輕度鉛脅迫下不同水稻品種籽粒鉛富集及產質量差異研究

何玉亭,謝麗紅,孫 娟,李 浩,鐘文挺,蔡梣儀,王 科,楊 杰

(成都市農業(yè)技術推廣總站，四川 成都 610041)

隨著中國工農業(yè)快速發(fā)展，農田和作物重金屬污染日趨嚴重，土壤污染導致農產品重金屬超標威脅到人類健康[1]。土壤中的鉛被水稻根系吸收后，會在籽粒中富集，嚴重影響稻米品質和食品安全[2]。推廣應用水稻安全品種是當前解決鉛污染農田安全生產的有效途徑之一[3]。因此，本研究選取23個水稻品種，探討輕度鉛脅迫下不同品種間籽粒鉛富集及產質量差異，篩選出輕度鉛脅迫下的高產低鉛富集水稻品種，為輕度鉛污染區(qū)安全種植生產提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地處于亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，岷江中上游川西平原西部。土壤類型為水稻土，土層深厚，地力水平中上，肥力均勻，灌溉排水條件良好。試驗前采集0～20cm耕層土樣，檢測結果表明：土壤pH值為6.38，總鉛含量為106.4mg/kg。根據(jù)國家《土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》GB15618-2018(代替95標準)，pH值小于6.5時鉛限量為100mg/kg，試驗地屬于輕度鉛污染土壤。

表1 試驗地土壤鉛污染情況

1.2 供試水稻品種

基于前期試驗成果，并結合成都市2018年主推水稻品種，選取川優(yōu)6203、川作優(yōu)8727、川作優(yōu)1727等23個水稻品種。其中早熟品種2個，中熟品種5個，晚熟品種15個，具體如表所示。

表2 供試水稻品種及生長期

1.3 試驗設計

本試驗于2018年4月開始至2018年9月結束，試驗采取完全隨機區(qū)組設計，設置23個處理，每個處理3次重復，共69個小區(qū)，每個小區(qū)面積20m2，小區(qū)間留距50cm。試驗地塊周圍留足保護行。

底肥：所有處理水稻均用氯鉀型三元復合肥(15-15-15)35kg/667m2作底肥，肥料重金屬檢測結果符合國家要求，具體如表3、表4所示。

表3 肥料重金屬含量(mg/kg)

表4 肥料重金屬限量標準(mg/kg)

追肥：返青期每667m2用尿素(N 46%)6kg，拔節(jié)期用尿素(N 46%)5kg，氯化鉀(K2O 60%)15kg作追肥。

栽培規(guī)格、種植密度、防病蟲、灌溉、曬田均按當?shù)亓晳T與作物實際需求進行常規(guī)田間管理。

1.4 樣品采集及小區(qū)測產

由于各品種生育期有差異，每個品種成熟后及時采集水稻籽粒樣品。水稻籽粒每個品種取樣8穴(不取邊行)編號晾曬，自然風干，分別測定稻米重金屬鉛含量。

待籽粒取樣后，各小區(qū)單獨進行收割，現(xiàn)場測定產量(濕重)，利用水分檢測儀，檢測水稻籽粒水分含量，折算成標準水分含量后進行產量換算。

1.5 測定指標及方法

測定指標包括水稻籽粒鉛含量、土壤pH及全鉛含量。水稻籽粒鉛的測定參照《食品安全國家標準食品中鉛的測定》(GB5009.12-2003)，土壤鉛檢測參照國家標準《土壤質量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法》(GB/T17141)，儀器使用德國耶拿火焰-石墨爐原子吸收光譜儀(jena-ZEEnit700P型)。采用賽多利斯(PB-10型)pH測量計測定土壤pH值(水土比為1∶2.5)。

1.6 水稻籽粒重金屬富集指數(shù)及質量安全水平評價方法

水稻籽粒鉛富集指數(shù)=籽粒鉛含量/土壤全鉛含量[4]；

依據(jù)《食品安全國家標準》(GB2762-2017)和全國農產品產地土壤重金屬安全評估技術規(guī)定，水稻籽粒鉛質量安全水平采用單因子指數(shù)法計算得到，具體如下：

式中：Ei為水稻籽粒中重金屬i的單因子指數(shù)；Ai為農產品中重金屬i的實測濃度；Si為農產品中重金屬i的限量標準值。

1.6.2 等級劃分 水稻籽粒鉛質量安全水平等級劃分為3個等級，具體如表5所示。

表5 農產品質量等級劃分依據(jù)

1.7 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)用統(tǒng)計軟件DPS15.1進行方差分析和LSD多重比較，檢驗不同處理間差異的顯著性，用Microsoft Excel 2010進行圖表制作。

