鎘砷低積累水稻品種篩選

易春麗，劉匯川，李海英，余 泓，劉湘軍，田發祥，謝運河

（1. 祁陽縣農業農村局，湖南 永州 426100；2. 湖南省農業對外經濟合作中心，湖南 長沙 410005；3. 湖南省農業環境生態研究所，農業部長江中游平原農業環境重點實驗室， 農田土壤重金屬污染防控與修復湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410125）

耕地受重金屬污染，將直接導致農產品重金屬含量超標，危害人類身心健康。近年來，我國“鎘米” “鎘麥”等重金屬污染事件頻發，引起人們的普遍憂慮?！笆舜蟆币詠?，黨中央高度關注耕地污染修復、農產品質量安全等生態文明建設，2020 年“中央一號”文件明確要求穩步推進農用地土壤污染管控和修復利用。2014 年《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國土壤中砷的超標率為2.7%，鎘的超標率為7.0%，Cd、As 污染形勢嚴峻。

湖南是有色金屬之鄉，礦產品采選冶煉產業發達，造成湖南農田重金屬污染嚴重，稻田鎘砷污染尤為突出。尤其在稻田淹水—落干的特殊生境中，受Eh 值、pH 值等因素的影響，鎘砷表現出完全相反的行為特征[1-2]。加之，水稻對鎘、砷的吸收積累不同步，且各器官間的轉運及分布皆存在極大差異[3-4]，不同品種對鎘砷的吸收積累存在較大差異[5]。因此，進一步明確本地主栽水稻品種對鎘、砷的吸收積累差異，可為當地重金屬污染稻田的修復治理以及鎘、砷低積累水稻品種的篩選提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗地點位于祁陽縣白水鎮新華村，供試土壤pH 值5.33，土壤全鎘含量0.62 mg/kg；土壤總砷含量28.2 mg/kg。

1.2 供試水稻

15 個水稻品種分別為隆兩優華占、晶兩優1212、深兩優5814、隆兩優1988、和兩優1 號、C 兩優386、C 兩優87、深優9595、Y 兩優9918、 天龍一號、荃優絲苗、桃優香占、野香優絲苗、泰優390、野香優莉絲。

1.3 研究方法

1.3.1 試驗設計 采用田間小區試驗，每個品種即1個處理，每個處理3 次重復，共計45 個小區，小區面積4 m×4 m=16 m2，隨機區組排列，小區間以空行（0.8 m）隔開。試驗前先勻田，確保試驗田塊土壤污染程度相對均勻，田塊平整，避免水分管理等農藝措施引發的試驗誤差。秧苗密度為234 株/小區?；适秃戏剩∟-P2O5-K2O 比例為15-15-15）750 kg/hm2，插秧10 d 后追施尿素150 kg/hm2。水分管理：前期淹水，分蘗盛期曬田5 d 左右，后期采用干濕交替。病蟲害防治及其他管理措施參照當地習慣。

1.3.2 取樣及樣品分析 試驗前采集基礎土樣，用于土壤基本理化性質分析。水稻成熟后測定各小區實際產量。水稻成熟后采集水稻植株和稻谷作樣品，植株樣品經烘干后粉碎，稻谷曬干后去糙粉碎。分析所用試劑均為優級純，分析器皿均以10%硝酸溶液浸泡過夜，以去離子水洗凈。土壤全鎘采用HNO3-HClO4-HF（5 ∶1 ∶2，V/V）消煮，樣品消煮完全后趕酸至近干，加少量稀硝酸溶液溶解后轉移定容，水稻糙米鎘以及植株鎘、砷采用HNO3-H2O2（5 ∶2，V/V）微波消煮，糙米無機砷含量采用6 mol/L HCl 浸提法[6]，并以標準物質進行質量控制。所有樣品鎘、砷含量均采用ICP-MS 法進行測定（iCap-Q，美國Thermo 公司），其他指標采用常規方法測定[7]。

