Cd低累積水稻品種篩選及其吸收積累特征

黃其穎， 傅麗青， 馬婧妤， 劉雙日， 葉楠， 盧忠誠

(1.金華市耕地質量與肥料管理站，浙江 金華 321017； 2.金華市農產品質量安全中心，浙江 金華 321017)

近年來，土壤重金屬污染問題日益嚴重，污染形勢日益嚴峻[1]。土壤污染不僅對作物的生長發育產生影響，而且會影響作物的產量和品質，我國每年因重金屬污染而損失的糧食達1 200萬t左右，造成直接經濟損失超過200億元[2]，而且重金屬隨食物鏈進入人類體內，會對人類健康造成嚴重威脅。水稻是世界第二大和我國第一大糧食作物，導致稻米食用成為重金屬污染暴露的主要途徑之一[3]。因此，稻田土壤重金屬污染修復與受污染稻田安全利用問題亟待解決。

有研究表明，重金屬在水稻植株內不同器官中重金屬的含量順序為：根部>根莖部>主莖>穗>籽粒>葉部[4]。水稻籽粒重金屬含量直接決定農產品是否達到安全標準，而水稻品種、根際環境及農藝措施等都會影響水稻對重金屬的吸收，進而影響稻米中的重金屬含量[2]。不同水稻品種間具有差異，即使在相同種植條件下對不同重金屬吸收和轉運也會存在差異，產量也會有所不同。沈其文等[5]研究了18個供試水稻品種重金屬吸收量和超標情況，結果發現，早稻中9優547和中稻新兩優223品種對Cd、晚稻宜優207對As稻米吸收少，并且處于安全利用標準。在實際生產中，選育重金屬低積累作物品種被認為是降低重金屬進入人類飲食的一種有效方法[6]。

水稻種植具有一定的慣性，農民常常會選擇常年種植的品種，或者從米質和口感的方面去選擇種植品種，因此，低積累品種篩選需要在當地農戶常用品種中選擇適宜的品種進行推廣種植。本研究選取浙江省大范圍種植的5個水稻品種，開展大田實驗，分析同等種植條件下不同水稻品種對重金屬Cd吸收積累的差異，旨在篩選出重金屬低積累水稻品種，降低水稻重金屬富集含量，提升稻米安全利用的價值，為在浙江省不同地區開展水稻品種試驗的實際推廣與應用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在浙江省金華市某重金屬污染農田示范區進行，試驗初期在該試驗地中采用“網格布點法”布設9個采樣點，采集耕作層0～20 cm土壤，混合均勻，采樣過程中避免與金屬器具接觸。土壤帶回實驗室后自然風干，去除植物殘體、碎石等雜物，四分法取適量，研磨后過尼龍篩備用。土壤基本理化性質如下：土壤pH為5.44±0.19(水∶土2.5∶1)；有機質(52±3.5)g·kg-1；有效磷(18.33±0.89) mg·kg-1；堿解氮(168±4.58) mg·kg-1；速效鉀(87.39±2.34) mg·kg-1；重金屬Cd全量為(0.58±0.11) mg·kg-1。

供試的5個品種均為浙江省的主栽晚稻品種，分別為：甬優1540(感溫秈型三系雜交稻品種)、甬優7850(粳型三系雜交水稻品種)、浙兩優274(偏秈型秈粳雜交稻)、甬優15(單季秈粳雜交稻)、吉優353(秈型三系雜交水稻品種)。

1.2 處理設計

依據實際地形劃分實驗區田塊，進行5個品種對比驗證實驗，每個小區面積100 m2，每個處理設置3次重復，小區間設置保護行，中間設置進水和排水溝。水稻實驗品種需要提前育秧，待田塊平整后，進行移栽，田間管理措施與當地實際狀況保持一致。實驗完畢后取3株完整水稻植株樣品帶回實驗室，進行各指標的測定。

1.3 樣品采集與處理

土壤pH測定采用土水比為1∶2.5的方法進行；土壤有機質的測定方法為重鉻酸鉀容量外加熱法；土壤有效磷采用HCI-NH4F浸提，分光光度法測定；堿解氮采用堿解擴散法進行測定；土壤速效鉀采用中性醋酸銨浸提-火焰分光光度法測定[7]；土壤Cd含量采用王水-HClO4消煮，石墨爐原子吸收光譜法進行測定[8]。

