基于鎘元素的重金屬低積累水稻品種篩選

吳支行 夏 敏 葉 寅 楊 欣 袁自然

（1蕪湖市農業技術中心，安徽蕪湖 241000；2安徽省農業科學院土壤肥料研究所，安徽合肥 230031）

根據調查，我國受重金屬污染耕地面積約有2 000萬hm2，其中鎘是無機污染物中超標量最多的重金屬污染物之一，占無機污染物超標量的7%[1]。與其他重金屬相比，鎘具有分解周期長、移動性大、毒性高、降解難、易被作物吸收等特點[2]。目前農產品鎘超標是我國農業土壤鎘超標問題的主要體現，這些鎘超標的農產品一旦流入市場，進入人體，經體內分布代謝轉化，會造成人體多器官損傷[3-4]。因此，耕地土壤鎘污染的控制至關重要。

水稻作為我國主要的糧食作物之一，種植面積較大[5]。在水稻主產區，重金屬污染問題突出且復雜，稻米中重金屬含量與土壤中重金屬含量并不存在完全對應關系，單純降低土壤重金屬含量并不能保證稻米能夠安全食用[6]。水稻對重金屬的吸收累積能力受其基因型影響,不同品種水稻對重金屬的吸收累計能力不同[7]。根據這一特性，近年來全國各地針對低積累鎘水稻品種的篩選已展開了較多研究[5，8]。如李虎等[9]以114份水稻低鎘品種育種材料為試驗對象，在廣西地區通過大田和盆栽試驗，最終篩選得到綜合性狀優良的材料“桂育12”。黃其穎等[10]比較分析了浙江省大范圍種植的5種水稻品種，最終篩選出了甬優1540和浙兩優274兩個具有鎘低累積特征且適合浙江省生產的水稻品種。

蕪湖市作為安徽省礦產加工企業聚集地之一，由于早期礦物開采監管力度不足，大量的鎘元素通過不同途徑進入土壤，長期積累造成了部分土壤鎘污染。因此，筆者選擇在蕪湖市受鎘污染較為嚴重的試驗基地進行試驗，以期篩選出適合鎘污染耕地推廣種植的鎘低積累水稻品種，為鎘污染稻田土壤的安全利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選擇蕪湖市某縣受污染較為嚴重的稻田作為試驗基地。供試樣本為蕪湖市內常見的13個市售水稻品種，分別是常農粳12號、弋粳20號、弋粳10號、弋粳68號、武育粳35號、弋粳149號、武運粳31號、南粳3908號、皖粳117號、徽兩優114號、晶兩優華占、亞兩優絲苗、Y兩優143號（如表1所示）。

1.2 試驗處理

以水稻品種為處理設置小區試驗，共選擇13個水稻品種，小區面積設置為12.0 m2（2 m×6 m）。每個品種均種植3個小區，共39個小區，隨機區組排列。水稻種植規格為行距30 cm、窩距20 cm，每小區20行、每行10窩[11]。

肥料施用量按當地推薦用量進行，氮肥、磷肥和鉀肥用量分別為150、75、100 kg/hm2，其中基肥為20%氮肥、100%磷肥和100%鉀肥，追肥為20%氮肥，肥料種類為尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀。各試驗小區，除試驗因子水稻品種外，其他田間管理方法保持一致。

1.3 項目測定與方法

1.3.1 水稻基礎數據。在水稻成熟期按處理采樣，采用五點采樣法采集相同處理小區樣品并混合。具體操作方式如下：在水稻成熟時期，每個處理小區隨機采取4整株水稻，按處理組成混合樣，將水稻根系粘附土壤用自來水洗脫，再用去離子水將稻株洗凈，自然晾干后放入105℃烘箱，殺青30 min，然后調節烘箱溫度至70℃，將水稻烘干至重量保持恒定。水稻采用人工脫粒方式脫粒，在稻米脫殼前后分別測定其糙米率、精米率、千粒重、堊白粒率和長寬比5種指標，以此來判斷各個品種水稻農藝性狀表現情況。

