鎘低積累水稻品種的篩選及酵素降鎘效果研究?

摘要：為了探究鎘污染下水稻的安全生產方式，采用小區試驗，比較了50個水稻品種在湖南省鎘輕度污染地區的糙米鎘積累情況，并研究了噴施植物酵素對不同品種糙米鎘積累的影響。結果表明：不同品種水稻對鎘的吸收存在顯著差異，在考察的50個水稻品種中，泰優390、隆香優310、隆兩優1988等品種檢測出的鎘含量顯著低于其他品種，可作為鎘輕度污染區域水稻安全生產的應急品種；噴施生物酵素的試驗結果表明，生物酵素對不同品種稻米鎘累積的影響存在顯著差異，施噴酵素可以使某些水稻品種中鎘含量降低至國家安全限值以下。

關鍵詞：大米鎘含量；鎘低積累；生物酵素；水稻

中圖分類號：S511; X53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2024）04-0023-04

Screening of Rice Cultivars with Low Cadmium Accumulation and Cadmium-Reducing"Effect of Enzymes

DING Fang-lin，ZHANG Zhao-hui，YAN Shu-ting，JIANG Fang-jun，DENG Yu-ping，FU Zi-xuan

（Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic， Changsha 410127， PRC）

Abstract：To explore the safe rice production under cadmium contamination， this study examined the cadmium accumulation in the brown rice of 50 cultivars grown in the areas with light cadmium contamination in Hunan Province and investigated the effects of spraying plant-derived enzymes on cadmium accumulation in the brown rice of different cultivars. The results showed that the cadmium uptake by rice varied significantly among different cultivars. Among the 50 rice cultivars studied， 'Taiyou 390'， 'Longxiangyou 310'， and 'Longliangyou 1988' had significantly lower cadmium content than other rice cultivars and could serve as emergency cultivars for safe rice production in the areas with light cadmium contamination. Spraying bioenzymes exerted significantly different effects on the cadmium accumulation in different rice cultivars. The cadmium content in some rice cultivars could be reduced to the level below the national safety limit by reasonable application of enzymes.

Key words：cadmium content in rice; low cadmium accumulation; bioenzymes; rice

近年來，我國農田土壤污染問題日益嚴重。其中，稻米中鎘、鉛、砷等重金屬含量的超標問題已引起公眾的廣泛關注[1]。湖南省礦產資源豐富，礦種較多，享有“有色金屬之鄉”之稱，其中，鎘通過大氣沉降、污水灌溉、生物糞便等途徑進入農田土壤中，造成土壤鎘污染[2]。湖南省作為傳統的農業大省，鎘（Cd）污染問題不容忽視。由于鎘在土壤中具有累積性和難降解性等特點，當植物體內積累過量鎘后，會對植物的生長和發育產生嚴重影響，農作物中的鎘會隨食物鏈進入人體，對人體產生嚴重危害，如腎毒性、骨毒性和致癌性[3-4]等。水稻是重要的糧食作物，水稻的安全生產受到了土壤鎘的威脅。因此，土壤重金屬污染及稻米鎘超標問題是亟待解決的問題。目前降低農產品重金屬含量的有效措施主要有兩方面，一是選育重金屬低積累的水稻品種[5]；二是通過施加調控劑，抑制作物根系對重金屬的吸收。生物酵素是一類特殊的生物活性物質和生物催化劑，內含多種微生物菌群，能有效分解土壤中殘留的化肥、農藥等化學成分，施用生物酵素有助于改善土壤環境，緩解鎘污染，生產綠色、安全農產品[6]。

湖南是水稻生產的適宜區域，自然條件優越，稻作歷史悠久，水稻種植技術水平高，也是我國重要的大米生產基地[7]。由于礦產開發、金屬冶煉，農田土壤受到了鎘等重金屬的污染，對稻米品質安全造成了重大的威脅。薛濤等[8]對18個水稻品種對Cd的積累特性差異進行研究，篩選出5個品種推薦為湖南地區中低Cd污染農田適宜推廣的Cd低積累水稻品種；任樹友等[9]通過大田試驗，研究了輕度鎘污染土壤種植21個水稻品種結果發現不同品種稻米鎘含量及富集系數存在較大差異。課題組選用50個主栽水稻品種在湖南生物機電職業技術學院長沙縣北山基地進行了田間試驗，對50個水稻品種的鎘積累特性進行了比較，并研究了噴施植物酵素對糙米中鎘含量的影響，旨在篩選出鎘低積累的水稻品種，指導湖南省水稻安全生產。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2021年5—11月和2022年5—11月在湖南生物機電職業技術學院北山基地進行。試驗區域位于湖南省長沙縣，隸屬于長江中下游平原地區，屬亞熱帶季風濕潤氣候，四季分明，寒冷期短，炎熱期長，降水充沛，年均氣溫18.1℃。

