水稻土中7個(gè)水稻品種對土壤Cd、Pb的富集與轉(zhuǎn)運(yùn)：田間研究

馮蓮蓮，郭京霞，黃梓璨，王 果

福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福建 福州 350002

水稻土中7個(gè)水稻品種對土壤Cd、Pb的富集與轉(zhuǎn)運(yùn)：田間研究

馮蓮蓮，郭京霞，黃梓璨，王 果*

福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福建 福州 350002

近年來，稻米Cd、Pb含量超標(biāo)問題頻繁出現(xiàn)，稻米質(zhì)量安全備受關(guān)注。通過在Cd-Pb復(fù)合污染土壤上，采用田間試驗(yàn)方法研究了7個(gè)水稻（Oryza.sativa L.）品種（宜優(yōu)673、東聯(lián)5號、花優(yōu)63、春優(yōu)84、浙優(yōu)18、甬優(yōu)9號和臺粳8號）對土壤Cd和Pb的富集與轉(zhuǎn)運(yùn)能力，并探討了影響稻米富集Cd和Pb的因素，以期為Cd、Pb污染農(nóng)業(yè)土壤的安全利用提供依據(jù)。研究結(jié)果表明，Cd、Pb主要富集在水稻根中，Cd、Pb在各組織中的含量分別表現(xiàn)為根＞莖＞葉＞糙米、根＞葉＞莖＞糙米。糙米Cd、Pb含量分別為0.06～0.18、0.09～0.31 mg·kg-1，品種間Cd、Pb含量差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05）；供試水稻糙米中Cd含量均未超標(biāo)（0.2 mg·kg-1，GB2762—2017），除臺粳8號以外，其他品種糙米Pb含量也未超標(biāo)（0.2 mg·kg-1，GB2762—2017）。糙米Cd含量隨稻谷產(chǎn)量的升高而升高，糙米Pb含量則隨稻谷產(chǎn)量的升高而降低。不同水稻品種對土壤Cd的富集能力表現(xiàn)為：春優(yōu)84＞甬優(yōu)9號＞浙優(yōu)18＞宜優(yōu)673＞東聯(lián)5號、花優(yōu)63、臺粳8號，最大相差2.4倍；對土壤Pb的富集能力表現(xiàn)為：臺粳8號＞宜優(yōu)673＞浙優(yōu)18＞花優(yōu)63、春優(yōu)84、甬優(yōu)9號＞東聯(lián)5號，最大相差3.3倍。高根表鐵膜Cd含量促進(jìn)了水稻根系對Cd的吸收，但高根表鐵膜Pb含量則抑制了根系對Pb的吸收。糙米Cd含量隨Cd在莖-糙米和葉-糙米之間的轉(zhuǎn)移系數(shù)的升高而升高（P＜0.01），但糙米Pb含量與Pb在莖-糙米和葉-糙米之間的轉(zhuǎn)移系數(shù)無明顯相關(guān)（P＜0.01）。臺梗8號是低產(chǎn)低Cd累積品種，東聯(lián)5號為高產(chǎn)低Cd積累品種，東聯(lián)5號和甬優(yōu)9號為高產(chǎn)低Pb積累品種，在Cd污染、Pb污染或Cd-Pb復(fù)合污染的農(nóng)田上可以酌情選種。

水稻；品種；Cd；Pb；富集

中國土壤重金屬污染形勢不容樂觀。據(jù)調(diào)查，中國耕地土壤污染物點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，其中以重金屬污染為主（環(huán)境保護(hù)部、國土資源部，2014）。土壤重金屬會影響農(nóng)作物正常生長、導(dǎo)致減產(chǎn)，更為嚴(yán)重的是通過作物的吸收引起農(nóng)產(chǎn)品污染，危害人體健康（曾希柏等，2013）。水稻（Oryza.sativa L.）是中國主要的糧食作物之一，稻米的質(zhì)量安全及其對人體的健康風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)成為全社會關(guān)注的熱點(diǎn)（路子顯，2011）。

