鎘污染稻區(qū)油菜－中稻替代雙季稻種植的可行性研究

易鎮(zhèn)邪 王元元 谷子寒 帥澤宇 屠乃美 陳平平

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，410128，湖南長(zhǎng)沙）

土壤重金屬污染嚴(yán)重影響糧食生產(chǎn)[1]。近年來(lái)，湖南省尤其長(zhǎng)株潭地區(qū)的稻田鎘污染問(wèn)題備受關(guān)注，因此針對(duì)鎘污染對(duì)水稻的影響，在低鎘水稻品種篩選[2-3]、合理灌溉[4-5]和土壤調(diào)理[6-7]等方面開(kāi)展了大量研究，形成了水稻“VIP”控鎘技術(shù)[8-9]。同時(shí)，也針對(duì)中重度鎘污染稻田開(kāi)展了替代種植研究，如替代種植棉花[10]、苧麻[11]和桑樹(shù)[12]等。本課題組堅(jiān)持鎘污染稻田的糧食作物替代種植研究方向，研究了玉米對(duì)水稻季節(jié)性替代種植的產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益[13]，雙季玉米和雙季高粱對(duì)雙季稻的替代種植效應(yīng)[14]及其對(duì)土壤鎘動(dòng)態(tài)與鎘移除效果的影響[15]。

確保糧食安全和提高食用油自給率是我國(guó)作物科技工作者的重要使命。油菜是我國(guó)重要的油料作物之一，是我國(guó)第一大經(jīng)濟(jì)作物，但是我國(guó)食用油自給率僅為38.1%[16]，提高油菜種植面積是提高食用油自給率的重要途徑。為此，本研究結(jié)合鎘污染稻田的糧食作物替代種植與提高我國(guó)食用油自給率2個(gè)重大命題，在中度鎘污染稻田開(kāi)展大田試驗(yàn)，比較研究了油菜-中稻與雙季稻的生育期、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益以及各器官鎘含量，以期明確油菜-中稻種植模式對(duì)湘潭地區(qū)中度鎘污染稻田替代雙季稻種植模式的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015-2016年在湖南省湘潭縣易俗河鎮(zhèn)樟樹(shù)村進(jìn)行。試驗(yàn)田pH 6.11，基礎(chǔ)肥力：有機(jī)質(zhì)26.56g/kg，全氮1.55g/kg，全磷0.62g/kg，全鉀4.10g/kg，堿解氮 205.10mg/kg，速效磷 66.97mg/kg，速效鉀46.34mg/kg，全鎘0.86mg/kg。

設(shè)置2種種植模式：休閑-稻-稻和油菜-中稻。采用大區(qū)試驗(yàn)，不設(shè)重復(fù)，每個(gè)種植模式區(qū)面積為200m2。早稻品種為陵兩優(yōu)211，晚稻品種為威優(yōu)46，中稻品種為準(zhǔn)兩優(yōu)527，油菜品種為湘雜油518。油菜采取直播方式，2015年10月1日播種；水稻采用育秧移栽方式，早稻2016年3月24日播種，中稻2016年5月13日播種，晚稻2016年6月12日播種。水稻株行距：早稻16.7cm×20.0cm，中稻和晚稻20.0cm×20.0cm。施肥：水稻基肥為復(fù)合肥（N∶P∶K 為 22∶6∶12）600kg/hm2，追肥為尿素150kg/hm2；油菜基肥為復(fù)合肥600kg/hm2。其他管理同一般大田。

1.2 指標(biāo)測(cè)定與方法

1.2.1 水稻產(chǎn)量 于水稻成熟期，每個(gè)大區(qū)數(shù)連續(xù)的80蔸水稻，記錄有效穗數(shù)，計(jì)算單穴平均有效穗數(shù)，按照平均有效穗數(shù)取15穴帶回室內(nèi)（每5蔸為1次重復(fù)），考察每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，計(jì)算理論產(chǎn)量。同時(shí)，收獲100穴水稻，按照含水率13.5%折算實(shí)際產(chǎn)量，每個(gè)大區(qū)3次重復(fù)。

1.2.2 油菜產(chǎn)量 于油菜成熟期，取代表性植株15株（每5株為1次重復(fù)），考察每株總粒數(shù)和千粒重，計(jì)算理論產(chǎn)量。同時(shí)，收獲100株油菜，脫粒曬干后折算實(shí)際產(chǎn)量，每個(gè)大區(qū)3次重復(fù)。

1.2.3 作物地上部各器官鎘含量 于作物成熟期，收取植株樣品，水稻分莖、葉、穗和籽粒等部分，油菜分莖、籽粒和角果殼等部分，烘干后粉碎，過(guò)100目篩備用。采用硝酸-高氯酸高溫消解方法，使用Agilent 7900 ICP-MS檢測(cè)消化液中鎘含量[17]。