供試水稻品種50個，包括秈型三系雜交水稻28個秈型兩系雜交水稻22個，基本覆蓋了湖南省主栽的水稻品種，品種信息見表1。試驗所用的植物酵素為湖南伊潤生物科技股份有限公司生產的錫福牌農用生物酵素。

1.2 試驗設計

首先對北山基地試驗田進行了土壤性質分析。測定土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀、pH值、土壤有機質及土壤總鎘等。根據土壤理化性質、水稻品種分布，在研究區內共布設100個樣點，協同采集土壤和水稻樣品。2021年在北山基地開展田間試驗， 2022年進行重復試驗。

試驗區域面積為1 380 m2，耕層深厚，地勢平坦，排灌方便，陽光充足，肥力較好且各區水平一致。按試驗要求和是否施噴酵素將試驗區均分為A（東）和B（西）2個大區，每個大區各690 m2，南北向設置田埂，用塑料薄膜覆蓋，防止串水串肥。兩大區按3 m×4 m規格分別設置50個小區，50個品種隨機直播在各小區。各小區做到單灌單排，避免串灌串排，小區外圍適當設保護行。B區酵素施噴方法及用量：在分蘗期、抽穗期、灌漿期進行，每次取酵素原液2 L稀釋10倍后噴施，3次共施6 L原液；A區噴等量清水。病蟲害防治及其他各項田間管理措施保持一致，且符合生產要求，由專人在同一天內完成。

1.3 樣品處理與測定

1.3.1 土壤中基本性質及鎘含量的測定 試驗點土壤樣品采集遵循隨機等量原則，以地塊為單位，采用S型5點取樣法取樣混合為一份樣品，將每份土壤樣品烘干，研磨過篩，烘干至恒重。采用水土比2.5∶1玻璃電極法測定土壤pH值，采用凱氏法測定全氮，采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測定全磷，采用GB 9836—88《土壤全鉀測定法》測定全鉀，采用堿解擴散法測定堿解氮，采用NY/T 1121.6—2006《土壤檢測》測定速效磷、速效鉀和土壤有機質的含量，采用GB/T 17141—1997《土壤質量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法》進行土壤鎘含量測定。

1.3.2 稻米中鎘含量的測定 稻谷收獲、曬干、脫粒后，采用四分法進行取樣，每個處理取樣不少于400 g，經礱谷機脫殼后，挑選成熟充分的糙米，用萬能碾碎機打磨成糙米粉。米粉樣品過60目篩，于80℃烘箱中充分烘干后，精確稱取0.3000 ± 0.002 g，依照 NY/T 1100—2006《稻米中鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收光譜法》進行測定。

試驗所用試劑均為純優級，試驗用水均為超純水，并采用國家認證的標準參比物質。

1.4 數據分析

采用 Excel 與Origin 2017 對試驗數據進行數據和圖像處理分析。

2 結果與分析

2.1 試驗點土壤性質分析

試驗分析得到土壤基本性質如下：土壤有機質21.40 g/kg，全氮1.38 g/kg，全磷0.92 g/kg，全鉀18.25 g/kg，速效磷20.34 mg/kg，速效鉀92.56 mg/kg。土壤鎘含量和pH詳見表2。從表2可以看出，北山基地試驗田14個地塊土壤鎘含量整體在0.16～0.25 mg/kg之間，土壤pH在6.54～6.77之間。根據GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》，土壤pH在6.5～7.5之間，鎘在水田中的風險篩選值為0.6 mg/kg，風險管制值為3.0 mg/kg，當土壤中污染物含量等于或者低于規定的風險篩選值時，農用地土壤污染風險低，一般情況下可以忽略。北山基地試驗田鎘含量均低于風險篩選值，其土壤污染風險可以忽略。

2.2 不同水稻品種糙米鎘含量差異性分析

計算各水稻品種2021年和2022年測得的糙米鎘含量平均值，兩年糙米鎘平均含量結果見圖1、表3。由圖1和表3可知，50個主栽水稻品種的糙米鎘含量均≤0.11 mg/kg。其中，‘泰優390’糙米鎘含量最低，為0.003 mg/kg，其次是‘隆香優310’和‘隆兩優1988’，糙米鎘含量分別為0.015 mg/kg和0.026 mg/kg，這3個品種的鎘積累能力最弱。與此相反，‘中漸優8號’糙米鎘含量0.110 mg/kg、‘深兩優475’糙米鎘含量0.093 mg/kg、‘Y兩優1988’糙米鎘含量0.094 mg/kg、‘桂香優玉占’糙米鎘含量0.098 mg/kg，這4個品種的鎘積累能力相對其他46個品種較強，由此可見，不同品種間的鎘積累能力差異顯著。