目前降低稻米中重金屬含量的途徑主要包括選育重金屬低積累的水稻品種（Cao et al.，2014；史靜等，2013；何玉龍，2016）、降低土壤重金屬的生物有效性（王榮萍等，2013；趙明柳等，2016）等。一些方法效果雖好，但成本高且容易造成二次污染（劉維濤等，2010），而通過選種重金屬低富集的水稻品種加上科學(xué)的栽培管理方式來降低稻米重金屬含量，被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)有效的途徑之一。不少研究表明，不同水稻類型或品種對土壤重金屬Cd、Pb的吸收和累積確實(shí)存在顯著差異（周鴻凱等，2010；李鵬等，2011；文志琦等，2015；何玉龍，2016；唐云舒等，2017）。一些研究認(rèn)為，不同水稻籽粒對土壤Cd、Pb的不同富集特點(diǎn)表現(xiàn)為常規(guī)稻與雜交稻的不同（楊祥田等，2013；Cao et al.，2014）、秈稻與粳稻的不同（楊祥田等，2013；Liu et al.，2013）、雜交稻父本之間的不同（楊祥田等，2013；陳新紅等，2014）、Cd、Pb從根系向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的不同（李鵬等，2011；文志琦等，2015；蔡秋玲等，2016）等。但也有不同的觀點(diǎn)，如徐燕玲等（2009）認(rèn)為不同水稻品種對 Cd的累積存在差異，但不同水稻類型（秈稻和粳稻、常規(guī)稻和雜交稻、兩系雜交稻和三系雜交稻）之間并非必然存在差異。另外，有研究表明，不同水稻品種根系形成的根表鐵膜能力不同（Cheng et al.，2014；黃劍冰等，2017），且根表鐵膜對重金屬Cd、Pb進(jìn)入根細(xì)胞的作用不同，主要表現(xiàn)為促進(jìn)、抑制或無影響（Liu et al.，2010；Liu et al.，2011；Ma et al.，2013；劉侯俊等，2013；胡瑩等，2014），如劉侯俊等（2013）研究表明，同一水稻品種的根表鐵膜對Cd、Zn等進(jìn)入根細(xì)胞的作用表現(xiàn)不同，胡瑩等（2014）研究表明根表鐵膜對 Pb具有一定的吸附能力，但這種吸附能力受不同水稻品種和不同生育期影響。

由上述研究結(jié)果可知，不同水稻品種對土壤重金屬、特別是Cd的吸收和富集確實(shí)存在差異，而研究結(jié)果的不同可能與供試水稻品種或類型的選擇、供試土壤的性質(zhì)、試驗(yàn)方式（盆栽或大田試驗(yàn)）等有關(guān)；目前已有品種篩選的研究多針對重金屬單一污染，其篩選出的品種是否適合復(fù)合污染仍需更多的驗(yàn)證（劉維濤等，2010）。基于此，本研究選擇在 Cd、Pb復(fù)合污染農(nóng)田上進(jìn)行試驗(yàn)，研究了 7種福建省當(dāng)?shù)刂髟运酒贩N對土壤Cd和Pb的富集特征，并探討了導(dǎo)致不同富集特征的機(jī)理，以期為Cd、Pb復(fù)合污染農(nóng)業(yè)土壤的安全利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

7個(gè)供試水稻品種分別為：宜優(yōu)673（秈型雜交稻）、東聯(lián)5號（常規(guī)秈稻）、花優(yōu)63（秈粳雜交稻）、春優(yōu)84（秈粳雜交稻）、浙優(yōu)18（秈粳雜交稻）、甬優(yōu)9號（粳型雜交稻）、臺粳8號（常規(guī)粳稻）。

試驗(yàn)地位于福建省三明市大田縣一個(gè)礦區(qū)周邊的農(nóng)田，地形為山間盆地，試驗(yàn)地位于盆地底部，四周低山環(huán)繞，山中蘊(yùn)藏豐富的煤、鐵、銅、錳、鉛鋅、石灰石等礦產(chǎn)資源。長期的采礦活動(dòng)致使盆地中的農(nóng)田土壤遭受較嚴(yán)重的污染。試驗(yàn)地所在農(nóng)田排水不暢，具有明顯的“冷浸田”特征。試驗(yàn)土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。從表1可知，土壤中Cd和Pb含量顯著高于國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的二級標(biāo)準(zhǔn)值（pH＜6.5，Cd＜0.3 mg·kg-1，Pb＜250 mg·kg-1），屬于典型的Cd-Pb復(fù)合污染土壤。

