種植制度對(duì)水稻籽粒鉛、鎘含量的影響

羅 芬，張玉盛，周 亮，田 偉，肖 峰，張小毅，敖和軍*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙410128；2.南方糧油協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙410128；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣州510642）

鎘和鉛均是最具生物毒性的重金屬元素[1]。在受重金屬污染的農(nóng)田，水稻籽粒會(huì)富集較多的鉛、鎘，并通過(guò)生物鏈嚴(yán)重危害人體健康[2]。近年，我國(guó)的耕地重金屬污染超過(guò)2.0×107km2，由此引發(fā)了稻米鉛、鎘含量超標(biāo)問(wèn)題[3]。為了保障糧食的食用安全，探究水稻籽粒中重金屬鉛、鎘含量的降低途徑意義重大。現(xiàn)有研究主要從水稻根系對(duì)重金屬的吸收和重金屬向水稻籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)兩個(gè)方面入手[4]。淹水灌溉、施用堿性物質(zhì)和基施有機(jī)肥均可改變土壤中重金屬的賦存形態(tài)，從而降低水稻根系對(duì)重金屬的吸收積累[5-8]。噴施含有二價(jià)陽(yáng)離子的葉面阻控劑能夠與鎘離子競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，從而阻礙鎘離子向水稻籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)[9-10]。種植制度是一種長(zhǎng)期影響土壤理化性質(zhì)的農(nóng)藝措施，但從種植制度角度開(kāi)展對(duì)水稻重金屬積累的研究較少。在理論上，種植制度中的不同作物類(lèi)型會(huì)在生長(zhǎng)過(guò)程中潛移默化地改變土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而通過(guò)影響氧化還原電位來(lái)改變土壤中重金屬的賦存形態(tài)[11]。種植后的還田秸稈也會(huì)通過(guò)影響土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量和微生物群落組成，來(lái)促使不同形態(tài)間重金屬的相互轉(zhuǎn)變[12-13]。王騰飛[14]通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，稻-稻-紫云英和稻-稻-油菜的種植制度能夠提高土壤pH，并降低土壤中有效態(tài)鎘和有效態(tài)鉛的含量。然而迄今為止，在田間關(guān)于種植制度的長(zhǎng)期實(shí)施對(duì)水稻籽粒鉛、鎘含量及變化的影響，國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。故本試驗(yàn)通過(guò)在衡陽(yáng)和岳陽(yáng)兩個(gè)地區(qū)，連續(xù)大田定位3 a 實(shí)施不同的種植制度，比較不同種植制度對(duì)水稻籽粒中鉛、鎘含量的影響差異，探討其差異的來(lái)源，為重金屬污染地區(qū)的種植制度選擇提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

本試驗(yàn)在湖南省衡陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地和岳陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地開(kāi)展。衡陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地（26°53′N(xiāo)，112°29′E）海拔73 m，氣候類(lèi)型為亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，土壤類(lèi)型為水稻土。表層土壤（0～20 cm）中土壤有機(jī)碳含量18.41 g·kg-1、全氮2.66 g·kg-1、全磷0.73 g·kg-1、全鉀6.55 g·kg-1、全鉛406.3 mg·kg-1、全鎘0.65 mg·kg-1、pH 5.38。岳陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地（28°57′N(xiāo)，112°44′E）海拔40 m，氣候類(lèi)型為亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候。土壤為洞庭湖沉積物發(fā)育的潮土，土壤質(zhì)地為黏壤。表層土壤（0～20 cm）中土壤有機(jī)碳含量19.55 g·kg-1、全氮2.61 g·kg-1、全磷0.76 g·kg-1、全鉀7.16 g·kg-1、全鉛319.3 mg·kg-1、全鎘0.42 mg·kg-1、pH 5.94。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)從2016 年開(kāi)始，在衡陽(yáng)和岳陽(yáng)兩個(gè)地區(qū)，同時(shí)開(kāi)展大田長(zhǎng)期定位種植制度試驗(yàn)。種植制度設(shè)3 種處理：（1）稻-稻-紫云英（簡(jiǎn)稱(chēng)稻-稻-肥）；（2）稻-稻-冬閑（稻-稻-閑）；（3）稻-稻-油菜（稻-稻-油）；隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3 次，共計(jì)9 個(gè)小區(qū)，衡陽(yáng)和岳陽(yáng)的試驗(yàn)小區(qū)面積分別為45.4 m2和35.5 m2。各個(gè)小區(qū)用田埂隔離，單獨(dú)排灌，每季的小區(qū)位置固定不變。

