重金屬污染土壤水稻品種篩選

沈其文， 甘小澤， 樊 丹， 范修遠(yuǎn)， 黃志謀， 施仕勝

(1.咸寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,湖北咸寧 437100; 2.湖北省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)站,湖北武漢 430070)

重金屬污染土壤水稻品種篩選

沈其文1， 甘小澤2， 樊 丹2， 范修遠(yuǎn)2， 黃志謀1， 施仕勝1

(1.咸寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,湖北咸寧 437100; 2.湖北省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)站,湖北武漢 430070)

摘要[目的]篩選重金屬稻米低積累及稻草高富集品種，供生產(chǎn)應(yīng)用。[方法]選取早中晚主栽水稻品種18個(gè)，同時(shí)在重金屬污染的2個(gè)土壤背景條件下做品種比較試驗(yàn)，通過采樣和檢測(cè)各品種稻米和稻草中As、Cd、Pb含量，分析不同品種稻米和稻草重金屬吸收量的差異及分配。[結(jié)果]不同水稻品種在同一土壤背景中重金屬吸收量差異大；同一品種在不同土壤背景中重金屬吸收規(guī)律不完全一致；同一品種在同一背景中對(duì)不同重金屬元素的吸收量有差異，且有的不超標(biāo)，有的超標(biāo)；除少數(shù)品種稻草對(duì)個(gè)別重金屬元素的吸收量小于稻米外，其他均是稻草大于稻米。[結(jié)論]早稻中9優(yōu)547、中稻新兩優(yōu)223和晚稻宜優(yōu)207可在土壤取樣區(qū)域推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞水稻品種；重金屬；篩選

隨著礦山的開采、金屬冶煉工業(yè)的發(fā)展及化肥農(nóng)藥的大量施用，農(nóng)田土壤重金屬污染日趨突出。稻田土壤重金屬污染不僅導(dǎo)致水稻生長發(fā)育受阻、產(chǎn)量下降，而且有毒重金屬在水稻體內(nèi)大量積累，并通過食物鏈傳遞，對(duì)人和動(dòng)物的生命安全和健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，直接影響我國糧食安全[1-2]。水稻是我國主要的糧食作物，稻米在我國居民尤其是我國南方居民的膳食結(jié)構(gòu)中占主要份額[3]。不同品種水稻對(duì)于重金屬的吸收和積累有明顯的差異,不同品種稻米中重金屬含量相差數(shù)倍。植物修復(fù)技術(shù)作為一種新興的修復(fù)技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)治理重金屬污染的方法有不可替代的優(yōu)勢(shì)[4]。通過作物收獲,降低土壤重金屬含量,可實(shí)現(xiàn)土壤重金屬污染治理目標(biāo)[5]。篩選重金屬低積累的品種，特別是篩選重金屬向籽粒分配比例低的水稻品種，對(duì)重金屬污染區(qū)域在不影響糧食生產(chǎn)的同時(shí)修復(fù)土壤尤為重要。筆者選用早中晚主栽水稻品種，在重金屬污染程度不同的土壤中進(jìn)行品種比較試驗(yàn)，通過對(duì)稻米和稻草樣品中Cd、As、Pb含量檢測(cè)，篩選出重金屬稻米低積累及稻草高富集品種，供生產(chǎn)應(yīng)用。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)田土壤背景在生態(tài)條件、土壤類型、有機(jī)質(zhì)含量、pH基本相同的區(qū)域，選取2個(gè)土壤重金屬污染程度不同的水稻田作試驗(yàn)田。

背景1：pH 7.0，Cd 1.5 mg/kg、As 27.9 mg/kg、Pb 93.9 mg/kg，Cd和As超標(biāo)，Pb不超標(biāo)；背景2：pH 7.0，Cd 0.7 mg/kg、As 17.6 mg/kg、Pb 42.6 mg/kg，Cd稍超標(biāo)，As和Pb不超標(biāo)[6]。

1.2材料供試水稻品種18個(gè)，其中早稻5個(gè)(兩優(yōu)287、金優(yōu)402、兩優(yōu)76、中9優(yōu)547、鄂早18)、中稻8個(gè)(廣兩優(yōu)香66、珞優(yōu)8號(hào)、揚(yáng)兩優(yōu)6號(hào)、廣兩優(yōu)15、深兩優(yōu)5814、新兩優(yōu)223、豐兩優(yōu)香1號(hào)、豐兩優(yōu)4號(hào))、晚稻5個(gè)(金優(yōu)207、鄂晚17、中9優(yōu)228、宜優(yōu)207、黃華占)。