1.2 田間試驗(yàn)

試驗(yàn)田中共設(shè)置21個(gè)小區(qū)（5 m×2 m），每品種設(shè)置3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)排列。2016年5月20日播種水稻，6月18日移栽，行距33 cm，株距30 cm。雜交稻每穴1本，常規(guī)稻每穴4本。每小區(qū)基肥施尿素143 g，KH2PO483 g，K2SO472 g；分蘗肥施尿素115 g，KH2PO466 g，K2SO458 g；穗粒肥施尿素7 g，KH2PO413 g。水稻生長期進(jìn)行淹水處理。

1.3 樣品采集與分析

水稻收割后，分別將各小區(qū)稻谷曬干、揚(yáng)凈、稱重，為各小區(qū)稻谷的實(shí)際產(chǎn)量。從各小區(qū)選擇 2叢水稻植株，將稻株和根際土壤帶回實(shí)驗(yàn)室，在室內(nèi)計(jì)算每叢稻株有效穗數(shù)、株高等。將地上部與根系分開，先用自來水清洗水稻根、莖、葉和谷粒，再用去離子水清洗干凈。谷粒風(fēng)干后先按農(nóng)業(yè)部頒布的標(biāo)準(zhǔn)《米質(zhì)測定方法》（NY 147—1988）出糙，然后研磨過100目篩備用。根、莖和葉于105 ℃下殺青30 min后于75 ℃下烘干至恒重，記錄樣品的干重，然后所有樣品都研磨過100目尼龍篩備用。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干磨碎后過2 mm尼龍篩備用。

土壤pH采用pH計(jì)（Mettler Seven Compact，水土比為2.5∶1，NY/T 11212—2006）測定；土壤顆粒分布用激光粒度分析儀（BT-9300ST）測定；土壤有機(jī)碳用元素分析儀（Vario Max Cube，Elementar）測定；土壤CEC采用乙酸銨交換法測定。

水稻根表鐵膜采用 DCB（Dithionite-citratebicarbonate）法提取（劉侯俊等，2007），土壤Cd、Pb全量采用四酸消解法消解（GB/T17141—1997），土壤Cd、Pb有效量采用DTPA浸提（GB/T 23739—2009），植物樣品采用硝酸-高氯酸消解（GB/T 5009.15—2003，GB/T 5009.12—2010），提取液或消解液中的Cd、Pb濃度用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP -MS，NexION300X，PE，US）測定。土壤樣品浸提或消解、植物樣品消解過程中均插入土壤標(biāo)準(zhǔn)品（GBW07417a，ASA-5a）和植物標(biāo)準(zhǔn)品（GBW10023-GSB-14）進(jìn)行質(zhì)量控制。標(biāo)準(zhǔn)曲線利用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心提供的標(biāo)準(zhǔn)儲備液逐級稀釋配制、測定、繪制。

表1 試驗(yàn)土壤基本理化性質(zhì)Table1 Physical and chemical properties of the tested soil

1.4 數(shù)據(jù)分析

Cd、Pb在土壤-水稻系統(tǒng)各部位之間的遷移情況用轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF）表示：

式中，TFx-y代表Cd、Pb從部位x到部位y之間的轉(zhuǎn)移系數(shù)；x和y分別代表土壤-水稻系統(tǒng)的某一部位（土壤、鐵膜、根、莖、葉、糙米）；Cx、Cy分別代表兩個(gè)部位中Cd、Pb的濃度，其中土壤中Cd、Pb含量指DTPA提取的有效量（趙明柳等，2016）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2003辦公軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和作圖，采用SPSS 17.0中的單因素方差分析（ANOVA）對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用新復(fù)極差法（Duncan）對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

表2 不同水稻品種的農(nóng)藝性狀Table2 Agronomic traits of different rice cultivars

表3 不同水稻品種各組織中Cd、Pb含量Table3 Cd and Pb concents in the tissues of different rice cultivars mg·kg-1

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水稻品種農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量