1.2.4 經(jīng)濟(jì)效益 計(jì)算2種種植模式下全年投入成本、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出與經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)成本包括農(nóng)資成本（化肥、農(nóng)藥和種子）、機(jī)械作業(yè)成本（耕地和收割等）和勞動(dòng)力成本（播種、施肥和噴藥等）。復(fù)合肥單價(jià)2.60元/kg，尿素單價(jià)2.00元/kg；機(jī)械耕地單價(jià)1350.00元/hm2，機(jī)收單價(jià)1200.00元/hm2；人工以120.00元/d計(jì)算。農(nóng)產(chǎn)品單價(jià)：早稻谷、中晚稻谷和油菜籽單價(jià)分別為2.44、2.50和5.48元/kg。

2 結(jié)果與分析

2.1 生育期比較

由表1可知，在雙季稻模式中，早稻于3月24日播種，7月9日成熟，全生育期107d；晚稻于6月12日播種，10月17日成熟，全生育期127d；在油菜-中稻模式中，油菜于2015年10月1日播種，2016年5月11日成熟收獲，全生育期223d；中稻于5月13日播種，9月28日收獲，全生育期138d。從種植季節(jié)來(lái)看，湘潭地區(qū)種植雙季稻和油菜-中稻都是可行的，各模式下各種作物均可正常成熟。從本試驗(yàn)情況看，2種種植模式均可以選擇產(chǎn)量潛力更大的遲熟品種，尤其中稻品種生育期延長(zhǎng)空間較大。

表1 2種種植模式的全生育期Table 1 The whole growth duration of two planting modes

2.2 產(chǎn)量比較

由表2可見(jiàn)，雙季稻模式下，早、晚稻產(chǎn)量分別為5233.7和6298.3kg/hm2；油菜-中稻模式下，油菜和中稻產(chǎn)量分別為1875.5和7531.0kg/hm2，其中，中稻產(chǎn)量較雙季稻模式下的早、晚稻產(chǎn)量分別高43.9%和19.6%。

表2 2種種植模式的作物產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 2 Yield and yield components of crops in two planting modes

2.3 經(jīng)濟(jì)效益比較

由表3可知，雙季稻模式的生產(chǎn)成本較高，兩季合計(jì)成本為20 595元/hm2；油菜-中稻模式合計(jì)成本為17 813元/hm2，較雙季稻模式低13.5%，其中，中稻成本與早、晚稻成本相當(dāng)，但油菜成本遠(yuǎn)低于水稻。

表3 2種種植模式的成本投入Table 3 Input of two planting modes 元/hm2 yuan/hm2

由表4可見(jiàn)，產(chǎn)值表現(xiàn)為中稻＞晚稻＞早稻＞油菜的趨勢(shì)，雙季稻模式總產(chǎn)值為28 515.9元/hm2，油菜-中稻模式總產(chǎn)值為29 105.4元/hm2，較雙季稻模式提高2.1%。純收入為中稻＞晚稻＞油菜＞早稻，雙季稻模式總純收入為7 920.9元/hm2，油菜-中稻模式的總純收入為11 292.4元/hm2，較雙季稻模式提高42.6%。從純收入角度來(lái)看，油菜-中稻模式完全可以替代雙季稻模式。

表4 2種種植模式的產(chǎn)值與純收入Table 4 Output values and net incomes of two planting modes

比較不同種植模式的總純收入與勞動(dòng)力比值（表5）發(fā)現(xiàn)，油菜-中稻模式總純收入與勞動(dòng)力比值遠(yuǎn)大于雙季稻模式，前者較后者高38.5%。從所獲得的純收入來(lái)看，油菜-中稻模式優(yōu)勢(shì)非常明顯。

表5 2種種植模式的總純收入與勞動(dòng)力比值Table 5 Ratio of total net income to labour number of two planting modes

2.4 成熟期鎘含量比較

2種種植模式下，水稻成熟期各器官鎘含量見(jiàn)表6。根、莖、葉和穗等器官鎘含量一般表現(xiàn)為根＞莖＞葉＞穗的趨勢(shì)；早、中、晚稻的根、莖、葉和籽粒等器官鎘含量差異明顯，一般表現(xiàn)為晚稻＞中稻＞早稻的趨勢(shì)。早稻糙米鎘含量為0.43mg/kg，中稻為0.69mg/kg，晚稻為0.82mg/kg。油菜-中稻模式中，油菜成熟期各器官鎘含量表現(xiàn)為莖＞角果殼＞根＞籽粒，其中，油菜籽鎘含量為0.11mg/kg，在安全范圍內(nèi)。從農(nóng)產(chǎn)品鎘含量來(lái)看，油菜-中稻模式較雙季稻模式也是有優(yōu)勢(shì)的。

表6 2種種植模式中水稻成熟期鎘含量Table 6 Cd content of rice and rapseed maturity in two planting modes mg/kg

3 討論

近年來(lái)，鎘污染問(wèn)題在一定程度上影響了我國(guó)的糧食生產(chǎn)，尤其南方各省的水稻生產(chǎn)，因此也出現(xiàn)了較多有關(guān)鎘污染稻田替代水稻的種植研究。