2 結果與分析

2.1 各水稻品種籽粒鉛含量及質量安全水平分析

如表6所示，不同水稻品種(系)籽粒鉛平均含量存在差異，質量安全水平不一。籽粒鉛平均含量變幅為0.055～0.252mg/kg，超過標準限量值的有3個品種，分別為旌優(yōu)127(0.252mg/kg)、川作優(yōu)619(0.202mg/kg)、德香4727(0.232mg/kg)，均為輕微超標，其余21個品種籽粒鉛均不超標。水稻籽粒鉛含量最低的品種為蜀優(yōu)217，除與其他6個品種(五山絲苗、川作優(yōu)8727、天優(yōu)華占、宜香優(yōu)4245、內5優(yōu)907、德香4103)差異不顯著外，均顯著小于其余品種。

表6 不同水稻品種籽粒鉛平均含量與質量安全水平

2.2 不同水稻品種產量及鉛富集系數(shù)差異

如表7所示，不同水稻品種的產量和鉛富集指數(shù)存在一定差異。產量變幅為484.1～624.8kg/667m2，均值為559.0kg/667m2，產量高于均值的品種有11個，其中以11號宜香優(yōu)2115最高(624.8kg/667m2)，除與其他3個品種(川作優(yōu)1727、德優(yōu)4727、瀘優(yōu)11092)差異不明顯外，均顯著高于其余品種，產量最低的為宜香優(yōu)2084，僅484.1kg/667m2，除與瀘香優(yōu)104和川作優(yōu)619差異不大外，顯著少于其余品種。

鉛富集指數(shù)變幅為0.0004～0.0024，均值為0.0012，以蜀優(yōu)217鉛富集指數(shù)最低，除與5個品種(五山絲苗、天優(yōu)華占、宜香優(yōu)4245、內5優(yōu)907)差異不明顯外，均顯著小于其余品種；鉛富集指數(shù)最高的為旌優(yōu)127，除與德優(yōu)4727無明顯差異外，均顯著高于其余品種。

表7 不同品種水稻產量及鉛富集指數(shù)

2.3 水稻產量與籽粒鉛富集系數(shù)的相關關系

水稻糙米鉛富集系數(shù)是反映水稻品種鉛富集能力的重要指標，在生產中水稻產量和鉛富集能力是影響水稻能否在鉛污染區(qū)種植的兩個重要因素[5]。為探明輕度鉛脅迫下水稻產量與鉛富集能力的相關性，以參試23個水稻品種產量與對應糙米鉛富集系數(shù)進行了相關性分析(圖1)，結果表明，水稻產量與糙米鉛富集系數(shù)之間有一定的負相關關系，但相關性不顯著(P>0.05)，說明水稻鉛的富集不會對產量造成明顯影響，在生產中可以通過選擇高產低鉛富集水稻品種用于鉛污染區(qū)種植。

圖1 水稻產量與鉛富集系數(shù)的相關性

2.4 水稻籽粒產量與鉛富集系數(shù)的聚類分析

選取產量與糙米鉛富集系數(shù)2個變量進行聚類分析，將參試水稻品種大致劃分為3個類型。第1類有3個品種，該類品種產量較低，包括1個富集能力較強品種(5號)和2個富集能力較弱品種(4號、12號)；第2類有16個品種，下分3個亞組，一小組5個品種，產量中上水平，富集能力較較弱(8號、17號、20號、21號、23號)，二小組5個品種，產量中等水平，富集能力較弱品種(6號、13號、14號、16號、19號)，三小組6個品種，產量中下水平，包括1個富集能力較強品種(3號)和5個富集能力較弱品種(1號、7號、10號、15號、22號)；第3類有4個品種，該類品種產量較高，包括1個富集能力較強品種(18號德優(yōu)4727)和3個富集能力較弱品種(2號川作優(yōu)1727、9號瀘優(yōu)11092、11號宜香優(yōu)2115)。

圖2 水稻產量與鉛富集系數(shù)的聚類分析

3 結論

綜上所述，不同品種水稻產量、糙米鉛含量及富集系數(shù)存在較大差異，其變幅分別為484.1～624.8kg/667m2、0.055～0.252mg/kg、0.0004～0.0024，最高值與最低值分別相差1.29倍、4.58倍、6.0倍。輕度鉛脅迫下水稻產量與糙米鉛富集能力不存在顯著相關性，依據(jù)籽粒產量和糙米鉛富集系數(shù)的聚類分析結果，篩選出3個產量高且鉛富集能力較弱的品種(2號川作優(yōu)1727、9號瀘優(yōu)11092、11號宜香優(yōu)2115)，5個產量中上富集能力較弱品種(8號F優(yōu)498、17號德香4103、20號川優(yōu)6203、21號蓉18優(yōu)447、23號宜香優(yōu)1108)，可用于輕度鉛污染區(qū)種植。