不同品種水稻的農(nóng)藝性狀如表2所示。由表2可知，宜優(yōu)673株高最高，為142.0 cm，臺粳8號株高最低，為125.8 cm；宜優(yōu)673和東聯(lián)5號有效穗最多，為33.7 ind·plant-1，春優(yōu)84有效穗最少，僅21.7 ind·plant-1；不同水稻品種地上部生物量之間沒有顯著差異，僅見東聯(lián)5號地上部生物量（112.7 g·plant-1）顯著高于臺粳 8 號（68.4 g·plant-1）；臺粳8號的稻谷產(chǎn)量（7.8 kg·plot-1）顯著低于其他6個(gè)水稻品種，而這6個(gè)水稻品種間稻谷產(chǎn)量沒有顯著差異。綜上可知，臺梗8號屬于株型較矮和稻谷產(chǎn)量較低的品種，浙優(yōu)18、宜優(yōu)673和甬優(yōu)9號屬于稻谷產(chǎn)量較高的品種。

2.2 水稻各組織中Cd、Pb含量

水稻各組織中Cd、Pb含量如表3所示。由表3 可知，不同品種根 Cd 含量介于 3.08～6.27 mg·kg-1，莖 Cd含量介于 0.49～1.13 mg·kg-1，品種間差異均不顯著。葉Cd含量介于0.19～0.50 mg·kg-1，其中甬優(yōu)5號最低，東聯(lián)5號最高，二者相差2.6倍，品種間差異顯著。糙米Cd含量介于0.06～0.18 mg·kg-1，其中臺粳8號最低，宜優(yōu)673、東聯(lián)5號和花優(yōu)63次之，春優(yōu)84最高，最大相差3倍，品種間差異顯著。綜上可知，Cd主要富集在水稻根中，各組織含量順序?yàn)楦厩o＞葉＞糙米。所有水稻品種糙米Cd含量均低于國家規(guī)定的稻米中Cd含量的限量標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg·kg-1，GB2762—2017）。從圖 1 可知，糙米Cd含量與莖、根組織中Cd含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。

由表3可知，不同品種根Pb含量介于536～1798 mg·kg-1，其中，東聯(lián)5號最低，宜優(yōu)673最高，二者相差3.4倍。莖Pb含量介于7.96～27.06 mg·kg-1，甬優(yōu)9號最低，臺梗8號最高，相差3.4倍。葉Pb含量介于 14.76～65.06 mg·kg-1，浙優(yōu) 18最低，東聯(lián)5號最高，相差4.4倍。糙米Pb含量介于0.09～0.31 mg·kg-1，東聯(lián)5號最低，臺梗8號最高，最大相差3倍多。不同水稻品種各組織Pb含量的差異均達(dá)顯著水平。綜上可知，Pb主要富集在水稻根中，各組織中含量順序?yàn)楦救~＞莖＞糙米。除臺梗 8號外，糙米Pb含量均未超過國家規(guī)定的稻米中Pb含量的限量標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg·kg-1，GB2762—2017）。從圖 2可知，水稻糙米Pb含量與莖Pb含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與稻谷產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），莖 Pb含量與稻谷產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。

圖1 Cd在糙米、莖和根中含量之間的關(guān)系Fig.1 Relationship between Cd contents in brown rice and stem and roots

圖2 Pb在糙米、莖中濃度和稻谷產(chǎn)量之間的關(guān)系Fig.2 Relationship Pb concentrations in brown rice and stem and yield of rice grains

表4 土壤Cd、Pb有效量和根表鐵膜中Cd、Pb含量Table 4 The available soil Cd and Pb and the contents of Cd and Pb in Fe-plaques mg·kg-1