試驗(yàn)采用水稻季（早稻和晚稻）翻耕后機(jī)械插秧、冬季作物（紫云英和油菜）免耕直接播種的種植方式。早、晚稻品種均為秈型常規(guī)水稻品種中早39。冬季油菜品種為湘油104，用種量為9.0 kg·hm-2。紫云英用種量為97.5 kg·hm-2。水稻秧苗采用硬盤(pán)育秧，移栽時(shí)的株行距為11 cm×25 cm，每穴7～8 苗。早稻在當(dāng)年4 月12 日播種，23 d 后移栽；晚稻于當(dāng)年7 月10日播種，19 d后移栽。油菜和紫云英在晚稻收獲前一周直播。

冬閑時(shí)期和紫云英生長(zhǎng)時(shí)期不施肥，其他每季作物施肥量均一致。氮肥每季用量120 kg·hm-2，分水稻或油菜基施50%、水稻分蘗期或油菜苗期20%、水稻穗期或油菜抽苔期30% 3 次施用。磷肥每季用量67.5 kg·hm-2，一次性基施。鉀肥每季用量120 kg·hm-2，分水稻或油菜基施50%、水稻穗期或油菜抽苔期50% 2 次施用。供試氮肥為尿素（N 46.4%），磷肥用鈣鎂磷肥（P2O517%），鉀肥用氯化鉀（K2O 60%）。稻草和油菜秸稈、紫云英全部用于翻耕還田。試驗(yàn)日常管理參考當(dāng)?shù)氐姆N植習(xí)慣，嚴(yán)格防治病蟲(chóng)害。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

水稻籽粒鉛、鎘含量：在水稻成熟后，每小區(qū)取10 穴，人工脫粒。待到谷粒曬干后，用小型糙米機(jī)脫去谷殼得到水稻籽粒，再用不銹鋼粉碎機(jī)將水稻籽粒打成細(xì)粉，供消化使用。每份樣品稱(chēng)取0.200 0 g，采用10 mL 混酸（HNO3∶HClO4=4∶1）濕法消解；消化至消化液約為1 mL，冷卻后用2%的稀硝酸定容至50 mL 的容量瓶中，過(guò)濾后用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，Agilent7700x，USA）測(cè)定溶液中鎘和鉛濃度，標(biāo)準(zhǔn)溶液采用ICP混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

土壤pH：早稻移栽前期，采用五點(diǎn)法取稻田土壤，自然風(fēng)干后，過(guò)100 目尼龍篩備用，用pH 計(jì)（哈希H160NP 便攜式pH 計(jì)）測(cè)定，水采用燒沸冷卻后的無(wú)CO2超純水，水土比5∶1。

土壤有效態(tài)鉛、鎘含量：早稻移栽前期，采用五點(diǎn)法取稻田土壤，自然風(fēng)干后，過(guò)100 目尼龍篩備用。土壤有效態(tài)鉛、鎘用DTPA 試劑提取，振蕩提取后過(guò)濾，濾液用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，Agilent7700x，USA）測(cè)定溶液中鎘和鉛濃度，標(biāo)準(zhǔn)溶液采用ICP混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件作圖，利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析，不同處理間利用Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植制度對(duì)水稻籽粒鎘含量的影響