1.3.3 數據處理與統計 試驗數據為3次重復平均值，運用WPS 和SPSS 軟件進行統計分析，采用Origin 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同水稻品種的產量差異

測定成熟期水稻產量結果表明（表1），15 個水稻品種的平均產量為7 962.20±352.45 kg/hm2，不同水稻品種間產量差異顯著，最高的是隆兩優華占，為8 978±620 kg/hm2；最低的是野香優絲苗，為5 989± 357 kg/hm2；隆兩優華占的產量比野香優絲苗高49.91% （P＜0.05）；野香優絲苗、天龍一號、深優9595 這3 個品種的產量顯著低于其他品種，而其余12 個品種的產量皆高于平均產量。

2.2 不同水稻品種稻米及莖葉鎘砷含量差異

測定成熟期水稻稻米鎘、砷含量結果表明（表1），15 個品種的稻米鎘含量平均值為0.58±0.07mg/kg，稻米砷含量平均值為0.18±0.02 mg/kg。根據食品安全國家標準（GB2762—2017）中鎘、砷的限值（0.2 mg/kg），15 個品種的稻米鎘含量皆超標，深優9595、桃優香占、C 兩優87 和天龍一號4 個品種的稻米砷含量超標。與稻米鎘、砷含量平均值相比，深優9595、Y 兩優9918、天龍一號、荃優絲苗、桃優香占、野香優絲苗、泰優390、野香優莉絲這8 個品種的稻米鎘含量低于平均值，而隆兩優華占、晶兩優1212、深兩優5814、隆兩優1988、和兩優1 號、Y兩優9918、野香優莉絲這7 個品種的稻米砷含量低于平均值，僅Y 兩優9918 和野香優莉絲這2 個品種的稻米鎘、砷含量皆低于平均值。稻米鎘含量最高的是晶兩優1212，為0.81±0.09 mg/kg；含量最低的是Y兩優9918，為0.41±0.08 mg/kg；晶兩優1212 稻米鎘含量比Y 兩優9918 的高97.56%（P＜0.05）。稻米砷含量最高的是深優9595，為0.21±0.02 mg/kg；最低的是Y 兩優9918，為0.14±0.02 mg/kg；深優9595 稻米砷含量比Y 兩優9918 的高50.00%（P＜0.05）。

表1 不同水稻品種的產量及鎘、砷含量

測定成熟期水稻莖葉鎘、砷含量結果表明（表1），15 個水稻品種的平均莖葉鎘含量為2.68±0.51 mg/kg，莖葉砷含量為7.04±1.46 mg/kg。莖葉鎘最高含量是隆兩優華占，為3.65±0.25 mg/kg；最低的是野香優莉絲，為1.89±0.31 mg/kg；隆兩優華占莖葉鎘含量比野香優莉絲的高93.12%（P＜0.05）；莖葉砷含量最高的是泰優390，為10.01±3.07 mg/kg；最低的是隆兩優華占，為5.01±1.56 mg/kg；泰優390 莖葉砷含量比隆兩優華占的高99.80%（P＜0.05）。

2.3 不同水稻品種鎘砷轉運系數及富集系數差異

由表2 可知，鎘從水稻莖葉轉運至稻米的轉運系數范圍為0.18～0.27，平均值為0.22，鎘從土壤轉運至水稻莖葉的轉運系數范圍為3.05～5.89，平均值為4.32；砷從水稻莖葉轉運至稻米的轉運系數范圍為0.019～0.035，平均值為0.027，砷從土壤轉運至水稻莖葉的轉運系數范圍為0.18～0.35，平均值為0.25。稻米對鎘的富集系數范圍為0.67～1.30，平均值為0.94；稻米對砷的富集系數范圍為0.005～0.007，平均值為0.006。可見，水稻不同部位的鎘轉運系數及富集系數皆遠高于砷，且其轉運環節主要是在土壤至莖的過程。