關(guān)于中重度鎘污染稻田的替代種植，湖南省開(kāi)展了較多研究，先后提出了一些替代種植模式，比如種植棉花[10]、苧麻[11]和桑樹(shù)[12]等。稻田替代種植一定要以糧食安全為前提，同時(shí)要充分考慮替代作物的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景。近年來(lái)，湖南省苧麻和棉花產(chǎn)業(yè)萎縮，2種作物的種植面積已大不如前，蠶桑產(chǎn)業(yè)也一直萎靡，且其是深根性木本植物，會(huì)破壞稻田的土壤結(jié)構(gòu)，因此，實(shí)行鎘污染稻田的棉花、苧麻和桑樹(shù)替代種植顯然不是理想選擇。本課題組認(rèn)為，鎘污染稻田的替代種植應(yīng)以糧食作物為主。近幾年，本課題組堅(jiān)持鎘污染稻田的糧食作物替代種植研究方向，研究了玉米對(duì)水稻季節(jié)性替代種植的產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益[13]，雙季玉米、雙季高粱替代雙季稻種植的效應(yīng)[14]，以及土壤鎘動(dòng)態(tài)與鎘移除效果[15]等，取得了一定的研究進(jìn)展。

在面臨糧食安全問(wèn)題的同時(shí)，我國(guó)面臨更嚴(yán)重的食用油安全問(wèn)題。有資料[16]顯示，我國(guó)食用油自給率僅為38.1%，且近年來(lái)又有所下降。我國(guó)的糧食安全問(wèn)題備受關(guān)注，而人們對(duì)食用油安全問(wèn)題的關(guān)注度較低。很多專家指出，我國(guó)必須大力發(fā)展油菜和花生等油料作物生產(chǎn)，以逐步提高食用油自給率。

基于以上2個(gè)方面的考慮，本研究結(jié)合鎘污染稻田的糧食作物替代種植與提高我國(guó)食用油自給率2個(gè)重大命題，在中度鎘污染稻田比較研究了油菜-中稻與雙季稻的生育期、產(chǎn)量、生產(chǎn)成本與經(jīng)濟(jì)效益以及各器官鎘含量，以期明確油菜-中稻對(duì)中度鎘污染稻田替代雙季稻種植模式的可行性。結(jié)果表明，雙季稻和油菜-中稻種植模式均能在10月20日前成熟，且中稻產(chǎn)量比雙季稻模式下的早、晚稻產(chǎn)量分別提高43.9%和19.6%，而其生產(chǎn)成本與早、晚稻相當(dāng)，但油菜成本遠(yuǎn)低于水稻；與雙季稻模式相比，油菜-中稻模式總產(chǎn)值提高2.1%，總純收入提高42.6%，純收入與勞動(dòng)力比值提高38.5%；糙米鎘含量在0.43～0.82mg/kg之間，都超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（0.20mg/kg），其中，中稻糙米鎘含量（0.69mg/kg）界于早、晚稻之間，油菜籽鎘含量為0.11mg/kg。因此，綜合比較2種模式的種植季節(jié)、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、純收入與產(chǎn)品鎘含量可得，油菜-中稻模式可作為鎘污染雙季稻區(qū)替代雙季稻的種植模式。油菜的加入對(duì)傳統(tǒng)雙季稻田土壤鎘動(dòng)態(tài)及水稻鎘吸收積累必定會(huì)產(chǎn)生影響，但具體影響如何，目前尚未見(jiàn)報(bào)道，這需要開(kāi)展多年定位試驗(yàn)予以探明。

關(guān)于水稻品種間鎘含量差異，前人已經(jīng)開(kāi)展較多研究[2-3]，并篩選出了高、低鎘積累品種，但是有關(guān)同一塊稻田上不同季節(jié)水稻各器官鎘含量的比較研究報(bào)道不多。本研究初步比較了早、中、晚稻各器官的鎘含量差異，發(fā)現(xiàn)各器官（根、莖、葉、枝梗、空粒、谷殼、糙米、精米和糠層）鎘含量均呈現(xiàn)晚稻＞中稻＞早稻的趨勢(shì)，這給鎘污染稻田水稻生產(chǎn)季節(jié)的選擇提供了一些參考。但因?yàn)楸狙芯恐性?、中、晚稻僅采用了1個(gè)品種，所以此方面的研究還需多年多點(diǎn)試驗(yàn)予以驗(yàn)證。

4 結(jié)論

比較了雙季稻模式與油菜-中稻模式的種植季節(jié)、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、單個(gè)勞動(dòng)力所得純收入與產(chǎn)品（籽粒）鎘含量，發(fā)現(xiàn)油菜-中稻模式的總產(chǎn)值、總純收入、總純收入與勞動(dòng)力比值較高，中稻糙米鎘含量介于早、晚稻之間，油菜籽鎘含量?jī)H為0.11mg/kg。綜合來(lái)看，油菜-中稻模式可作為鎘污染雙季稻區(qū)替代雙季稻的種植模式。