1.3方法

1.3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)。在2個(gè)重金屬污染程度不同的田塊同時(shí)進(jìn)行大區(qū)比較試驗(yàn)。每個(gè)品種1個(gè)大區(qū)，順序排列，每大區(qū)133.4 m2。

1.3.2栽培管理。早稻4月12日播種、中稻4月27日播種、晚稻6月23日播種，其栽培管理措施按當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)習(xí)慣實(shí)施。

1.3.3采樣與加工。各品種成熟后，每大區(qū)按5點(diǎn)取樣法采樣，避開田邊2 m，在田間每點(diǎn)脫10穴稻穗，每大區(qū)混合為1個(gè)樣，每年共采取稻谷和稻草樣品各18個(gè)。樣品用保鮮塑料袋包裝好并貼上標(biāo)簽，及時(shí)托運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室脫粒，用四分法將樣品縮分至100 g左右，用小型精米機(jī)去殼制成糙米，再粉碎磨細(xì)，過0.5 mm篩后成待測(cè)樣品。

1.3.4檢測(cè)。送樣至農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)中心，按照國家相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每個(gè)樣中的As、Cd、Pb進(jìn)行檢測(cè)。

2結(jié)果與分析

2.1稻米重金屬吸收量差異

2.1.1早稻。不同早稻品種稻米在背景1土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最少的分別為兩優(yōu)287、金優(yōu)402、兩優(yōu)287，吸收量最多的分別為兩優(yōu)76、鄂早18(As)、鄂早18(Pb)；在背景2土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最少的分別為兩優(yōu)287、金優(yōu)402、中9優(yōu)547，吸收量最多的分別為中9優(yōu)547、兩優(yōu)287、鄂早18。

背景1土壤同一早稻品種稻米Cd吸收量小于背景2土壤，其中差異最大的是中9優(yōu)547，差異最小的是兩優(yōu)76；背景1土壤同一早稻品種稻米As吸收量大于背景2土壤，其中差異最大的是鄂早18，差異最小的是兩優(yōu)287；Pb吸收量除了兩優(yōu)287在背景1土壤小于背景2土壤外，其他品種稻米Pb吸收量均為背景1土壤大于背景2土壤，其中差異最大的是中九優(yōu)547，差異最小的是兩優(yōu)287。

2.1.2中稻。不同中稻品種稻米在背景1土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最少的分別為珞優(yōu)8號(hào)、深兩優(yōu)5814、珞優(yōu)8號(hào)，吸收量最多的均為豐兩優(yōu)香1號(hào)；在背景2土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最少的分別為廣兩優(yōu)香66、廣兩優(yōu)15、珞優(yōu)8號(hào)，吸收量最多的分別為豐兩優(yōu)4號(hào)、新兩優(yōu)223、豐兩優(yōu)香1號(hào)。

背景1土壤同一中稻品種稻米Cd吸收量大于背景2土壤，其中差異最大的是廣兩優(yōu)香66，差異最小的是珞優(yōu)8號(hào)；背景1土壤中同一中稻品種稻米As吸收量大于背景2土壤，其中差異最大的是豐兩優(yōu)4號(hào)，差異最小的是揚(yáng)兩優(yōu)6號(hào)；Pb吸收量除了珞優(yōu)8號(hào)、深兩優(yōu)5814、新兩優(yōu)223、豐兩優(yōu)4號(hào)在背景1土壤中大于背景2土壤外，其他品種稻米Pb吸收量均為背景1土壤大于背景2土壤，其中差異最大的是豐兩優(yōu)香1號(hào)，差異最小的是珞優(yōu)8號(hào)。

2.1.3晚稻。不同晚稻品種稻米在背景1土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最少的分別為鄂晚17、黃華占、黃華占，吸收量最多的均為金優(yōu)207；在背景2土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最少的分別為中九優(yōu)228、鄂晚17、鄂晚17，吸收量最多的分別為金優(yōu)207。

背景1土壤同一晚稻品種稻米Cd吸收量大于背景2土壤，其中差異最大的是宜優(yōu)207，差異最小的是中九優(yōu)228；同一晚稻品種稻米As吸收量除了黃華占背景1土壤小于背景2土壤外，其他品種稻米As吸收量均為背景1土壤中大于背景2土壤，其中差異最大的是鄂晚17，差異最小的是黃華占；Pb吸收量除了宜優(yōu)207在背景1土壤中小于背景2土壤外，其他品種稻米Pb吸收量均為背景1土壤大于背景2土壤，其中差異最大的是鄂晚17，差異最小的是宜優(yōu)207。

