湖南鎘污染稻區(qū)再生稻發(fā)展需解決的重點(diǎn)問(wèn)題

陳基旺 屠乃美 易鎮(zhèn)邪 陳平平

摘要：為了促進(jìn)湖南省再生稻健康發(fā)展，本研究綜合前人對(duì)湖南省水稻鎘污染防治與調(diào)控以及再生稻研究成果，在湖南省大力發(fā)展再生稻的背景下，結(jié)合湖南省土壤與稻米鎘污染的現(xiàn)狀以及再生稻的優(yōu)勢(shì)，歸納了當(dāng)前再生稻鎘污染研究的薄弱環(huán)節(jié)以及空白。提出了今后再生稻鎘污染需解決的重點(diǎn)問(wèn)題：一是對(duì)不同程度鎘污染區(qū)再生稻作安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)，二是明確農(nóng)藝措施對(duì)再生稻鎘吸收與分配的調(diào)控效應(yīng)，三是集成鎘污染區(qū)再生稻安全高產(chǎn)栽培技術(shù)體系。

關(guān)鍵詞：湖南省;鎘污染;再生稻;發(fā)展對(duì)策;農(nóng)藝調(diào)控;高產(chǎn)栽培技術(shù)體系

中圖分類號(hào)：S511.038

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

論文編號(hào)：cjas20190500036

0引言

中國(guó)是最大的水稻生產(chǎn)國(guó)與消費(fèi)國(guó)，湖南省素有“魚米之鄉(xiāng)”的美稱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年湖南省稻谷產(chǎn)量為2740.4萬(wàn)t，占全國(guó)總產(chǎn)量的12.89%。湖南地區(qū)有豐富的有色金屬資源，因此又有“有色金屬之鄉(xiāng)”之稱，但長(zhǎng)年的有色金屬采冶，其弊端——重金屬污染也逐漸顯現(xiàn)，其中，以鎘污染問(wèn)題最為突出并日益嚴(yán)峻，亟待解決。

當(dāng)前，大量農(nóng)村勞動(dòng)力流失，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人工成本劇增，水稻“雙改單”現(xiàn)象非常嚴(yán)重。在此背景下，再生稻得到了政府與農(nóng)民的重視，發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年湖南省再生稻面積已經(jīng)達(dá)到26.7萬(wàn)hm2[1]。徐晶晶等[2]、張建輝等[3]調(diào)查研究表明，湖南省鎘污染程度不斷加重，稻米鎘含量超標(biāo)率從2008-2015年均呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，并且根據(jù)2014年環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的調(diào)查公報(bào)[4]以及羅瓊等[5]、方琳娜[6]等的研究表明，湖南鎘污染面積逐年提高。但是，對(duì)于再生稻鎘吸收與分配效應(yīng)研究及其配套的鎘污染區(qū)栽培技術(shù)體系研究暫未見(jiàn)報(bào)道。

而在湖南大面積推廣再生稻的背景下，再生稻的安全性堪憂。因此，本研究試圖從分析湖南土壤與稻米鎘污染的現(xiàn)狀入手，結(jié)合再生稻的發(fā)展形勢(shì)，提出鎘污染稻區(qū)發(fā)展再生稻需要解決的幾個(gè)問(wèn)題，以期為再生稻的健康發(fā)展提供參考。

1湖南省土壤鎘污染現(xiàn)狀

土壤中初始鎘含量主要取決于成土母質(zhì)，但鎘含量一般不高，近年來(lái)，由于人類活動(dòng)導(dǎo)致一些區(qū)域的鎘不斷累積，以致逐步達(dá)到了危害人體健康的水平。稻田土壤中的鎘一般有3個(gè)來(lái)源——大氣沉降、灌溉水和含鎘肥料。大氣沉降的鎘主要來(lái)源于工業(yè)、礦產(chǎn)冶煉廢氣及汽車尾氣，經(jīng)過(guò)雨水淋洗或重力沉降最終富集于土壤中。陳建國(guó)等[7]研究表明，湘北地區(qū)主要外源鎘來(lái)自于降水。污水尤其是工業(yè)污水的亂排濫放，致使農(nóng)用水源中鎘含量嚴(yán)重超標(biāo)，由于水分蒸騰致使大量的鎘累積于稻田土壤中，長(zhǎng)期使用污水灌溉的區(qū)域可使其農(nóng)產(chǎn)品鎘含量嚴(yán)重超標(biāo)[8]。含鎘肥料尤其是化學(xué)磷肥的施用也是稻田土壤中鎘的一大主要來(lái)源，劉樹堂等[9]通過(guò)25年的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)證明，長(zhǎng)期施用過(guò)磷酸鈣和氯化鉀，可使土壤中的鎘含量提高3.4-38.6倍。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，自2009年以來(lái)，湖南省化學(xué)磷肥施用量保持上升趨勢(shì)，在2012年與2013年達(dá)到27.9萬(wàn)t的峰值。