2.1.1 種植制度對(duì)早稻籽粒鎘含量的影響

由圖1 可知，在岳陽(yáng)和衡陽(yáng)地區(qū)，不同種植制度的早稻籽粒鎘含量，隨種植年限的變化呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)。在2016—2018年期間，稻-稻-油、稻-稻-肥和稻-稻-閑處理的早稻籽粒鎘含量都表現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律，即相比于2016年，2017年的早稻籽粒鎘含量顯著提高后，2018 年的早稻籽粒鎘含量又迅速回落，這可能與不同種植制度的還田秸稈在稻田里的腐解年限有關(guān)。無(wú)論是在衡陽(yáng)地區(qū)，還是在岳陽(yáng)地區(qū)，連續(xù)3 a 實(shí)施稻-稻-油種植制度后的早稻籽粒鎘含量都低于其他處理，這說(shuō)明稻-稻-油是一種有效降低早稻籽粒鎘含量的種植制度。從地區(qū)看，在種植的第二年，衡陽(yáng)地區(qū)的各個(gè)處理早稻籽粒鎘含量都超出了《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017），超出范圍在19.5%～64.0%，而岳陽(yáng)各處理的早稻籽粒鎘含量在3 a 里均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。整體來(lái)看，衡陽(yáng)3 種種植制度的早稻籽粒，其3 a 的鎘平均含量為0.16 mg·kg-1，高出岳陽(yáng)早稻籽粒鎘含量的60%。

2.1.2 不同種植制度對(duì)晚稻籽粒鎘含量的影響

由圖2 可知，在延續(xù)種植制度的第二年，衡陽(yáng)地區(qū)各處理的晚稻籽粒鎘含量都顯著升高，變化范圍在60.92%～122.82%。第三年，稻-稻-油處理的晚稻籽粒鎘含量相比于上一年出現(xiàn)較大的降幅（-43.43%），而稻-稻-閑的晚稻籽粒鎘含量卻提高了47.82%，高于稻-稻-油（P＜0.05）和稻-稻-肥。最終各處理的晚稻籽粒鎘含量高低表現(xiàn)為稻-稻-閑＞稻-稻-肥＞稻-稻-油。

圖1 種植制度對(duì)早稻籽粒鎘含量的影響Figure 1 Effect of cropping system on cadmium content in grain of early rice

在岳陽(yáng)地區(qū)，實(shí)施不同種植制度的3 a中，稻-稻-閑的晚稻籽粒鎘含量表現(xiàn)出先顯著增高，后保持不變的規(guī)律，而稻-稻-油和稻-稻-肥的晚稻籽粒鎘含量沒(méi)有出現(xiàn)顯著的變化，一直圍繞著食安線(xiàn)上下浮動(dòng)。在種植3 a 后，稻-稻-閑的晚稻籽粒鎘含量為0.46 mg·kg-1，分別是稻-稻-肥和稻-稻-油的2.71倍和1.88倍，稻-稻-肥和稻-稻-油處理之間沒(méi)有顯著差異。

2016—2018 年，衡陽(yáng)和岳陽(yáng)地區(qū)的晚稻籽粒平均鎘含量分別為0.53 mg·kg-1和0.27 mg·kg-1，超出國(guó)家谷物食品安全標(biāo)準(zhǔn)的165%和35%。

2.2 種植制度對(duì)水稻籽粒鉛含量的影響

2.2.1 種植制度對(duì)早稻籽粒鉛含量的影響

由圖3 可知，在2016 年和2017 年里，衡陽(yáng)地區(qū)的稻-稻-肥、稻-稻-閑和稻-稻-油處理的早稻籽粒鉛含量有所上升，但幅度不大，沒(méi)有顯著差異。然而，在2018 年，各處理的早稻籽粒鉛含量迅速提高到上一年的3.88～4.40 倍，稻-稻-肥、稻-稻-閑和稻-稻-油3個(gè)處理之間的早稻籽粒鉛含量沒(méi)有顯著差異。