2.1.4稻米中重金屬超標(biāo)情況。背景1土壤中，早稻Cd均不超標(biāo)，As和Pb均超標(biāo)，中稻全部超標(biāo)，晚稻除中9優(yōu)228Cd不超標(biāo)外，其他均超標(biāo)；背景2土壤中，早稻除兩優(yōu)287、金優(yōu)402、鄂早18的Cd和中9優(yōu)547的Pb不超標(biāo)外，其他均超標(biāo)，中稻中Cd除廣兩優(yōu)15、豐兩優(yōu)香1號(hào)和豐兩優(yōu)4號(hào)超標(biāo)外，其他品種不超標(biāo)，As和Pb均超標(biāo)，晚稻除鄂晚17、中9優(yōu)228、宜優(yōu)207的Cd不超標(biāo)外，其他均超標(biāo)[6-7]。

表1　不同水稻品種在不同背景土壤中稻米重金屬吸收量比較

2.2稻草重金屬吸收量差異

2.2.1早稻。不同早稻品種稻草在背景1土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最多的均為兩優(yōu)76，最少的分別為兩優(yōu)287、金優(yōu)402、金優(yōu)402；在背景2土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最多的分別為中九優(yōu)547、兩優(yōu)76、兩優(yōu)76，最少的均為金優(yōu)402。背景1土壤同一早稻品種稻草對(duì)Cd和Pb吸收量小于背景2土壤，對(duì)As的吸收量除了兩優(yōu)76背景1土壤小于背景2土壤，其他品種均為背景1土壤大于背景2土壤。

2.2.2中稻。不同中稻品種稻草在背景1土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最多的分別為豐兩優(yōu)香1號(hào)、豐兩優(yōu)4號(hào)、豐兩優(yōu)香1號(hào)，最少的分別為珞優(yōu)8號(hào)、深兩優(yōu)5814、廣兩優(yōu)香66；在背景2土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最多的分別為豐兩優(yōu)4號(hào)、新兩優(yōu)223、豐兩優(yōu)4號(hào)，最少的均為珞優(yōu)8號(hào)。同一中稻品種對(duì)Cd吸收量背景1土壤大于背景2土壤，對(duì)As的吸收量除了深兩優(yōu)5814背景1土壤小于背景2土壤外，其他品種均為背景1土壤大于背景2土壤，對(duì)Pb吸收量除了珞優(yōu)8號(hào)背景1大于背景2土壤外，其他品種背景1土壤小于背景2土壤。

2.2.3晚稻。不同晚稻品種稻草在背景1土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最多的均為金優(yōu)207，最少的分別為中9優(yōu)228、鄂晚17、中9優(yōu)228；在背景2土壤中對(duì)Cd、As、Pb吸收量最多的分別為中鄂晚17、宜優(yōu)207、宜優(yōu)207，最少的分別為中9優(yōu)228、鄂晚17、中9優(yōu)228。背景1土壤中同一晚稻品種稻草對(duì)Cd、As、Pb吸收量大于背景2土壤。

表2　不同水稻品種在不同土壤中稻草重金屬吸收量比較

2.3重金屬在稻米和稻草中分配差異Cd、As、Pb在稻米和稻草的分配中，除了中稻廣兩優(yōu)15和豐兩優(yōu)香1號(hào)稻米對(duì)Pb的吸收量大于稻草、晚稻金優(yōu)207和黃華占稻米對(duì)Cd的吸收量大于稻草外，早中晚其他品種稻草對(duì)Cd、As、Pb的吸收量均大于稻米。其中，早稻兩優(yōu)287對(duì)Pb、中9優(yōu)547對(duì)Cd和As稻米吸收少、稻草吸收多；中稻楊兩優(yōu)6號(hào)對(duì)As、新兩優(yōu)223對(duì)Cd、As和Pb、豐兩優(yōu)4號(hào)對(duì)As和Pb稻米吸收少、稻草吸收多；晚稻宜優(yōu)207對(duì)As稻米吸收少、稻草吸收多。

3結(jié)論與建議

3.1在同一土壤背景篩選應(yīng)用稻米低積累重金屬品種與許多研究結(jié)果[8-9]一致，不同水稻品種在同一土壤背景中重金屬吸收量差異大。同一品種在不同土壤背景中重金屬吸收規(guī)律不完全一致，即1個(gè)品種稻米在背景1土壤中重金屬吸收量最少，但在背景2土壤中重金屬吸量不一定最少。該試驗(yàn)在背景1土壤中早稻選用兩優(yōu)287和金優(yōu)402，中稻選用珞優(yōu)8號(hào)和深兩優(yōu)5814，晚稻選用鄂晚17和黃華占；在背景2土壤中早稻選用兩優(yōu)287、金優(yōu)402和中9優(yōu)547，中稻選用廣兩優(yōu)香66、廣兩優(yōu)15和珞優(yōu)8號(hào)，晚稻選用中九優(yōu)228和鄂晚17。

