕度鎘污染，土壤鎘對水稻的各項生理指標及產量沒產生顯著影響。水稻收獲時對不同水稻品種及對應小區土壤進行一對一采樣，根據糙米及土壤全鎘含量計算每個品種的稻米鎘富集系數，以反映不同品種水稻的鎘富集能力。從表4可知，3種水稻土上稻米鎘的富集系數均呈正態分布，灰棕潮田土、沖積黃泥田土、紫潮田土上各水稻品種的鎘富集系數范圍分別為：0.381～0.848、0.417～0.881、0.267～0.642；從稻米鎘富集系數平均值來看，紫潮田土上稻米的鎘富集率最低，灰棕潮田土及沖積黃泥田土上稻米鎘富集系數分別比紫潮田土高35.9%、64.3%，這表明不同類型水稻土上稻米的鎘吸收富集能力差異較大。從水稻品種來看：灰棕潮田上鎘富集率較低的品種為川作6優177、粳稻、金優284；沖積黃泥田上為金優284、B優840、粳稻；紫潮田上為Ⅱ優498、富優21、粳稻。不同類型水稻土上水稻對鎘的富集能力不同，而粳稻在3種類型的水稻土上均有相對較低的鎘富集率。

表3 不同類型水稻土的pH值、全鎘及有效鎘間的相關關系

注：*表示在P<0.05水平上顯著相關；**表示在P<0.01水平上顯著相關.

表4 不同類型水稻土上稻米鎘富集系數的統計特征

2.3 不同類型稻田土壤的全鎘和有效鎘與水稻鎘吸收的關系

土壤中鎘的存在形式是衡量其生物毒性及環境效應的關鍵參數。從表5可知，稻米鎘含量與土壤全鎘含量及有效鎘含量均呈顯著正相關關系(P<0.05)，其中在沖積黃泥田土上稻米鎘含量與土壤總鎘含量呈極顯著正相關關系(r=0.827**)。在3種類型水稻土上，稻米鎘與土壤全鎘的相關系數均高于稻米鎘與土壤有效鎘的相關系數，這說明用土壤全鎘含量預測稻米鎘含量較為準確。

表5 稻米鎘含量與土壤全鎘及有效鎘的相關性

3 結論

(1)研究表明pH值對土壤有效鎘的影響較大[9]，本研究也證明適當提高土壤pH可以降低土壤有效鎘含量，而土壤總鎘含量是影響土壤有效鎘含量的關鍵因素。

(2)從20個水稻品種的鎘富集率統計結果可見，不同類型水稻土上稻米的鎘富集能力不同。灰棕潮田上鎘富集率較低的品種為川作6優177、粳稻、金優284；沖積黃泥田上為金優284、B優840、粳稻；紫潮田上為Ⅱ優498、富優21、粳稻。不同類型水稻土上水稻對鎘的吸收能力差異較大，因而生產上要因地制宜選擇水稻品種防控稻米的鎘污染，粳稻在三種類型的水稻土上均有較低的鎘富集率，適用性較強。當然本研究中篩選出的低鎘富集品種僅有一季數據作為支撐，需要進一步的試驗以確定其富集作用的穩定性。

(3)由于土壤有效鎘受土壤理化性質的影響較大，且本研究也表明稻米鎘與土壤全鎘的相關系數高于稻米鎘與土壤有效鎘的相關系數。因此，用土壤全鎘含量預測稻米鎘含量效果更佳。