鎘不斷富集于土壤帶來(lái)的影響是顯著的。2014年全國(guó)土壤調(diào)查結(jié)果顯示，中國(guó)鎘污染稻田超過(guò)28萬(wàn)hm2，超標(biāo)率達(dá)7.0%，生產(chǎn)的鎘超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品約7.3億t，遠(yuǎn)高于其他重金屬污染物[4]。據(jù)調(diào)查，湖南省被污染的耕地面積己占全省總耕地面積的23.70%，還有25%左右的農(nóng)田大氣污染和27%左右的農(nóng)田灌溉水污染，主要污染物為鎘、鉛等重金屬[5]。2013年，株洲市鎘重度污染土地面積達(dá)到3.4萬(wàn)hm2，超標(biāo)5倍以上的達(dá)到1.6萬(wàn)hm2[6]。2014年，在湘潭市下轄的湘潭縣、雨湖區(qū)及湘鄉(xiāng)縣的調(diào)查顯示，其土壤平均鎘含量達(dá)0.89mg/kg，超標(biāo)率達(dá)89.0%[2];張建輝等[3]對(duì)湖南省108組土壤樣品檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，土壤鎘超標(biāo)率達(dá)90.7%。由此可見(jiàn)，湖南省鎘污染程度正日益嚴(yán)重，鎘污染面積也在逐年上升。

2湖南稻米鎘污染現(xiàn)狀

在大宗谷類作物中，水稻吸鎘能力最強(qiáng)[10]，而在以水稻為主食的國(guó)家，稻米中的鎘是人體鎘的主要來(lái)源[11]。同時(shí)，鎘極易蓄積于動(dòng)物體內(nèi)，造成動(dòng)物性食品的污染問(wèn)題[12]。鎘對(duì)人體腎臟，對(duì)肝、胰、心肺以及主動(dòng)脈都有不同程度的損害[13]。世界糧農(nóng)組織與世界衛(wèi)生組織共同確立大米中鎘含量不高于0.4mg/kg，中國(guó)大米鎘限量為0.2mg/kg。世衛(wèi)組織認(rèn)為成人日均攝入鎘量不應(yīng)高于70μg，人體若攝入過(guò)量的鎘，會(huì)阻礙人體吸收鋅、鈣等元素，隨時(shí)間逐漸積累，會(huì)使骨骼密度降低，造成骨質(zhì)疏松癥[14]。

雷鳴等[15]于2008年調(diào)查了湖南市場(chǎng)大米鎘含量，發(fā)現(xiàn)湖南市場(chǎng)大米平均鎘含量為0.28mg/kg，其中以衡陽(yáng)市場(chǎng)中大米鎘含量最高，株洲、湘潭次之。與此同時(shí)，其對(duì)湖南污染區(qū)大米的調(diào)查顯示，其平均鎘含量高達(dá)0.65mg/kg，對(duì)人體健康存在巨大安全隱患[15]。左建雄[16]對(duì)比2010年與2011年湖南地區(qū)稻米鎘含量的研究表明，2011年湘西、湘南、湘中稻米鎘超標(biāo)率相比2010年均有不同程度的增長(zhǎng)，其中以湘西增長(zhǎng)速率最快，增長(zhǎng)13.8%，超標(biāo)率達(dá)43.3%。2013年，孫亞莉等[17]發(fā)現(xiàn)，在長(zhǎng)沙栽培的46個(gè)不同遺傳背景的水稻品種的稻米鎘含量是惠州的2倍。2014年，對(duì)湖南重點(diǎn)礦區(qū)的調(diào)查顯示，衡東縣大米鎘含量最高達(dá)2.08mg/kg，超標(biāo)10.4倍;株洲大米鎘含量均值為0.55mg/kg，超標(biāo)率達(dá)80%;徐晶晶等[8]對(duì)湘潭大米的調(diào)查顯示，其大米平均鎘含量為0.376mg/kg，超標(biāo)率為52.1%。張建輝等[9]研究表明，湖南地區(qū)108組稻米的鎘含量超標(biāo)率達(dá)52.8%?？梢?jiàn)，湖南稻米鎘超標(biāo)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，且近年來(lái)呈加重趨勢(shì)，需引起各方高度重視。

