綜合降鎘（VIP）技術(shù)對降低糙米鎘含量的影響研究

王蜜安　尹麗輝　彭建祥　聶凌利　李翊君　何杰　張文　敖和軍（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙　408；湖南省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護(hù)管理站，長沙　40005；通訊作者：aohejun@6.com）

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綜合降鎘（VIP）技術(shù)對降低糙米鎘含量的影響研究

王蜜安1尹麗輝2彭建祥1聶凌利1李翊君1何杰1張文1敖和軍1*
（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙410128；2湖南省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護(hù)管理站，長沙410005；*通訊作者：aohejun@126.com）

摘要：以鎘低積累型水稻品種湘晚秈12號為試驗(yàn)材料，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，于2013年在長沙、衡南、湘潭和湘陰的12個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，比較了以VIP技術(shù)（V，Variety，選用低鎘型水稻品種；I，Irrigation，優(yōu)化水分管理；P，土壤pH值，施用石灰以提高土壤pH值）為主的5種控制技術(shù)在不同成土母質(zhì)和土壤污染程度下的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，5種控制技術(shù)在各試驗(yàn)點(diǎn)的總效應(yīng)中，以“VIP+Se”和“VIP+Se+Bi”的處理效果最為明顯，其糙米鎘含量均為0.15 mg/kg，與對照相比降鎘效果顯著。

關(guān)鍵詞：水稻；鎘；VIP技術(shù)；水分管理；pH；生石灰

鎘（Cadmium，Cd）是自然界一種很稀少且分布較分散的元素，它在隕石和地殼中的平均含量分別為2.4 mg/kg和0.2 mg/kg，也是一種主要的有害重金屬，土壤和水體中都含有微量鎘［1］。鎘在環(huán)境中活性較強(qiáng)，不易降解，易發(fā)生生物累積，且在植物體內(nèi)具有隱蔽性。水稻（Oryza sativa L）是一種鎘積累能力較強(qiáng)的農(nóng)作物［2］，所以鎘可通過水稻進(jìn)入食物鏈，威脅消費(fèi)者健康。近年來，由于工業(yè)“三廢”排放，城市生活污水和垃圾以及農(nóng)藥、化肥的不合理使用，稻田土壤的重金屬鎘含量日益增加。據(jù)報(bào)道［3］，2010年，我國受鎘、鉛、砷等重金屬污染的土地面積已近2 000萬hm2，約占耕地總面積的五分之一。2012年，王靜等［4］報(bào)道，全國鎘嚴(yán)重污染土地已超過1.33萬hm2。在鎘污染農(nóng)田中有5%～10%的面積嚴(yán)重減產(chǎn)，并且所產(chǎn)各類糧食均不宜食用［5-6］，這嚴(yán)重影響到我國的稻米數(shù)量和質(zhì)量安全。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB2762—2012《食品中污染物限量》規(guī)定，稻米中鎘含量不得超過0.2 mg/kg，但據(jù)調(diào)查，稻米鎘超標(biāo)現(xiàn)象在我國各地均有發(fā)生，尤其是在湖南、廣東、廣西、福建、浙江等省份，超標(biāo)率約在5%～15%［2］。因此，如何控制水稻鎘污染并實(shí)現(xiàn)其安全生產(chǎn)已經(jīng)成為一個(gè)非常重要的課題。

目前，國內(nèi)外應(yīng)對稻米鎘污染的方法有很多，有以客土和淋洗等方法為主的物理措施，有以往土壤中施加改良劑為主的化學(xué)措施，也有以分子育種和生物修復(fù)為主的生物措施，以及以改善栽培方式為主的農(nóng)業(yè)措施和生態(tài)措施。從控制的程序來分大致可歸為三類：第一是從源頭修復(fù)治理被鎘污染的土壤；第二是從水稻品種入手，篩選鎘低積累型的水稻品種；第三是通過加工技術(shù)降低稻米及其產(chǎn)品的鎘含量。

本課題組自2010年起，先后開展了低鎘型水稻品種的篩選、水分管理的優(yōu)化、生石灰的施用等技術(shù)措施對水稻吸收與累積鎘影響的研究，發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)措施能降低鎘在水稻植株體內(nèi)的富集與籽粒中的積累，并綜合提出了以VIP為核心的綜合降鎘技術(shù)體系（V，Variety，選用低鎘型水稻品種；I，Irrigation，優(yōu)化水分管理；P，土壤pH，施用石灰以提高土壤pH）。于2013年通過了湖南省科技廳組織的成果鑒定（湘科成登字第：943Y2013055號）。為了研究VIP技術(shù)在不同條件下的適應(yīng)性，筆者在湖南省內(nèi)多個(gè)鎘污染區(qū)進(jìn)行了小區(qū)聯(lián)合試驗(yàn)研究。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