2.3 不同水稻品種土壤中 Cd、Pb有效量及根表鐵膜對Cd、Pb的吸附

表 4所示為成熟期不同水稻品種土壤中 Cd、Pb有效量及根表鐵膜對Cd、Pb的吸附量。由表4可知，不同水稻品種土壤中Cd、Pb有效態(tài)含量差異不顯著。不同水稻品種根表鐵膜形成量（DCB-Fe）介于35.75～83.98 g·kg-1，東聯(lián)5號顯著高于浙優(yōu)8號、甬優(yōu)9號以及臺粳8號。根表鐵膜對Cd的吸附量（DCB-Cd）介于 0.27～0.88 mg·kg-1，東聯(lián)5號顯著高于其他6個(gè)品種水稻。根表鐵膜對Pb的吸附量（DCB-Pb）介于 109～280 mg·kg-1，東聯(lián) 5 號顯著高于浙優(yōu)8號、甬優(yōu)9號以及臺粳8號。不同品種DCB-Fe、DCB-Cd和DCB-Pb均表現(xiàn)出明顯差異。相關(guān)性分析結(jié)果表明，根表鐵膜的形成量與根表鐵膜對 Cd、Pb的吸附量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（rCd=0.712**，rPb=0.834**，P＜0.01，n=21）。由圖 3可見，除東聯(lián)5號（實(shí)線圈中點(diǎn)）外，其他品種的根表鐵膜中Cd含量越高，進(jìn)入水稻根系的Cd也越多；除宜優(yōu)673外（虛線圈中點(diǎn)）外，其他品種的根表鐵膜中Pb含量越高，進(jìn)入水稻根系的Pb則越少。

圖3 根表鐵膜中Cd和Pb與水稻根系中Cd和Pb、含量的關(guān)系Fig.3 Relationship between the contents of Cd and Pb in Fe-plaques and in rice roots

表5 Cd在土壤-水稻系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)移系數(shù)Table5 Transfer factors of Cd in soil-rice system

表6 Pb在土壤-水稻系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)移系數(shù)Table6 Transfer factors of Pb in soil-rice system

2.4 Cd和Pb在土壤-水稻系統(tǒng)中的富集與轉(zhuǎn)移

表 5所示為 Cd在土壤-水稻系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)移系數(shù)，由表5可知，不同水稻品種Cd在土壤-水稻體系中的轉(zhuǎn)移能力不同。具體表現(xiàn)為東聯(lián)5號Cd從土壤到鐵膜的轉(zhuǎn)移能力顯著高于其他 6個(gè)水稻品種。甬優(yōu)9號Cd從鐵膜到根的轉(zhuǎn)移能力顯著高于東聯(lián)5號，其他水稻品種間沒有顯著差異。臺粳8號從根到莖的轉(zhuǎn)移能力顯著高于其他品種水稻。不同品種水稻Cd從莖到葉的轉(zhuǎn)移能力沒有顯著差異。春優(yōu)84、浙優(yōu)8號、甬優(yōu)9號Cd從莖到糙米的轉(zhuǎn)移能力顯著高于東聯(lián)5號和臺粳8號。春優(yōu)84 Cd從葉到糙米的轉(zhuǎn)移能力顯著高于東聯(lián) 5號、宜優(yōu)673。春優(yōu)84 Cd從土壤到糙米中的轉(zhuǎn)移能力也顯著高于花優(yōu)63、東聯(lián)5號和臺粳8號。從圖4可見，糙米 Cd含量與 TF葉-糙米呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與TF莖-糙米相關(guān)性不顯著，但趨于隨TF莖-糙米的升高而升高。

表6所示為Pb在土壤-水稻系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)移系數(shù)，由表6可知，不同水稻品種Pb在土壤-水稻體系中的轉(zhuǎn)移能力不同。具體表現(xiàn)為東聯(lián)5號Pb從土壤到鐵膜的轉(zhuǎn)移能力顯著顯著高于甬優(yōu)9號、臺粳8號。甬優(yōu)9號Pb從鐵膜到根的轉(zhuǎn)移能力顯著高于東聯(lián)5號和花優(yōu)63，其他品種水稻間沒有顯著差異。臺粳8號Pb從根到莖的轉(zhuǎn)移能力顯著高于其他水稻品種。東聯(lián)5號Pb從莖到葉的轉(zhuǎn)移能力的顯著高于其他水稻品種。Pb從莖到糙米、葉到糙米以及土壤到糙米的轉(zhuǎn)移能力都以臺梗8號較高，東聯(lián)5號較低。糙米 Pb含量與 TF莖-糙米和 TF葉-糙米的相關(guān)性不顯著。