3.2針對(duì)當(dāng)?shù)氐久壮瑯?biāo)重金屬元素選擇應(yīng)用相應(yīng)低積累水稻品種土壤污染更多是多元素復(fù)合污染，且重金屬元素間存在相互作用[10]，同一品種在同一背景土壤中對(duì)不同重金屬元素的吸收量有差異，且有的不超標(biāo)，有的超標(biāo)。如早稻稻米在背景1土壤中對(duì)Cd和Pb吸收量最少的是兩優(yōu)287，而對(duì)As吸收量最少的是金優(yōu)402，兩優(yōu)287對(duì)Cd不超標(biāo)，而對(duì)As和Pb超標(biāo)。同一品種在不同背景土壤中對(duì)不同重金屬元素的吸收量也有差異。Cd除早稻稻米背景1土壤小于背景2土壤外，中晚稻均是背景1土壤大于背景2土壤，As和Pb除少量品種稻米背景1土壤小于背景2土壤外，其他均是背景1土壤大于背景2土壤，這與在一定范圍內(nèi)水稻籽實(shí)中重金屬的含量與土壤重金屬含量呈正相關(guān)[11]的研究結(jié)論基本相符。另外，由于影響重金屬吸收的因素很多[12-14]，土壤中重金屬是否超標(biāo)與稻米中重金屬是否超標(biāo)不呈正相關(guān)。背景1土壤比背景2土壤重金屬超標(biāo)嚴(yán)重，而有的品種在背景1土壤中不超標(biāo)，但在背景2土壤中超標(biāo)。

3.3篩選應(yīng)用重金屬稻米低積累、稻草高富集水稻品種水稻不同器官對(duì)重金屬元素的吸收蓄積能力存在很大差異[15-16]。該試驗(yàn)中除少數(shù)品種稻草對(duì)個(gè)別重金屬元素的吸收量小于稻米外，其他均是稻草大于稻米。選擇稻米重金屬低積累(不超標(biāo))稻草重金屬相對(duì)高富集的品種推廣應(yīng)用，注意稻草不得還田，這是既不影響正常生產(chǎn)，又能修復(fù)土壤的理想選擇。該試驗(yàn)中早稻中9優(yōu)547對(duì)Cd、中稻新兩優(yōu)223對(duì)Cd、晚稻宜優(yōu)207對(duì)As稻米吸收少,并且不超標(biāo)，而稻草吸收多,建議這3個(gè)品種在土壤取樣區(qū)域推廣應(yīng)用。

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Screening of Rice Varieties in Heavy Metal Contaminated Soil

SHEN Qi-wen1, GAN Xiao-ze2, FAN Dan2et al

(1.Xianning Academy of Agricultural Sciences, Xianning, Hubei 437100; 2.Hubei Province Agricultural Ecological Environmental Protection Station, Wuhan, Hubei 430070)

Abstract[Objective] The aim was to screen out rice variety with millet low accumulation and straw high enrichment of heavy metals, and applicated in production. [Method] Selecting 18 main rice cultivars including early rice, middle rice and late rice, variety comparative tests were conducted under two backgrounds of heavy metal contaminated soil, through sampling and detecting As, Cd, Pb content in millet and rice straw, the difference and allocation of heavy metal absorption of different varieties millet and straw were analyzed. [Result] Different rice varieties had significant difference in heavy metal absorption under same soil; the absorption law of the same rice variety was not completely consistent; under the same background, the same rice variety also had differences in various heavy metals adsorption; heavy metals adsorption quantity of rice straw were greater than that of millet, except for a few varieties of rice straw and individual heavy metals. [Conclusion] Early rice Zhongjiuyou 547, middle-season rice Xinliangyou 223 and late rice Yiyou 207 can be applicated in soil sampling area.

Key wordsRice varieties; Heavy metals; Screening

基金項(xiàng)目湖北省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)站資助項(xiàng)目(HBTY-ZC-2015-003)。

作者簡介沈其文(1968- )，男，湖北咸寧人，正高級(jí)農(nóng)藝師，從事作物栽培和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)保工作。

收稿日期2016-03-15

中圖分類號(hào)S 511

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)12-059-03