湘晚秈12號：系湖南省水稻研究所選育的1個(gè)中熟偏早晚秈優(yōu)質(zhì)新品種。該品種具有米質(zhì)優(yōu)、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，抗逆性好，適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)。2001年通過湖南省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，2003年通過國家農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定［7］。

1.2試驗(yàn)地及土壤情況

試驗(yàn)地的成土母質(zhì)及土壤背景全鎘含量見表1。

1.3試驗(yàn)處理

試驗(yàn)處理及主要內(nèi)容見表2。

1.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)

隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積為30 m2。6月中下旬播種，采用常規(guī)水育秧，秧齡25～30 d，移栽秧齡5.5～6.5葉期，移栽規(guī)格20 cm×20 cm，壯苗帶泥栽植；采用人工除草，不使用化學(xué)除草劑；小區(qū)間留走道和灌排水溝，小區(qū)間作埂，分小區(qū)單排單灌；按當(dāng)?shù)夭∠x害情報(bào)進(jìn)行防治，用足水量，不打高濃度藥劑，比常規(guī)大田管理要多打幾次藥；施肥量及其他栽培管理技術(shù)措施參考當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)

表2　試驗(yàn)處理名稱及主要內(nèi)容

1.5VIP技術(shù)的操作規(guī)程

（1）石灰的施用：分蘗末期每667 m2施用生石灰60 kg，拌泥土60 kg施用（施用石灰時(shí)遮住對照區(qū)）。

（2）水分管理：長期保持田間有淺水層，不曬田，直至收割前7 d左右，自然落干。

（3）生物菌肥的施用：每667 m2施用75 kg生物菌肥，于移栽前作基肥施用。

（4）硒肥的施用：在始穗期和籽粒灌漿初期進(jìn)行2次葉面噴施富硒營養(yǎng)調(diào)理液，每次每667 m2用量為5 g，對水30 kg，選擇晴天下午進(jìn)行細(xì)噴霧。

1.6觀察記載項(xiàng)目

1.6.1土壤取樣

移栽前在每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)田內(nèi)隨機(jī)取3個(gè)樣品。

1.6.2成熟期植株取樣

每小區(qū)取5叢，齊泥割取，寫好標(biāo)簽，每個(gè)樣品單獨(dú)裝袋。

1.6.3稻株樣品處理及鎘含量測定

取樣后，分成稻草和實(shí)粒兩部分，用105℃殺青30 min，75℃條件下用烘箱烘干后再用粉碎機(jī)粉碎。鎘含量的測定利用原子吸收分光光度計(jì)，根據(jù)GB/T 5009.15-2003的測定方法測定水稻糙米中鎘的含量。

1.7數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SAS 9.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。多重比較采用LSD法。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1各因素對米鎘含量的影響

從表3可見，3種成土母質(zhì)之間、3種污染程度之間、6種處理之間以及成土母質(zhì)和污染程度組合之間均存在極顯著差異，而其他組合效應(yīng)之間無顯著性差異。

2.2不同控制技術(shù)對降低稻米鎘含量的影響

從表4可見，T1處理糙米中鎘含量最高，為0.22 mg/kg。T5和T6的處理效果較好，糙米中鎘含量最低，均為0.15 mg/kg，比對照降低了32%。T2、T3和T4處理相比對照降低幅度依次為9%、23%和14%。其中，T3、T5、T6與T1處理差異顯著，T5、T6處理與T1、T2、T4處理差異顯著，說明5種控制技術(shù)都有降低稻米中鎘含量的作用，其中以T5和T6處理效果較好。

表3　各因素對糙米Cd含量影響的方差分析結(jié)果

表4　5種控制技術(shù)對降低糙米Cd含量的影響（mg/kg）

表5　在對照處理下不同試驗(yàn)點(diǎn)糙米Cd含量的比較（mg/kg）

2.3不同試驗(yàn)點(diǎn)稻米鎘含量差異比較

從表5可見，試驗(yàn)點(diǎn)HN5的糙米中鎘含量最高，達(dá)0.41 mg/kg，除XT8和XY11試驗(yàn)點(diǎn)外，與其他地點(diǎn)均存在顯著性差異；試驗(yàn)點(diǎn)XT7的糙米中鎘含量最低，為0.09 mg/kg，與部分試驗(yàn)點(diǎn)之間存在顯著差異。說明在不使用任何控制技術(shù)情況下，稻米吸收鎘含量在地點(diǎn)間有很大差異，即跟試驗(yàn)點(diǎn)的成土母質(zhì)和土壤污染程度有關(guān)。從總體上來看，4個(gè)地區(qū)都以土壤中度污染條件下糙米鎘含量最高，長沙和衡南兩地以土壤重度污染條件下糙米鎘含量最低，湘潭和湘陰則以土壤輕度污染條件下糙米鎘含量最低。