表7 文獻(xiàn)中稻米對土壤Cd和Pb的富集特點(diǎn)Table7 Accumulation characteristics of Cd and Pb from the soil by rice in some references

3 討論

從上述結(jié)果可知，供試的7個(gè)水稻品種的糙米對Cd和Pb的富集能力存在顯著差異。各水稻品種對土壤Cd富集能力表現(xiàn)為：春優(yōu)84＞甬優(yōu)9號＞浙優(yōu)18＞宜優(yōu)673＞東聯(lián)5號、花優(yōu)63、臺粳8號（表5）。臺梗8號對Cd的富集能力最弱，這與不少研究（表7）認(rèn)為粳稻對Cd的富集低于秈稻的結(jié)論一致（R?mkens et al.，2009；Yan et al.，2010；楊祥田等，2013）。然而，東聯(lián) 5號（常規(guī)秈稻）和花優(yōu)63（秈粳雜交稻）也屬于對Cd的富集能力較低的品種，說明秈稻中也可以選出低Cd富集的品種。秈粳型雜交稻對Cd的富集能力變化較大，春優(yōu)84是Cd富集能力最強(qiáng)的品種，甬優(yōu)9號對Cd的富集能力也較強(qiáng)，而同為秈粳型雜交稻的花優(yōu) 63則屬于Cd富集能力最低的品種。有研究認(rèn)為，雜交組合對土壤重金屬的富集能力主要取決于父本對土壤重金屬的富集能力（陳新紅等，2014），這也許是本研究中秈粳型雜交稻對土壤Cd富集能力不同的重要原因。兩個(gè)常規(guī)稻（常規(guī)秈稻東聯(lián)5號和常規(guī)粳稻臺梗8號）均屬于低Cd富集的品種，這與李波等（2014）和Cao et al.（2014）的研究結(jié)果一致，與杜瑞英等（2016）研究結(jié)果不同。可能與水稻品種、試驗(yàn)地點(diǎn)和土壤條件不同有關(guān)。不同水稻品種對土壤Pb的富集能力表現(xiàn)為：臺梗8號＞宜優(yōu)673＞浙優(yōu)18＞花優(yōu)63、春優(yōu)84、甬優(yōu)9號＞東聯(lián)5號（表6）。粳稻（臺梗8號）對土壤Pb的富集能力顯著高于秈稻，這與其對土壤Cd的富集能力完全相反，也與Liu et al.（2013）的研究結(jié)果不同，其研究認(rèn)為對 Pb的富集能力表現(xiàn)為雜交秈稻＞秈稻＞粳稻。這可能與試驗(yàn)方式和土壤污染狀況不同有關(guān)，本文為大田試驗(yàn)，且土壤Pb重度污染而Liu等的試驗(yàn)為盆栽，外源添加 Pb至輕度污染。常規(guī)稻和雜交稻對土壤 Pb的富集能力也沒有表現(xiàn)出規(guī)律性的差異，與臺粳8號相反，常規(guī)秈稻東聯(lián)5號對土壤 Pb的富集能力屬于較低水平。關(guān)于不同水稻品種對土壤 Pb的富集能力的研究遠(yuǎn)少于對土壤Cd的富集能力的研究，現(xiàn)有研究資料尚無法滿足水稻安全生產(chǎn)的需要，亟需開展進(jìn)一步的研究。

水稻根表形成的根表鐵膜屬于兩性膠體，可以通過吸附、共沉淀等作用影響水稻根系對重金屬元素（Cd、Pb等）的吸收和累積（傅友強(qiáng)等，2010；董明芳等，2016）。本研究中，根表鐵膜數(shù)量與鐵膜中Cd、Pb含量均呈極顯著正相關(guān)，表明根表鐵膜含量越高，鐵膜中Cd、Pb含量也越高。不同水稻品種的根表鐵膜中 Cd和 Pb含量存在顯著性差異。從圖3可知，水稻根系中Cd含量隨根表鐵膜中Cd含量的升高而升高，即根表鐵膜促進(jìn)了水稻根系對Cd的吸收。只有一個(gè)品種例外（東聯(lián)5號，實(shí)線圓圈中的點(diǎn)），即鐵膜形成量越多，鐵膜中Cd含量越高，進(jìn)入水稻根系的Cd也越多。從表4可知，臺粳8號的根表鐵膜形成量最低，其根系中的Cd含量也最低。東聯(lián)5號根表鐵膜中Cd含量最高，但其根系中Cd含量并不最高，說明這個(gè)品種具有一定特殊性。根表鐵膜Pb與水稻根系中Pb含量總體上呈負(fù)相關(guān)趨勢（圖3，虛線圓圈中的點(diǎn)除外），即根表鐵膜阻礙了根系對 Pb的吸收，這可以從一個(gè)方面說明為什么臺梗8號對Cd的富集能力最弱，而對Pb的富集能力最強(qiáng)。