在岳陽(yáng)地區(qū)，稻-稻-肥處理的早稻籽粒鉛含量逐年遞增，第三年早稻籽粒鉛含量顯著高于第一年（高出51.09%）。在種植的前兩年，稻-稻-閑處理的早稻籽粒鉛含量沒(méi)有出現(xiàn)顯著變化。但在種植的第三年，稻-稻-閑的早稻籽粒鉛含量相比于上一年顯著降低，降幅達(dá)到了59.44%。稻-稻-油處理的早稻籽粒鉛含量變化與早稻籽粒鎘含量變化一致，都呈現(xiàn)出先升高后下降的規(guī)律。在連續(xù)種植3 a 后，稻-稻-肥處理的早稻籽粒鉛含量最高，達(dá)到了1.46 mg·kg-1，分別高于稻-稻-油和稻-稻-閑處理58.34% 和56.80%，稻-稻-油和稻-稻-閑之間沒(méi)有顯著差異。

2016—2018 年，岳陽(yáng)的早稻籽粒鉛平均含量為1.17 mg·kg-1，是國(guó)家谷物食品安全標(biāo)準(zhǔn)的5.85 倍，但遠(yuǎn)低于衡陽(yáng)的早稻籽粒鉛平均含量（2.68 mg·kg-1）。

圖2 種植制度對(duì)晚稻籽粒鎘含量的影響Figure 2 Effect of cropping system on cadmium content in grain of late rice

圖3 種植制度對(duì)早稻籽粒鉛含量的影響Figure 3 Effect of cropping system on lead content in grain of early rice

2.2.2 種植制度對(duì)晚稻籽粒鉛含量的影響

圖4 表明，在衡陽(yáng)地區(qū)，隨著種植年限的增加，稻-稻-肥處理的晚稻籽粒鉛含量也不斷提高，相比于第一年，第三年的晚稻籽粒鉛含量提高了1.95 倍，存在顯著差異。但稻-稻-閑種植制度對(duì)晚稻籽粒鉛含量的變化影響不大，而稻-稻-油對(duì)晚稻籽粒鉛含量的影響則表現(xiàn)為先升高后降低。在種植的第三年，晚稻籽粒鉛含量表現(xiàn)為稻-稻-肥＞稻-稻-油＞稻-稻-閑，稻-稻-油、稻-稻-閑相比于稻-稻-肥分別降低了60.09%和48.60%，且差異顯著，稻-稻-油和稻-稻-閑處理之間差異不顯著。

在岳陽(yáng)地區(qū)，稻-稻-肥處理的晚稻籽粒鉛含量在前兩年基本不變，第三年上升32.16%。稻-稻-閑和稻-稻-油處理的晚稻籽粒鉛含量變化都呈現(xiàn)出：前期升高，后期降低。在種植3 a后，各處理的晚稻籽粒鉛含量表現(xiàn)為稻-稻-肥＞稻-稻-閑＞稻-稻-油，稻-稻-油相比于稻-稻-閑和稻-稻-肥，分別降低了32.21%和39.38%。

2016—2018 年，衡陽(yáng)地區(qū)的晚稻鉛平均含量為1.37 mg·kg-1，是國(guó)家谷物食品安全標(biāo)準(zhǔn)的6.85 倍，比岳陽(yáng)地區(qū)高出0.47 mg·kg-1。

2.3 種植制度對(duì)土壤pH和有效態(tài)重金屬含量的影響

由表1 可知，在衡陽(yáng)和岳陽(yáng)地區(qū)，種植第三年的稻-稻-油處理土壤pH 相比第一年均顯著提高，上升幅度分別為8.67%和10.33%。稻-稻-肥處理的土壤pH 同樣有所提高，但其提高幅度要低于稻-稻-油。而稻-稻-閑處理的土壤pH，雖隨著種植年限的增加有小幅上揚(yáng)的趨勢(shì)，但并沒(méi)有出現(xiàn)顯著差異。

圖4 種植制度對(duì)晚稻籽粒鉛含量的影響Figure 4 Effect of cropping system on lead content in grain of late rice

