輕度鎘脅迫下不同水稻品種籽粒鎘富集及產質量差異研究

何玉亭,李 浩,謝麗紅,鐘文挺,孫 娟,孫加威,張 成

(成都市農業技術推廣總站，四川 成都 610041)

隨著我國工農業的快速發展，農田和作物重金屬污染日趨嚴重，土壤污染導致農產品重金屬超標威脅到人類健康[1-2]。重金屬鎘為植物生長發育非必需元素，是毒性最強的重金屬元素之一[3]。推廣應用水稻安全品種被認為是當前解決鎘污染農田安全生產行之有效的途徑之一[4]。因此，本研究選取23個水稻品種，探討輕度鎘脅迫下不同水稻品種間籽粒鎘富集及產質量差異，篩選出低鎘富集高產水稻品種，為輕度鎘污染區安全種植生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地處于亞熱帶濕潤季風氣候區，岷江中上游川西平原西部。土壤類型為水稻土，土層深厚，地力水平中上，肥力均勻，灌溉排水條件良好。試驗前采集0～20cm耕層土樣，檢測結果表明：土壤pH值為6.38，總鎘含量為0.42mg/kg。根據國家《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB15618-2018)(代替95標準)，pH值小于6.5時鎘限量為0.4mg/kg，試驗地屬于輕度鎘污染土壤。

1.2 供試水稻品種

基于前期試驗成果，并結合成都市2018年主推水稻品種，選取川優6203、川作優8727、川作優1727等23個水稻品種。其中早熟品種2個，中熟品種5個，晚熟品種15個，具體如表所示。

表1 試驗地土壤鎘污染情況

表2 供試水稻品種及生長期情況

1.3 試驗設計

本試驗于2018年4月開始至2018年9月結束，試驗采取完全隨機區組設計，設置23個處理，每個處理3次重復，共69個小區，每個小區面積20m2，小區間留距50cm。試驗地塊周圍留足保護行。

1.3.1 底肥 所有處理水稻均用氯鉀型三元復合肥(15-15-15)35kg/667m2作底肥，肥料重金屬檢測結果符合國家要求，具體如表3、表4所示。

表3 肥料重金屬含量(mg/kg)

表4 肥料重金屬限量標準(mg/kg)

1.3.2 追肥 返青期每667m2用尿素(N 46%)6kg，拔節期667m2用尿素(N 46%)5kg、氯化鉀15kg作追肥。

栽培規格、種植密度、防病蟲、灌溉、曬田均按當地習慣與作物實際需求進行常規田間管理。

1.4 樣品采集及小區測產

由于各品種生育期有差異，每個品種成熟后及時采集水稻籽粒樣品。水稻籽粒每個品種取樣8穴(不取邊行)編號晾曬，自然風干，分別測定稻米重金屬鎘含量。

待籽粒取樣后，各小區單獨進行收割，現場測定產量(濕重)，利用水分檢測儀，檢測水稻籽粒水分含量，折算成標準水分含量后進行產量換算。

1.5 測定指標及方法

測定指標包括水稻籽粒鎘含量、土壤pH及全鎘含量。水稻籽粒鎘的測定參照《食品安全國家標準食品中鎘的測定》(GB/T5009.15-2003)，土壤鎘檢測參照國家標準《土壤質量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法》(GB/T 17141)，儀器使用德國耶拿火焰-石墨爐原子吸收光譜儀(jena-ZEEnit700P型)。采用賽多利斯(PB-10型)pH測量計測定土壤pH值(水土比為1∶2.5)。

1.6 水稻籽粒重金屬富集指數及質量安全水平評價方法

水稻籽粒鎘富集指數=籽粒鎘含量/土壤全鎘含量[5]