3再生稻的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展現(xiàn)狀分析

再生稻再生季無(wú)需再次翻耕、播種、插秧，僅需在收獲前7-10天與收獲后2-3天各追肥1次即可，再生季病害極少，一般不需要噴施農(nóng)藥，且生育期短，一般60天左右[19]，較雙季晚稻農(nóng)資及田間管理投入少，有利于實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效目標(biāo)。大量研究[20-22]表明，再生季稻米品質(zhì)一般要優(yōu)于頭季，且農(nóng)藥殘留極少，符合當(dāng)代人對(duì)優(yōu)質(zhì)健康大米的需求。再生稻頭季與再生季收獲均與雙季早晚稻收獲期錯(cuò)開(kāi)，緩解了用工矛盾[23]。湖南省是典型的三熟制地區(qū)，但近年來(lái)，由于農(nóng)村青壯勞動(dòng)力流失，務(wù)農(nóng)成本投入逐年上升，導(dǎo)致“雙改單”現(xiàn)象普遍，造成溫光資源及土地資源的極大浪費(fèi)，嚴(yán)重影響國(guó)家糧食安全。在此等背景下，發(fā)展再生稻日益受到政府的重視與種植戶的歡迎。

中國(guó)再生稻發(fā)展歷史悠久，但再生稻長(zhǎng)期以來(lái)均處于“有就收，無(wú)就丟”的境地，因而種植面積有限。隨著雜交稻的問(wèn)世，再生稻產(chǎn)量提高，由此出現(xiàn)了再生稻發(fā)展的高峰，全國(guó)再生稻面積曾達(dá)66.7萬(wàn)hm2以上，但后來(lái)又逐漸下降。2007年，謝華安院士團(tuán)隊(duì)在福建尤溪縣創(chuàng)造了再生稻8809.5 kg/hm2的高產(chǎn)記錄[18]，為再生稻面積的恢復(fù)拉開(kāi)了序幕。

近年來(lái)，湖南作為糧食生產(chǎn)大省，水稻“雙改單”現(xiàn)象普遍，冬閑田面積與日俱增，導(dǎo)致復(fù)種指數(shù)大幅降低，糧食產(chǎn)量有所下降，不僅浪費(fèi)了土地資源和溫光資源，還嚴(yán)重危害國(guó)家糧食安全。在此背景下，急需尋找一種農(nóng)民樂(lè)于接受的種植模式，再生稻由此進(jìn)入了人們的視野。近年來(lái)，超級(jí)雜交稻的大面積推廣，一季中稻面積的擴(kuò)大，機(jī)械化生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，創(chuàng)造了有利于再生稻發(fā)展的條件，再加上農(nóng)村青壯勞動(dòng)力的大量流失、種糧效益降低、雙季稻推廣難度加大等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，湖南省農(nóng)業(yè)行政主管部門開(kāi)始接受并積極主動(dòng)推廣再生稻，使得再生稻再次呈現(xiàn)出了快速發(fā)展勢(shì)頭。近幾年，湖南省再生稻種植面積從2015年的1.3萬(wàn)hm2發(fā)展到2017年的14萬(wàn)hm2[24]，再到2018年的26.7萬(wàn)hm2，發(fā)展勢(shì)頭迅猛。

再生稻產(chǎn)量低是限制再生稻發(fā)展的關(guān)鍵因素，自湖南推廣再生稻以來(lái)，各研究單位組織力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，取得了良好成效。再生稻產(chǎn)量從2017年的4885.5kg/hm2提高到了2018年的5745kg/hm2[25]，此產(chǎn)量為湖南省目前權(quán)威公布的最高水平。推廣再生稻，順應(yīng)輕簡(jiǎn)農(nóng)業(yè)的要求和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效的需求，前景廣闊。

4湖南省鎘污染稻田再生稻發(fā)展需解決的重點(diǎn)問(wèn)題

4.1不同程度鎘污染區(qū)再生稻安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)