表1 種植制度對(duì)土壤pH、有效態(tài)鎘和有效態(tài)鉛的影響Table 1 Effect of planting system on soil pH，available Cd and available Pb

各處理對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量均表現(xiàn)為先上升后下降的規(guī)律，其中岳陽(yáng)地區(qū)土壤有效態(tài)鎘含量的上升和下降幅度均達(dá)到顯著水平，即岳陽(yáng)地區(qū)各處理的有效態(tài)鎘含量在種植的第二年表現(xiàn)為顯著上升（22.05%～28.16%），而在第三年顯著降低（15.56%～38.12%）。在衡陽(yáng)地區(qū)，各處理土壤的有效態(tài)鉛含量在前兩年沒(méi)有顯著差異，而在第三年各處理的有效態(tài)鉛含量一致表現(xiàn)為顯著升高，這有可能是遭遇了未知的外源鉛污染。在岳陽(yáng)地區(qū)，不同處理間土壤有效態(tài)鉛含量的變化規(guī)律表現(xiàn)不一致。稻-稻-油處理的土壤有效態(tài)鉛含量表現(xiàn)出先上升后顯著降低的規(guī)律。而稻-稻-肥和稻-稻-閑都會(huì)促進(jìn)土壤中有效態(tài)鉛含量的提高，尤其以稻-稻-肥處理對(duì)土壤有效態(tài)鉛含量的促進(jìn)作用最大，相比于實(shí)施稻-稻-肥種植制度的第一年，第三年土壤的有效態(tài)鉛含量提高了13.32%。

2.4 季別對(duì)水稻籽粒鉛、鎘含量的影響

由表2 可知，季別對(duì)水稻籽粒鉛、鎘含量具有顯著的影響。在2016—2018 年，晚稻籽粒中鎘的含量都顯著高于早稻，高出118.93%～429.11%，這說(shuō)明在晚稻季，水稻對(duì)重金屬鎘的吸收積累能力更強(qiáng)。然而，在水稻籽粒的鉛含量上卻表現(xiàn)出相反的規(guī)律，連續(xù)3 a 晚稻籽粒中鉛含量要低于早稻，減少了10.71%～59.20%，且在2016 年和2018 年表現(xiàn)出顯著差異。這一結(jié)果表明，處于早稻季的水稻籽粒積累重金屬鉛的能力要強(qiáng)于晚稻生育期內(nèi)的水稻。

3 討論

3.1 種植制度影響水稻籽粒重金屬含量的途徑

“源-庫(kù)-流”模型常用來(lái)描述事物之間的相互關(guān)系，揭示供應(yīng)者、接受者、流通途徑三者之間的內(nèi)在規(guī)律，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[15]。本研究首次將“源-庫(kù)-流”模型用于水稻籽粒重金屬累積過(guò)程的描述，以期系統(tǒng)闡明水稻籽粒重金屬污染的治理方向和探討種植制度對(duì)水稻籽粒重金屬含量影響的途徑。在“源-庫(kù)-流”模型中：“源”代表稻田土壤里的有效態(tài)重金屬庫(kù)容，“庫(kù)”是指水稻中能貯藏重金屬的器官，“流”包括水稻根系對(duì)土壤重金屬的吸收和水稻各器官將重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒的過(guò)程。這三者相互作用，相互制衡，共同決定水稻籽粒的重金屬含量。