產量測算。水稻成熟期，分別對每個小區的所有水稻穗脫粒并立即稱總重，計算小區的實際水稻產量。

Cd消煮及測定。水稻收獲時將整株植株用自來水反復沖洗干凈，再用蒸餾水繼續沖洗后，用20 mmol·L-1的EDTA浸泡15 min左右除去根系表面吸附的重金屬離子，再用去離子水沖洗干凈，吸干表面水分，將水稻籽粒剪下，裝入牛皮袋中，于105 ℃烘箱中殺青30 min，并在70 ℃烘箱中烘干至恒重。水稻籽粒重金屬Cd采用優級純HNO3消解-石墨爐原子吸收光譜法進行測定[9]。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2010進行數據整理與分析，采用Origin 8.5進行圖像處理，采用DPS 7.05進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 試驗地土壤

根據我國GB 15618—2018《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》，研究區域土壤重金屬含量執行污染風險篩選值，經過初步分析，試驗區土壤Cd含量為0.58 mg·kg-1，為標準的0.93倍。表明該研究區域土壤屬于安全利用類土壤。

2.2 不同品種水稻籽粒對Cd積累的差異性

如圖1所示，試驗選取的5個稻米品種對土壤中Cd的吸收富集能力差異較大，其中，吉優353稻米中Cd含量最高，達到0.45 mg·kg-1，顯著高于其余4個品種，分別高出221.43%、36.36%、275%和104.55%(P<0.05)。其次為甬優7850，稻米Cd含量達到0.33 mg·kg-1。根據GB 2762—2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》中的重金屬國家標準限量值，吉優353稻米中的Cd含量重度超標，甬優7850和甬優15稻米Cd含量輕度超標，甬優1540和浙兩優274稻米中Cd含量分別為0.14和0.12 mg·kg-1(圖1)，均小于重金屬國家標準限量值，達到了農作物安全利用標準。

柱間無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)，圖2同。

2.3 不同品種水稻籽粒產量的差異性

不同品種水稻在相同的農藝調控措施下產量不同。由圖2可知，甬優1540和浙兩優274的產量最高，分別達到10 331和10 464 kg·hm-2，顯著高于其余3個品種，分別是產量最低品種的1.20和1.22倍。吉優353的產量為5個品種中最低，為8 574 kg·hm-2，顯著低于其余4個品種。

圖2 不同水稻品種的產量

3 討論

3.1 不同品種水稻籽粒對Cd積累的差異性

土壤的理化性質直接影響土壤重金屬的活性，不同品種水稻的根系對土壤重金屬的吸收也有差異性[10]。有研究者發現，水稻對重金屬元素的耐受性和吸收能力具有明顯的品種差異性[11]。本研究發現，甬優1540和浙兩優274稻米中Cd含量均未超標，其余3個品種中Cd含量超標，說明水稻對重金屬Cd的吸收富集具有品種差異性，且在本試驗選取的5個水稻品種中，甬優1540和浙兩優274有利于實現水稻的安全利用，適宜在浙江省進行品種推廣。

3.2 不同品種水稻籽粒產量的差異性

在重金屬Cd污染土壤上進行水稻品種篩選，不僅要考慮其低積累特性，還要充分考慮其在重金屬Cd影響下的產量狀況[12]。水稻在高Cd脅迫環境下，會吸收積累土壤中的重金屬Cd，從而影響水稻的生長，最終影響水稻產量[13]。不同品種水稻對Cd吸收的機理不同，導致產量也具有一定的差異性[14]。本研究試驗土壤條件下，甬優1540和浙兩優274的產量最高，顯著高于其余3個品種，可推薦這2個水稻品種為適應于浙江省的重金屬低積累水稻品種。

4 小結

根據GB 2762—2017中的重金屬國家標準限量值，本試驗中，有3個水稻品種稻米Cd含量超過標準，其他水稻品種中的重金屬Cd含量均在安全利用的范圍之內。

在本研究試驗土壤條件下，甬優1540和浙兩優274的產量顯著高于其余3個品種。

綜合分析后，甬優1540和浙兩優274對重金屬Cd的積累性最低，推薦這2個水稻品種為適應于浙江省的重金屬低積累水稻品種。