已有研究認(rèn)為稻米中重金屬的累積程度與重金屬在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力有關(guān)（李鵬等，2011；陳新紅等，2014；文志琦等，2015；Li et al.，2016）。本研究中，糙米中Cd和Pb的含量與TF根-莖無顯著相關(guān)性，這與李鵬等（2011）的研究結(jié)果不同，可能與本研究的水稻品種數(shù)量有限有關(guān)。從圖4可知，糙米 Cd含量與 TF葉-糙米呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與TF莖-糙米的相關(guān)性不顯著，但趨于隨 TF莖-糙米的升高而升高，表明糙米中Cd的累積與莖、葉向糙米的轉(zhuǎn)運(yùn)能力有密切關(guān)系，這與蔡秋玲等（2016）的研究結(jié)果相同。水稻糙米Cd含量與莖、根Cd含量呈極顯著正相關(guān)。由此可推測糙米中Cd的積累量與Cd在根部的積累分布以及各組織向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的能力有較大關(guān)系。糙米Pb含量與TF莖-糙米和TF葉-糙米均無顯著相關(guān)性。糙米Pb含量與莖Pb含量呈極顯著正相關(guān)、與稻谷產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，且各品種各組織間 Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)變化規(guī)律也不同。陳新紅等（2014）研究認(rèn)為 Pb的運(yùn)輸分配與植株莖、葉對 Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)能力是有密切關(guān)系的。然而，本研究中影響糙米 Pb含量變化的原因尚不明確，可能與 Pb在水稻中的轉(zhuǎn)移十分困難、影響因素更復(fù)雜有關(guān)。

圖4 Cd在水稻莖、葉和糙米之間的轉(zhuǎn)移系數(shù)與糙米Cd含量的關(guān)系Fig.4 The relationship between the transfer factors of Cd in stem-brown rice and in leaf-brown rice with Cd contents in brown rice

4 結(jié)論

（1）7個(gè)水稻品種各組織對土壤Cd的富集規(guī)律為根＞莖＞葉＞糙米，對土壤Pb的富集規(guī)律為根＞葉＞莖＞糙米，都主要富集在根中。所有品種糙米Cd含量均低于國家規(guī)定的Cd限量值（0.2 mg·kg-1）。除臺粳8號外，其他品種糙米Pb含量均不超過國家規(guī)定的Pb限量值（0.2 mg·kg-1），糙米Pb含量與稻谷產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。各品種水稻對土壤Cd的富集能力表現(xiàn)為春優(yōu)84＞甬優(yōu)9號＞浙優(yōu)18＞宜優(yōu)673＞東聯(lián)5號、花優(yōu)63、臺粳8號，對土壤Pb的富集能力表現(xiàn)為臺粳8號＞宜優(yōu)673＞浙優(yōu)18＞花優(yōu)63、春優(yōu)84、甬優(yōu)9號＞東聯(lián)5號。臺梗8號是低產(chǎn)低Cd累積品種，東聯(lián)5號為高產(chǎn)低Cd積累品種；臺梗8號是低產(chǎn)高Pb累積品種，東聯(lián)5號和甬優(yōu)9號為高產(chǎn)低Pb積累品種。在Cd污染、Pb污染或Cd-Pb復(fù)合污染的農(nóng)田上可以酌情選種。

（2）不同水稻品種根表鐵膜的形成量以及鐵膜中Cd和Pb含量差異顯著?？傮w而言，鐵膜Cd含量高會促進(jìn)水稻根系對Cd的吸收，鐵膜Pb含量高會阻礙根系對Pb的吸收。