實(shí)踐證明，在當(dāng)今湖南水稻“雙改單”現(xiàn)象嚴(yán)重、農(nóng)村勞動(dòng)力緊缺、農(nóng)業(yè)成本高、經(jīng)濟(jì)效益低的背景下，發(fā)展再生稻是可行的。在提高土地利用率的同時(shí)，發(fā)展再生稻對(duì)增加農(nóng)民收入、保障國(guó)家糧食安全，都有著極其顯著的作用。湖南省近幾年再生稻發(fā)展迅速，無(wú)論是政府推廣力度還是農(nóng)戶的認(rèn)可度都持續(xù)增長(zhǎng)，從2015年的1.3萬(wàn)hm2發(fā)展到了2018年的26.7萬(wàn)hm2。但從目前來(lái)看，土壤鎘污染背景下的再生稻相關(guān)研究缺乏，再生稻尤其再生季的鎘積累分配規(guī)律及其與頭季稻米的差異未見(jiàn)報(bào)道。水稻作為吸鎘能力最強(qiáng)的大宗谷類作物，其再生季的吸鎘能力強(qiáng)弱暫未明確，再生稻再生季生育期短，但并不意味著再生季稻米鎘含量要低于頭季稻米鎘含量。因此，在湖南鎘污染日益嚴(yán)重的趨勢(shì)下發(fā)展再生稻，急需針對(duì)不同程度鎘污染稻區(qū)的再生稻生產(chǎn)作出全面的安全評(píng)價(jià)。

4.2明確栽培措施對(duì)再生稻鎘吸收與分配的調(diào)控效應(yīng)

水分是水稻最重要的產(chǎn)量限制因素和生態(tài)調(diào)節(jié)因子[26]。大量研究[27-31]表明，淹水可顯著降低土壤有效鎘的含量，且隨淹水時(shí)間的延長(zhǎng)，有效鎘含量不斷降低。但水稻長(zhǎng)期淹水灌溉也存在一些問(wèn)題，張艷超等[32]認(rèn)為鎘污染條件下全生育期淹水會(huì)降低水稻產(chǎn)量;長(zhǎng)期淹水不僅浪費(fèi)水資源，而且會(huì)造成分蘗期水稻僵苗，加重病蟲害，影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)[33-34]。但在淹水條件下再生稻的產(chǎn)量形成以及其植株各部位鎘積累分配規(guī)律暫未見(jiàn)報(bào)道。

適宜的肥料運(yùn)籌不僅對(duì)水稻產(chǎn)量形成至關(guān)重要，其對(duì)土壤鎘的有效性以及水稻植株鎘積累也有一定影響。劉樹堂等[4]研究表明，長(zhǎng)期施用磷鉀肥可顯著提高土壤鎘的含量。趙晶等[35]研究表明，施用高量氮肥和普鈣會(huì)降低土壤pH值，增加鎘的提取量，鉀肥雖在施用初期降低土壤pH值，但在15天后其提取鎘的能力逐漸消失，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)鉀肥處理的鎘提取量均低于對(duì)照。研究表明，施用錳肥[36]、鋅肥[37]和硅肥[38]可有效降低土壤鎘的有效性和糙米中鎘含量。封文利等[39]研究發(fā)現(xiàn)，施用石灰、稻草移除、清潔水灌溉和截?cái)啻髿獬两档却胧?duì)降低土壤有效鎘含量和水稻植株尤其糙米中的鎘積累量有較為明顯的效果。吳浩杰等[40]研究表明，紫云英翻壓對(duì)提高水稻產(chǎn)量與土壤pH值、降低土壤有效鎘及糙米鎘含量有一定的影響。而目前，施肥對(duì)再生稻稻米鎘含量的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

適宜的栽植密度可以改善水稻生物群體質(zhì)量、提高產(chǎn)量。隨著栽植密度的提高，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的株高、分蘗盛期與齊穗期的葉片凈光合速率、葉片和葉鞘可溶性糖含量、栽植冠層幅度、單株干物質(zhì)重、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等指標(biāo)均有不同程度的下降[41]，葉面積隨栽植密度的提高而下降[42-43]。需水量[43]、光能截獲率[44]、氮肥利用效率[45]、有效穗和群體穎花數(shù)[41]等指標(biāo)均隨栽植密度的提高有不同程度的增加。在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)量與精米率隨密度的增加而增加[46]，強(qiáng)勢(shì)粒灌漿速率與籽粒充實(shí)度隨密度的增加而增加，但降低插秧密度能顯著提高弱勢(shì)粒的灌漿速率[47]。目前，栽植密度對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量形成的影響研究很多，但其對(duì)水稻植株器官鎘含量的影響未見(jiàn)報(bào)道。

綜上所述，水分管理、施肥、栽培密度都是影響水稻產(chǎn)量與鎘吸收積累分配的重要因素。但是，目前有關(guān)栽培措施對(duì)再生稻鎘吸收與分配的影響未見(jiàn)報(bào)道，亟待加強(qiáng)。