2.4不同試驗(yàn)點(diǎn)各控制技術(shù)對降低稻米鎘含量的比較效應(yīng)

從表6可見，長沙3和T3組合對降低糙米中鎘含量效果最明顯，僅為0.08 mg/kg，而衡南5和T1組合的處理效果最差，糙米中鎘含量高達(dá)0.41 mg/kg，兩者相差0.33 mg/kg。說明所有組合中以VIP控制技術(shù)在成土母質(zhì)為板頁巖的高度污染土壤條件下處理效果最好，而對照在成土母質(zhì)為第四紀(jì)的中度污染條件下效果最差，其他組合介于兩者之間。

2.5相同試驗(yàn)點(diǎn)不同控制技術(shù)處理對降低稻米鎘含量的影響

由表6可以看出，不同控制技術(shù)在相同試驗(yàn)點(diǎn)對降低稻米中鎘含量具有差異性。在長沙縣成土母質(zhì)為板頁巖條件下，無論土壤背景全鎘含量的高低，各處理相對于對照均沒有顯著性差異，說明各控制技術(shù)在成土母質(zhì)為板頁巖的地區(qū)使用效果并不明顯。但各試驗(yàn)點(diǎn)糙米中鎘含量大都低于0.2 mg/kg，說明長沙縣3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的稻米鎘污染程度并不嚴(yán)重。

衡南縣成土母質(zhì)為第四紀(jì)紅壤，在土壤輕度污染條件下，各種控制技術(shù)相對于對照雖有降低稻米中鎘含量的效果，但差異均不顯著；在中度污染條件下，各處理具有降低稻米鎘含量的趨勢，但只有T5、T6處理與對照差異顯著；在重度污染條件下，除T2處理外，其他處理的鎘含量均低于T1處理，但與T1處理無顯著性差異，說明各種控制技術(shù)在輕度和重度污染的土壤條件下、成土母質(zhì)為第四紀(jì)紅壤地區(qū)的處理效果不明顯，且生物菌肥Bi的施用反而可能增加稻米中的鎘含量。

湘潭縣成土母質(zhì)為紫色砂，在土壤輕度和重度污染條件下，各種控制技術(shù)處理后反而有增加糙米中鎘含量的趨勢，但差異都不顯著，說明此技術(shù)不適用于這2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；而在中度污染條件下，5種處理相對于對照都降低了糙米中鎘含量，且除T2處理外，均有顯著性差異，其中以T5處理效果最好。

在湘陰縣成土母質(zhì)為沖積土，土壤輕度和重度污染條件下，各處理與T1處理均無顯著差異，雖然有降低糙米鎘含量的趨勢，但VIP等控制技術(shù)的使用效果并不明顯；在中度污染條件下，各處理鎘含量都低于對照，且T5、T6處理與T1處理差異顯著，其中以T5處理效果最佳。

2.6相同控制技術(shù)在不同污染程度條件下對降低稻米鎘含量的影響

由表7可以看出，各處理在不同污染程度的土壤中進(jìn)行，糙米中積累的鎘含量也具有差異。各處理在土壤中度污染條件下都表現(xiàn)為糙米鎘含量最高，在土壤輕度污染條件下都表現(xiàn)為糙米鎘含量最低，在重度污染條件下位于兩者之間。總體上，各控制技術(shù)相對對照均在一定程度降低了糙米鎘含量。在輕度污染的土壤條件下，以VIP為主的控制技術(shù)雖降低了糙米鎘濃度，但相互之間的作用效果基本無差異；在中度和重度污染的土壤條件下，以T5和T6處理的作用效果較好。

表6　同一試驗(yàn)點(diǎn)不同控制技術(shù)處理對降低糙米中Cd含量的影響

表7　同一處理不同污染程度對降低糙米中Cd含量的影響

表8　同一處理不同成土母質(zhì)對降低糙米中Cd含量的影響

2.7相同控制技術(shù)處理在不同成土母質(zhì)條件下對降低稻米鎘含量的影響

表8表明，相同的處理?xiàng)l件下，成土母質(zhì)不同，降低糙米中鎘濃度的作用效果也不同。T1和T5處理?xiàng)l件下，以在板頁巖和紫色砂進(jìn)行的作用效果最好，沖積土次之，第四紀(jì)紅壤效果最差；T2處理?xiàng)l件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、紫色砂、沖積土、第四紀(jì)紅壤；T3處理?xiàng)l件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、紫色砂、沖積土、第四紀(jì)紅壤；T4處理?xiàng)l件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、沖積土、紫色砂、第四紀(jì)紅壤；T6處理?xiàng)l件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、紫色砂、第四紀(jì)紅壤、沖積土。