1.3.2 水稻樣品鎘含量測定。水稻籽粒中鎘的含量參考GB/T5009.268—2016食品中鎘的測定方法，采用電感耦合等離子質譜法測定，檢出限為0.002 mg/kg。同時為了考察試驗中所涉及的水稻品種是否具有鎘低累積特征，對土壤鎘含量背景值進行測定。

1.4 統計分析

采用Excel 2016進行數據整理，利用Origin 2018進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 試驗地土壤

根據我國GB15618—2018《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》的劃分，試驗區土壤重金屬含量執行污染風險篩選值，經過測試分析，試驗區土壤鎘含量為0.46 mg/kg，表明該試驗區域土壤屬于安全利用類土壤。

2.2 水稻農藝性狀

如表2所示，糙米率最高的品種是武運粳31號（79.89%），其次是弋粳10號（77.75%）；精米率最高的品種為武運粳31號（26.53%），其次是弋粳20號（23.92%）；千粒重最高的品種是武運粳31號（26.054 2 g），其次是皖粳117號（24.730 1 g）；堊白粒率最低的是Y兩優143號（8%），其次是徽兩優114號和晶兩優華占（9%），武運粳31號的堊白粒率處于13個品種中的中等水平（20%）。從以上結果可以看出，在該區常種植的水稻品種中，粳稻品種表現出的農藝性狀要優于秈稻品種。其中，武運粳31號表現出的農藝性狀較為優異。

表2 水稻基礎數據結果

2.3 糙米鎘含量

由表3可以看出，不同水稻品種對鎘的吸收積累能力存在一定差異，糙米中鎘含量分布范圍為0.215～0.484 mg/kg。如圖1所示，糙米鎘含量分布范圍在0.2～0.3 mg/kg的有南粳3908號、徽兩優114號、亞兩優絲苗和Y兩優143號；分布范圍在0.3～0.4 mg/kg之間的有常農粳12號、弋粳20號、弋粳68號、武育粳35號、弋粳149號、武運粳31號和晶兩優華占；含量＞0.4 mg/kg的有弋粳10號和皖粳117號2個品種。鎘含量最低的品種為徽兩優114號，3次重復試驗的結果中最低值為0.132 mg/kg，在鎘限值以下；其次是亞兩優絲苗，3次試驗鎘含量平均值為0.263 mg/kg，3次重復中的2次鎘含量都在限值以下。徽兩優114號和亞兩優絲苗均是秈型兩系雜交水稻品種。因此，研究結果表明在該區秈型水稻表現出的鎘低積累效應要優于粳型稻。

表3 糙米鎘含量情況 單位：mg/kg

圖1 糙米鎘含量分布范圍

3 討論與結論

不同作物對重金屬鎘吸收和累積有很大差異，甚至同一作物不同品種間對重金屬的吸收和累積也不同。稻米鎘積累量既會受到水稻基因型影響，也會受到土壤水分、pH、土壤理化性質等環境條件影響，因此鎘低積累水稻品種是一個相對的概念，需要具體地區具體分析。

該研究通過對不同水稻品種以及農藝性狀的分析，發現武運粳31號表現出的農藝性狀較優，其糙米鎘含量值為0.349 mg/kg，處于13個品種中的中等水平；此外徽兩優114號和亞兩優絲苗2個品種表現出了良好的鎘低積累特征，但其農藝性狀表現處于13個品種中等偏下水平。因此，在全區范圍內的推廣應用應根據區域土壤實際鎘濃度選擇合適的水稻品種，建議鎘高污染地區采用徽兩優114號和亞兩優絲苗2個品種，并結合其他土壤調理手段協同作用控制水稻對鎘元素的吸收，以達到污染耕地安全利用的目的；中低污染地區可采用武運粳31號，既能從一定程度上控制水稻鎘含量，也保證了一定的經濟效益。