2.3 施加酵素對糙米中鎘含量的影響分析

植物酵素對糙米鎘含量的影響見表3。施加酵素后，大部分品種糙米中鎘含量都有所降低，平均降幅比例在33.83%。其中，‘鵬優6377’降幅高達73.77%，‘晶兩優1377’‘泰豐優2213’‘隆兩優1206’‘晶兩優華占’降幅都超過了60%。但也有些品種施加酵素后，鎘含量不僅沒有下降，反而有一定程度的上升，如‘隆香優310’ ‘恒兩優19香’‘泰優390’等。因此在實際生產中，是否采取施加酵素降鎘的方式還需要根據生產用的水稻品種來決定。

3 討論與結論

徐燕玲等[11]對低鎘累積水稻品種的篩選方法進行了研究，提出了不應該根據類型來篩選，而應該根據品種來篩選。課題組在此基礎上，在保證盡可能相同的試驗條件下，對50個不同水稻品種對鎘的吸收作用進行了分析，通過湖南省北部長沙縣北山基地試驗和實地調查，檢測出該地區土壤均屬于鎘輕度污染，篩選出了‘泰優390’‘隆香優310’‘隆兩優1988’等糙米鎘積累能力較弱的品種，建議該地區優先種植上述水稻品種。

對50個不同水稻品種在施加酵素前后在降低水稻鎘積累方面的效果進行分析。2021—2022年北山

基地的試驗結果表明，不同水稻品種施噴酵素后對鎘積累的效果是不同的。如部分水稻品種如‘鵬優6377’‘晶兩優1377’‘泰豐優2213’‘隆兩優1206’‘晶兩優華占’等有明顯降鎘效果，尤其是‘鵬優6377’，其稻米降鎘率高達73.77%，建議在該區域種植這些品種的時候能施加酵素；但對有些品種，施噴酵素對水稻鎘積累沒有明顯作用。酵素對不同水稻品種降鎘的作用機理和適應性還有待進一步研究。

參考文獻：

[1] 李婧，周艷文，陳森，等. 我國土壤鎘污染現狀、危害及其治理方法綜述[J]. 安徽農學通報， 2015， 21（24）： 104-107.

[2] 袁珊珊，肖細元，郭朝暉. 中國鎘礦的區域分布及土壤鎘污染風險分析[J]. 環境污染與防治，2012，34（6）：51-56，100.

[3] 陳志良，莫大倫，仇榮亮. 鎘污染對生物有機體的危害及防治對策[J]. 環境保護科學， 2001， 27（4）：37-39.

[4] 涂峰，胡鵬杰，李振炫，等. 蘇南地區Cd低積累水稻品種篩選及土壤Cd安全閾值推導[J]. 土壤學報，2023，60（2）： 435-445.

[5] 毛亞西，符建榮，馬軍偉，等. 不同水稻品種的鎘吸收特性[J]. 浙江農業學報，2018， 30（5）： 695-701.

[6] 周澤宇，唐文邦，明興權， 等. 噴施植物酵素“金禾苗” 與“環保酵素” 對水稻產量及稻米中鎘含量的影響[J]. 中國農技推廣，2016，32（6）：50-52.

[7] 王玉潔. 湖南省大米產業現狀及發展對策研究[D]. 長沙： 湖南農業大學， 2016.

[8] 薛濤，廖曉勇，王凌青， 等. 鎘污染農田不同水稻品種鎘積累差異研究[J]. 農業環境科學學報，2019，38（8）：1818-1826.

[9] 任樹友，何玉亭，李浩，等. 輕度鎘污染土壤上不同水稻品種間稻

米鎘富集及產量差異研究[J]. 四川農業科技，2020（6）： 50-52.

[10] 國家衛生和計劃生育委員會，國家食品藥品監督管理總局. 食品安全國家標準 食品中污染物限量：GB 2762—2017[S]. 北京：中國標準出版社，2017.

[11] 徐燕玲，陳能場，徐勝光，等. 低鎘累積水稻品種的篩選方法研究：品種與類型[J]. 農業環境科學學報， 2009， 28（7）： 1346-1352.

（責任編輯：劉奇頎）

基金項目：湖南省農業農村廳2021年農業科研計劃項目（21NYT03）；湖南省自然科學基金科教聯合項目（2022JJ60070）

作者簡介：丁芳林（1965-），男，湖南醴陵市人，教授，研究方向：生物化學與農產品質量安全。