“源”的大小受到土壤pH、氧化還原電位和有機(jī)質(zhì)含量的影響[3]。不同種植制度之間對(duì)水稻籽粒重金屬含量影響的差異，主要來(lái)自于不同的還田秸稈類(lèi)型和還田時(shí)間對(duì)稻田有機(jī)質(zhì)含量和土壤pH 的影響[14]。因此，種植制度是通過(guò)秸稈還田來(lái)影響“源”的大小，從而改變水稻籽粒中重金屬的含量。秸稈還田對(duì)“源”的作用，不是抑制或促進(jìn)的“二元對(duì)立論”，而是此消彼長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)平衡。一方面，秸稈本身能原位鈍化重金屬，在還田后能提高土壤pH[16]，以及形成多絡(luò)合位點(diǎn)的復(fù)雜有機(jī)物來(lái)抑制“源”的大小[12]；另一方面，秸稈還田后溶出的可溶性有機(jī)碳（DOC）會(huì)促進(jìn)重金屬的溶出，使“源”增大[17]。秸稈還田后，究竟是表現(xiàn)出對(duì)“源”的抑制作用，還是促進(jìn)作用，需要根據(jù)具體條件來(lái)判斷。這就很好地解釋了長(zhǎng)期以來(lái)存在的爭(zhēng)議：一部分學(xué)者的研究結(jié)果表明秸稈分解后會(huì)增加土壤中有效態(tài)重金屬水平，提高水稻籽粒中的重金屬積累[18]；而另一部分學(xué)者則認(rèn)為秸稈還田有利于鈍化土壤中重金屬，降低水稻籽粒中的重金屬含量[19]。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在實(shí)施稻-稻-肥、稻-稻-閑和稻-稻-油的種植制度3 a 后，水稻籽粒鉛和鎘的含量總體表現(xiàn)出先升后降的規(guī)律，這可能是由于各種植制度的還田秸稈的腐解過(guò)程使土壤有效態(tài)重金屬含量和pH 不斷發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)而影響水稻籽粒對(duì)鉛和鎘的吸收積累。在秸稈還田前期，秸稈中易分解的糖類(lèi)等物質(zhì)在微生物的作用下生成大量的DOC 和有機(jī)酸[20-21]，從而促進(jìn)了土壤中鉛和鎘的活化，使第二年種植的水稻對(duì)重金屬的吸收積累有所提高；而在秸稈還田后期，秸稈中難分解的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素部分經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的腐殖化過(guò)程[21]，逐漸形成并累積了大量的腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)與重金屬離子結(jié)合成穩(wěn)定的鹽類(lèi)，并且土壤pH 不斷升高[22]，這兩者共同作用降低了土壤有效態(tài)鉛和有效態(tài)鎘含量。此時(shí)，秸稈還田對(duì)“源”的抑制作用要大于促進(jìn)作用，從而導(dǎo)致了種植第三年水稻籽粒鉛和鎘含量下降的現(xiàn)象。在種植的第三年，稻-稻-油處理的鎘含量一般要低于稻-稻-肥和稻-稻-閑，這是因?yàn)榈?稻-油處理的還田秸稈為油菜秸稈，而油菜秸稈中富含巰基化合物，其能與鎘螯合，且礦質(zhì)化后形成的硫離子可以與鎘共沉淀[23-25]，顯著降低土壤有效態(tài)鎘含量，減少水稻籽粒對(duì)鎘的累積。稻-稻-肥處理的水稻籽粒鉛含量在種植3 a 后最高，這可能是因?yàn)檫€田的紫云英富集鉛的能力大，且其莖稈柔韌多汁，纖維素和木質(zhì)素等含量較少，經(jīng)微生物分解后形成的腐殖質(zhì)少，螯合鉛的能力弱[26-27]，反而提高了土壤中有效態(tài)鉛的含量，促進(jìn)水稻籽粒對(duì)鉛的吸收。

表2 季別對(duì)水稻籽粒鉛、鎘含量的影響Table 2 Effects of different seasons on the contents of Pb and Cd in rice grains

總之，種植制度對(duì)水稻籽粒鎘和鉛的影響，主要是通過(guò)秸稈還田的時(shí)間長(zhǎng)短和還田秸稈的類(lèi)型所實(shí)現(xiàn)的。