（3）糙米Cd含量與莖、根中Cd含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，且隨TF莖-糙米和TF葉-糙米的升高而升高。所以，糙米中Cd的積累量與Cd在根部的積累量以及各組織向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的能力有較大關(guān)系。糙米Pb含量與莖中Pb含量有極顯著正相關(guān)關(guān)系，但與各組織間的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)都不呈顯著相關(guān)關(guān)系。所以，影響糙米中 Pb的積累量的因素還不明確，需進(jìn)一步研究。

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A Field Study on the Accumulation and Translocation of Cadmium and Lead from A Contaminated Paddy Rice Field by Seven Rice Cultivars

FENG Lianlian, GUO Jingxia, HUANG Zican, WANG Guo*
College of Resource and Environmental Science, Fujian Agriculture and Forestry University; Soil Environmental Health and Regulation,Key Laboratory of Fujian Province, Fuzhou 350002, China

In recent years, cadmium and lead contaminated rice, becomes a well-recognized threat to human health and food quality.A field experiment was carried out on Cd/Pb polluted paddy rice field, in order to study the accumulating ability and translocation of Cd and Pb from the soil by 7 rice (Oryza.sativa L.) cultivars (Yiyou 673, Donglian 5, Huayou 63, Chunyou 84, Zheyou 18, Yongyou 9 and Taigeng 8), factors affecting the accumulation of Cd and Pb in rice grains were also studied. The results showed that Cd and Pb were mainly concentrated in rice roots, whereas, the contents of Cd and Pb in brown rice were 0.06～0.18 mg·kg-1and 0.09～0.31 mg·kg-1, respectively. There was a significant difference between the Cd and Pb contents in brown rice (P＜0.05) of different rice cultivars. The Cd content in brown rice of the cultivars was below the limit for rice (0.2 mg·kg-1, GB2762—2017), except for Taigeng 8, the Pb contents in other cultivars were lower than the limit for rice (0.2 mg·kg-1, GB2762—2017). The Cd content in brown rice increased, whereas, the Pb content in brown rice decreased with increasing rice yield. The transfer factor of Cd from soil-to-brown rice decreased in the order of Chunyou 84＞Yongyou 9＞Zheyou 18＞Yiyou 673＞Donglian 5, Huayou 63, Taigeng 8 with the largest difference of 2.4. Also, the transfer factor of Pb from soil-brown rice decreased in the order of Taigeng 8＞Yiyou 673＞Zheyou 18＞Huayou 63, Chunyou 84, Yongyou 9＞Donglian 5 with the largest difference of 3.3. A higher Cd content in Fe-plaques favors Cd uptake, whereas, a higher Pb content in Fe-plaques inhibited Pb uptake by rice roots. The Cd concentration in brown rice increased with increasing TFstem-grainand TFleaf-grain(P＜0.01). There was no relationship between the Pb content in brown rice with TFstem-grainand TFleaf-grain(P＜0.01). Our results showed that Taigeng 8 is a low-yield and low-Cd accumulating cultivar,while Donglian 5 is a high-yield and low-Cd accumulating cultivar, which can be cultivated on Cd-polluted fields. Donglian 5 and Yongyou 9 are high-yield and low-Pb accumulating cultivars, which can be cultivated on Pb-polluted fields. Nevertheless, on Cd/Pb combined polluted fields, the low-Cd and low-Pb accumulating cultivar Donglian 5 can be cultivated.

rice; cultivar; Cd; Pb; accumulation

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.12.020

X53

A

1674-5906（2017）12-2146-08

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FENG Lianlian, GUO Jingxia, HUANG Zican, WANG Guo. 2017. A field study on the accumulation and translocation of cadmium and lead from a contaminated paddy rice field by seven rice cultivars [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(12): 2146-2153.

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目（促進(jìn)海峽兩岸科技合作聯(lián)合基金，U1305232）

馮蓮蓮（1990年生），女，碩士研究生，研究方向?yàn)橥寥牢廴旧鷳B(tài)。E-mail: 413767339@qq.com

*通信作者。E-mail: 1400619353@qq.com

2017-09-05