4.3集成鎘污染區(qū)再生稻安全高產(chǎn)栽培技術(shù)體系

再生稻田土壤磷鉀肥相對(duì)短缺、氮肥相對(duì)盈余、土壤板結(jié)、再生季營(yíng)養(yǎng)失調(diào)等現(xiàn)象嚴(yán)重影響再生稻的可持續(xù)發(fā)展，因此研究開(kāi)發(fā)配套的再生稻稻田培肥技術(shù)以保持或提高再生稻再生季產(chǎn)量，是當(dāng)前再生稻稻田急需解決和研究的問(wèn)題[48]。研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)能增加鎘的提取率，提高土壤鎘的有效性[49]，但紫云英翻壓會(huì)提高土壤pH值，降低土壤鎘的有效性以及糙米鎘含量[40]。因此，研究與開(kāi)發(fā)鎘污染再生稻稻作區(qū)配套的培肥技術(shù)，應(yīng)在不提高水稻植株尤其是稻米中的鎘含量的前提下，開(kāi)發(fā)行之有效的培肥養(yǎng)地技術(shù)。

中國(guó)對(duì)再生稻高產(chǎn)栽培技術(shù)的研究己取得重大進(jìn)展，在再生稻品種篩選[50-52]、播種期[53]、種植密度[54]、種植方式[51]、留樁高度對(duì)再生特性[55]、源庫(kù)性狀[56-57]、產(chǎn)量與生長(zhǎng)發(fā)育[50，53，58-60]以及米質(zhì)[61]等的影響以及施肥[62-63]、化控[64-65]等方面開(kāi)展了較為深入的研究，并初步形成了再生稻高產(chǎn)栽培技術(shù)體系[50，66-68]。但是，鎘污染稻區(qū)的再生稻栽培技術(shù)不僅要考慮高產(chǎn)，更需考慮稻米鎘含量的問(wèn)題，因此，現(xiàn)有的再生稻種植技術(shù)是否適用于鎘污染區(qū)，尚不明確，還需因地制宜對(duì)現(xiàn)有的再生稻種植技術(shù)在鎘污染區(qū)的適用性作出評(píng)價(jià)，集成可在湖南不同程度鎘污染區(qū)大面積推廣的再生稻安全高產(chǎn)栽培技術(shù)體系。

5結(jié)論與討論

前人對(duì)再生稻以及水稻鎘污染防治與調(diào)控的研究均取得重大進(jìn)展，再生稻的研究多集中于其優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效栽培，并初步總結(jié)出了再生稻高產(chǎn)高效栽培技術(shù)體系;水稻鎘污染防治與調(diào)控研究多集中于各種農(nóng)藝措施對(duì)水稻鎘積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，未針對(duì)再生稻鎘積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性開(kāi)展研究。再生稻再生季生育期短，但不能成為再生季稻米鎘含量低的直接證據(jù)。根據(jù)現(xiàn)有的研究成果與湖南鎘污染現(xiàn)狀，湖南省發(fā)展再生稻應(yīng)適度推廣、理性推廣、科學(xué)推廣。同時(shí)，各科研單位應(yīng)集中力量攻關(guān)，把再生稻發(fā)展與湖南省鎘污染現(xiàn)狀相結(jié)合，探明以下需研究的重點(diǎn)問(wèn)題：鎘污染區(qū)再生稻頭季與再生季稻米鎘含量差異、再生稻頭季與再生季鎘積累分配差異;水分管理、栽植密度、培肥養(yǎng)地技術(shù)對(duì)再生稻鎘積累分配差異的影響;開(kāi)展現(xiàn)行推廣品種與種植技術(shù)在鎘污染區(qū)的安全性評(píng)價(jià)研究，同時(shí)，研究與開(kāi)發(fā)鎘污染再生稻稻作區(qū)配套的高產(chǎn)、高效、安全種植技術(shù)。

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第一作者簡(jiǎn)介：陳基旺，男，1995年出生，湖南邵陽(yáng)人，在讀碩士，主要從事水稻高產(chǎn)高效栽培技術(shù)研究。通信地址：410128湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，

E-mail：980167116@qq.com。

通訊作者：易鎮(zhèn)邪，男，1975年出生，湖南冷水江人，教授，博士生導(dǎo)師，博士，主要從事作物高產(chǎn)生理與資源高效利用研究。通信地址：410128湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，E-mail：yizhenxie@126.com。

收稿日期：2019-05-13，修回日期：2019-06-25。