綜上可知，相同處理不同成土母質(zhì)條件下，糙米中鎘濃度存在很大差異，各處理均以在板頁巖為成土母質(zhì)的作用效果最好，以第四紀(jì)紅壤為成土母質(zhì)的作用效果最差。土壤的成土母質(zhì)跟VIP等控制技術(shù)作用效果密切相關(guān)，如往不同成土母質(zhì)的土壤中施加石灰，作用效果不同，其作用機(jī)理有待進(jìn)一步探討。

3　小結(jié)與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，5種控制技術(shù)都有降低稻米中鎘含量的作用，其中，生物菌肥Bi的處理與對照無明顯差異，“VIP+Se”或“VIP+Se+Bi”處理效果最好，這兩種技術(shù)的優(yōu)劣有待進(jìn)一步討論。

在不使用任何控制措施情況下，稻米吸收鎘多少在不同地點(diǎn)間有很大差異，即跟試驗(yàn)點(diǎn)的成土母質(zhì)和土壤背景全鎘含量有關(guān)。根據(jù)各地點(diǎn)的糙米鎘積累情況，可為低鎘水稻生產(chǎn)地點(diǎn)的選擇提供依據(jù)。但這種作用仍需從機(jī)理上進(jìn)一步證實(shí)。

不同試驗(yàn)點(diǎn)與各控制技術(shù)組合對降低稻米鎘含量的比較效應(yīng)表明，以VIP控制技術(shù)在成土母質(zhì)為板頁巖的高污染土壤條件下組合處理效果最好，而對照處理在成土母質(zhì)為第四紀(jì)的中度污染土壤條件下處理效果最差，其他各組合介于兩者之間。

相同試驗(yàn)點(diǎn)不同控制技術(shù)處理對降低稻米鎘含量的影響不同。在長沙縣3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的稻米鎘污染不是十分嚴(yán)重，大都低于0.2 mg/kg，但各種控制技術(shù)的使用效果不明顯；在衡南、湘潭和湘陰土壤為輕度和重度污染條件下，各種控制技術(shù)雖有降低糙米中鎘含量的趨勢，但差異都不明顯，故不適用于這些試驗(yàn)點(diǎn)；在衡南中度污染條件下，“VIP+Se”和“VIP+Se+Bi”技術(shù)的處理效果為好，且單獨(dú)施用生物菌肥Bi反而有增加糙米中鎘含量的作用；在湘陰土壤中度污染條件下，“VIP+Se”和“VIP+Se+Bi”技術(shù)與對照相比有顯著差異，但以“VIP+Se”技術(shù)的效果最佳。綜合可知，“VIP+Se”技術(shù)對降低糙米鎘含量的作用較為明顯，但這也得視不同成土母質(zhì)和土壤污染程度而定。“VIP+n”模式的處理效果有待進(jìn)一步研究，生物菌肥Bi的作用也有待進(jìn)一步證實(shí)。

各控制技術(shù)在不同污染程度的土壤中進(jìn)行，糙米中積累的鎘含量也不同。各處理在土壤中度污染條件下都表現(xiàn)為糙米鎘含量最高，在土壤輕度污染條件下都表現(xiàn)為糙米鎘含量最低，在重度污染條件下位于兩者之間。土壤鎘污染程度如何影響VIP等控制技術(shù)的發(fā)揮仍需探討。

相同處理不同成土母質(zhì)條件下，糙米中鎘含量存在很大差異，其中各處理均以板頁巖為成土母質(zhì)的作用效果最好，大都以第四紀(jì)紅壤為成土母質(zhì)的作用效果最差。成土母質(zhì)如何影響VIP等控制技術(shù)的作用有待進(jìn)一步討論。

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Effects of VIP Technology on Reducing Cadmium Content in Rice

WANG Mi'an1，YIN Lihui2，PENG Jianxiang1，NIE Lingli1，LI Yijun1，HE Jie1，ZHANG Wen1，AO Hejun1*
（1College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China；2Hunan Agricultural Resources and Environment Protection Station，Changsha 410005，China；*Corresponding author：aohejun@126.com）

Abstract：The cadmium pollution of rice become increasingly serious，which caused enormous threats to human health and agricultural production.In order to find an effective way to control the cadmium content in rice，to meet the national safety levels and to provide a theoretical basis for the subsequent test，this study took the low-cadmium accumulation rice Xiangwanxian 12 as the experimental material by applying the randomized blocks design to explore and compare with five control technologies including VIP［low cadmium species（variety）+reasonable irrigation（irrigation）+adjust the acidity（pH）］and 12 test points that have different soil parent materials and extent of soil contamination.The result showed that the effect of“VIP+Se”and“VIP+Se+Bi”treatment were better than other treatments，and the effects of cadmium reduction were significant compared with the control.

Key words：rice；cadmium；VIP technology；water management；pH；quick lime

中圖分類號：S511.048

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1006-8082（2016）01-0043-05

收稿日期：2015-08-25