3.2 季別與地區(qū)對(duì)水稻籽粒鉛、鎘含量的影響

連續(xù)3 a，在衡陽(yáng)地區(qū)和岳陽(yáng)地區(qū)，季別間水稻籽粒鎘含量都表現(xiàn)出晚稻高于早稻的特征。這可能與種植過(guò)程的氣象因子相關(guān)，湖南地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，大部分的降雨量集中在3—7 月，這個(gè)階段正值早稻季，充沛的雨水會(huì)將水稻根周的土壤沉降到深層土壤中，減少了水稻根系與鎘的接觸；加之田間空氣濕度高，水稻蒸騰作用弱，將土壤溶液中的鎘轉(zhuǎn)移到水稻籽粒的蒸騰拉力不足[9]。而晚稻季為6—10 月，此時(shí)田間氣溫較高，一方面會(huì)加快水稻的蒸騰作用，促進(jìn)水稻根系對(duì)水分的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，在此過(guò)程中，土壤溶液中的養(yǎng)分和有效態(tài)鎘也會(huì)隨著水分，共同進(jìn)入水稻體內(nèi)參與新陳代謝過(guò)程[28]；另一方面，高溫會(huì)促進(jìn)水稻根系釋放植物鐵螯合物（Phytosiderophore，PS）[29]，植物鐵螯合物會(huì)結(jié)合土壤中的鐵以螯合物的形式進(jìn)入水稻體內(nèi)。而鎘與鐵共用一套螯合轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)[30]，因此它會(huì)伴隨著鐵從土壤中遷移到水稻體內(nèi)，并逐漸累積。早稻籽粒的鉛含量連續(xù)3 a 都高于晚稻，這與季別對(duì)水稻籽粒中鎘積累的影響恰恰相反，表現(xiàn)出一定程度的拮抗作用。這有可能是因?yàn)殒k和鉛在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)需要競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合相同的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，因此當(dāng)水稻體內(nèi)鎘含量較高時(shí)，會(huì)阻礙鉛向水稻籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)和積累，但也有可能是溫度、水分和光照影響土壤中鉛的空間分布以及水稻體內(nèi)相關(guān)鉛轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因表達(dá)。在鉛、鎘復(fù)合污染地區(qū)，鉛和鎘在氣象因子的影響下會(huì)產(chǎn)生怎樣的環(huán)境化學(xué)行為，以及與水稻體內(nèi)的相關(guān)基因表達(dá)的交互關(guān)系，值得進(jìn)一步研究探明。

衡陽(yáng)地區(qū)的水稻籽粒鉛、鎘含量一般要遠(yuǎn)高于岳陽(yáng)地區(qū)，而且衡陽(yáng)地區(qū)的鉛污染在種植的第三年有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)?，一方面衡?yáng)地區(qū)藏有較多的有色金屬礦產(chǎn)[31]，土壤鉛、鎘的背景值高；另一方面在開(kāi)采礦物的過(guò)程中沒(méi)有嚴(yán)格控制污染物的排放，導(dǎo)致鉛、鎘以灌溉水和大氣沉降的形式進(jìn)入稻田生態(tài)系統(tǒng)，加重了稻田重金屬污染。故在有色金屬礦產(chǎn)資源豐富的地區(qū)，需要提高礦產(chǎn)開(kāi)采時(shí)產(chǎn)生的廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)，以及建立完善的稻田重金屬實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體系，從根源上防范重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

（1）2016—2018 年間，稻-稻-紫云英、稻-稻-油菜和稻-稻-冬閑種植制度下，水稻籽粒鉛、鎘含量變化總體呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。

（2）從總體來(lái)看，相比于稻-稻-紫云英和稻-稻-冬閑，稻-稻-油菜的種植制度能顯著降低水稻籽粒鉛、鎘含量，這是由于稻-稻-油菜的種植制度能顯著提高土壤pH，并降低土壤中有效態(tài)鉛和有效態(tài)鎘的含量。稻-稻-紫云英的種植制度會(huì)促進(jìn)土壤有效態(tài)鉛含量的提高，顯著增加水稻籽粒對(duì)鉛的積累，有增大稻米鉛含量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）湖南地區(qū)早稻品種中早39，在晚稻季的籽粒鎘累積能力顯著強(qiáng)于早稻季，而鉛累積能力顯著低于早稻季。