表2 不同水稻品種的鎘砷轉運及富集系數

圖1 15 個水稻品種稻米鎘砷含量的聚類分析圖

2.3 不同水稻品種稻米鎘砷含量的聚類分析

根據稻米鎘、砷含量進行聚類分析可知（圖1），15 個水稻品種可以分為3 類；第一類是隆兩優華占、晶 兩 優1212、隆 兩 優1988、C 兩 優386 等4 個 品種，主要為稻米鎘高砷低類型品種，第二類是Y 兩優9918，為稻米鎘砷同步低積累的品種；第三類為深兩優5814、和兩優1 號、C 兩優87 等其余品種，主要是稻米砷高鎘低的品種。15 個水稻品種只有1 個品種即Y 兩優9918 的稻米鎘砷含量均較低，而其余水稻品種為鎘高砷低或砷高鎘低的品種。

3 結論與討論

通過田間試驗方法，在鎘砷復合污染稻田對15個水稻品種的鎘砷累積特性進行研究，結果表明，15個水稻品種的平均產量為7 962.20±352.45 kg/hm2，其中野香優絲苗、天龍一號、深優9595 這3 個品種產量較低，存在減產風險；15 個品種稻米鎘、砷含量平均值分別為0.58±0.07、0.18±0.02 mg/kg，其中深優9595、Y 兩優9918、天龍一號、荃優絲苗、桃優香占、野香優絲苗、泰優390、野香優莉絲8 個品種的稻米鎘含量低于平均值，隆兩優華占、晶兩優1212、深兩優5814、隆兩優1988、和兩優1 號、Y 兩優9918、野香優莉絲7 個品種的稻米砷含量低于平均值，僅Y兩優9918 和野香優莉絲這2 個品種的稻米鎘、砷含量皆低于平均值，可優先在輕度鎘砷復合污染地方進行試種；根據稻米鎘、砷含量進行聚類分析可知，15個品種可分為3 類，第一類為鎘高砷低類型，有隆兩優華占、晶兩優1212、隆兩優1988、C 兩優386 這4 個品種；第二類為鎘砷同步低積累類型，僅Y 兩優9918 這1 個品種；第三類為砷高鎘低類型，有深兩優5814、和兩優1 號、C 兩優87 等10 個品種。

種植鎘、砷低累積水稻品種是實現輕度重金屬污染稻田安全生產的最有效途徑[8]。但由于受稻田土壤鎘、砷化學行為特征相反的影響以及稻田土壤pH 值、Eh 值等環境條件的制約，水稻對鎘、砷的吸收積累呈現相反的趨勢[9-10]。不同基因型的水稻植株對鎘、砷元素的吸收轉運存在較大差異[11]，全生育期水稻植株對鎘、砷的吸收積累總量總體表現為先增后降的 趨勢，鎘的最大積累量出現在乳熟期，而砷的最大積累量出現在分蘗盛期[3]；水稻植株對鎘、砷的分配也有較大差異，水稻吸收的鎘有2/3 儲存在莖葉，根系約占1/5，僅1/20 轉運至糙米；水稻吸收的砷有2/3儲存在根系，1/3 的儲存在莖葉，僅1/50 積累在糙米中[4]。可見，水稻對鎘砷的吸收積累在時間和空間上皆存在較大差異，這也導致了水稻吸收積累鎘砷存在多種類型。該研究中，通過對祁陽地區主栽水稻品種的篩選發現，具有鎘砷同步低積累特征的水稻品種僅有1 個，即Y 兩優9918，其余品種主要為鎘高砷低或砷高鎘低類型。在不同的鎘、砷以及鎘砷復合污染稻田中，可根據其污染類型和污染程度選擇品種。此外，由于水稻品種的篩選范圍有限，篩選出的可利用品種其穩定性還有待驗證。因此，需加強鎘砷同步低積累水稻品種的篩選和驗證，并依托水稻鎘砷低積累新材料進行品種創制及選育，以加快推進輕度重金屬污染稻田的安全生產。