依據《食品安全國家標準》(GB2762-2017)和全國農產品產地土壤重金屬安全評估技術規定，水稻籽粒鎘質量安全水平采用單因子指數法計算得到，具體如下。

1.6.1 評價方法 評估方法采用農產品單因子指數法，農產品單因子指數計算公式如下：

式中：Ei為水稻籽粒中重金屬i的單因子指數；Ai為農產品中重金屬i的實測濃度；Si為農產品中重金屬i的限量標準值。

1.6.2 等級劃分 水稻籽粒鎘質量安全水平等級劃分為3個等級，具體如表5所示。

表5 農產品質量等級劃分依據

1.7 數據處理

所得數據用統計軟件DPS15.1進行方差分析和LSD多重比較，檢驗不同處理間差異的顯著性，用Microsoft Excel 2010進行圖表制作。

2 結果與分析

2.1 各水稻品種籽粒鎘含量及質量安全水平分析

如表所示，不同水稻品種(系)籽粒鎘平均含量存在差異，鎘平均含量變幅為0.081～0.474mg/kg，質量安全水平不一。超過標準限量值的有11個品種，包括嚴重超標品種2個，分別為9號和18號品種，輕微超標品種9個，其余12個品種籽粒鎘均不超標。鎘平均含量最低的品種為16號蜀優217，除與其中8個品種(2、3、4、7、17、19、20、22號)差異不顯著外，均顯著低于其余14個品種；鎘平均含量最高的為9號瀘優11092，除與18號德優4727差異不顯著外，均顯著高于其余21個品種。

表6 不同水稻品種籽粒鎘平均含量與質量安全水平

2.2 不同水稻品種產量及鎘富集系數差異

如表7所示，不同水稻品種的產量和鎘富集指數存在一定差異。產量變幅為484.1～624.8kg/667m2，均值為559.0kg/667m2，產量高于均值的品種有11個，其中以11號宜香優2115最高(624.8kg/667m2)，除與其他3個品種(川作優1727、德優4727、瀘優11092)差異不明顯外，均顯著高于其余品種，產量最低的為宜香優2084，僅484.1kg/667m2，除與瀘香優104和川作優619差異不大外，顯著少于其余品種。

鎘富集指數變幅為0.19～1.13，均值為0.51，以蜀優217鎘富集指數最低，除與7個品種(德香4103、川作優1727、旌優127、瀘香優104、旌優727、川作優6203、天優華占)差異不明顯外，均顯著小于其余品種；鎘富集指數最高的為瀘優11092，除與德優4727無明顯差異外，均顯著高于其余品種。

表7 不同品種水稻產量及鎘富集指數

2.3 水稻產量與籽粒鎘富集系數的相關關系

水稻籽粒鎘富集系數是反映水稻品種鎘富集能力的重要指標，在生產中水稻產量和鎘富集能力是影響水稻能否在鎘污染區種植的兩個重要因素[6]。為探明輕度鎘脅迫下水稻產量與鎘富集能力的相關性，以參試23個水稻品種產量與對應籽粒鎘富集系數進行了相關性分析(圖1)，結果表明，水稻產量與籽粒鎘富集系數之間不存在顯著相關性，說明水稻鎘的富集不會對產量造成明顯影響，在生產中可以通過選擇高產低鎘富集水稻品種用于鎘污染區種植。

產量(kg/667m2)圖1 水稻產量與鎘富集系數的相關性

2.4 水稻品種間(系)籽粒產量與鎘富集系數的聚類分析

選取產量與籽粒鎘富集系數兩個變量進行聚類分析，結果將參試水稻品種大致劃分為3個類型。第1類有3個品種，該類品種產量較低，包括1個富集能力較強品種(5號)和2個富集能力較弱品種(4號、12號)；第2類有16個品種，產量中等，下分3個亞組，1小組產量中等偏上水平，包括2個富集能力較強品種和3個富集能力較弱品種(17號、20號、21號)，2小組產量中等水平，包括2個富集能力較強品種(6號、14號)和3個富集能力較弱品種(13號、16號、19號)，3小組產量中等偏下水平，包括3個富集能力較強品種(1號、10號、22號)和3個富集能力較弱品種(3號、7號、15號)；第3類有4個品種，該類品種產量較高，包括2個富集能力極強品種(9號、18號)、1個富集能力較強品種(11號)和1個富集能力較弱品種(2號)。

圖2 水稻產量與鎘富集系數的聚類分析

3 結論

本試驗條件下，不同品種水稻產量、籽粒鎘含量及富集系數存在較大差異，其變幅分別為484.1～624.8kg/667m2、0.081～0.474mg/kg、0.19～1.13，最高值與最低值分別相差1.29倍、5.85倍、5.95倍，輕度鎘脅迫下水稻產量與籽粒鎘富集能力不存在顯著相關性。依據籽粒產量和籽粒鎘富集能力進行聚類分析，初步篩選出籽粒產量較高、籽粒鎘富集能力較弱品種1個(2號川作優1727)，產量中上、富集能力較弱品種3個(17號德香4103、20號川作優6203、21號蓉18優447)，產量中等、富集能力較弱品種3個(13號宜香優4245、16號蜀優217、19號岡優725)，可用于輕度鎘污染區種植。