孕穗期淹水處理對不同水稻品種鎘富集轉運特性的影響

匡 煒，魏 征，劉 洋，戴 力，趙 楊，張玉燭，方寶華

（1. 湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125；2. 湖南雜交水稻研究中心，湖南 長沙 410125）

土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。隨著工業(yè)污染、城市污染的加劇和農用化學物質種類、數量的增加，由工業(yè)廢水和生活廢水導致的土壤重金屬污染日益嚴重[1-3]。 目前，影響最為嚴重的是重金屬鎘（Cd）污染。據2014年環(huán)境保護部聯(lián)合國土資源部公布的數據可知，全國的耕地土壤重金屬點位超標率為19.4%，其中鎘超標率高達7.0%[4]。鎘是一種抑制植物生長且又易被植物吸收和積累、在環(huán)境中遷移和轉化性強的重金屬污染物[5-10]。

水稻是我國重要的糧食作物之一，也是單產最高的糧食作物，種植面積和總產量分別占糧食作物面積和總產的27.4%和36.1%[11-12]。水稻對鎘非常敏感，當種植在鎘污染的土壤中時，鎘會大量富集于水稻根、莖、葉和穗中，抑制水稻的正常生長發(fā)育，最后降低產量和品種[13-15]。當稻米被鎘嚴重污染后，便無法正常食用，最終導致糧食危機加重。探尋簡單有效地稻米降鎘技術，使稻米達到食品安全標準已迫在眉睫。目前，可通過水分調控以及施加有機肥、土壤調理劑、葉面阻控劑等方式來降低稻米鎘含量[16-18]，其中水分調控是最簡單且有效的方法[19]。已有大量的研究證明，合理的水分灌溉不但能保障水稻正常生長發(fā)育，穩(wěn)定稻米產量及品質，還能夠有效降低稻米鎘積累[20-22]。

孕穗期是營養(yǎng)生長轉向生殖生長的過度生育期，此時稻株生長最為迅速，會吸收大量的各種元素和水分，并且該時段的生長發(fā)育會直接影響最終產量。筆者以農香42、玖兩優(yōu)黃華占、耘兩優(yōu)玖48、桃優(yōu)香占為供試水稻品種，在關鍵的孕穗期探究淹水處理和常規(guī)水分管理模式對鎘污染耕地中水稻各部位鎘富集和轉運特性的影響，旨在為今后通過水分調控降低稻米鎘含量提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及供試品種

試驗于2019年在寧鄉(xiāng)市雙江口鎮(zhèn)白玉村進行。試驗土壤鎘含量0.46 mg/kg，pH值 6.1。供試水稻品種為農香42（V1）、玖兩優(yōu)黃華占（V2）、耘兩優(yōu)玖48（V3）、桃優(yōu)香占（V4），均為當地主栽品種，由湖南省水稻研究所提供。

1.2 試驗設計

采用二因素裂區(qū)設計（水分管理模式為主區(qū)；品種為裂區(qū)），每個品種設置2種水分管理模式：D1，正常水分管理；D2，田塊全程淹水管理。每個處理3次重復，共24個小區(qū)。每個小區(qū)長寬為5 m×10 m。施肥方式按照當地習慣進行。

1.3 樣品采集及測定

于水稻孕穗期采集水稻植株和土樣。土壤根據五點取樣法取樣，然后采用火焰原子吸收法測定有效鎘含量；調查100穴水稻的分蘗數，計算單穴平均分蘗數，每小區(qū)按照五點取樣法取5穴，將樣品按照根、莖鞘和葉分開，于105℃烘箱中殺青30 min，在80℃下烘干至恒重，然后采用火焰原子吸收法進行不同植株部位的鎘含量測定。

1.4 數據處理

采用Microsoft exce 2016和SPSS 24軟件對試驗數據進行整理分析，試驗數據以“平均數±標準差”的形式表示。采用公式（1）和（2）計算鎘富集系數和鎘轉運系數。

富集系數越大，表示水稻積累重金屬能力越強[23]。 轉運系數表示鎘由根部轉運、分配到地上部位的能力；轉運系數越高，表示重金屬從根部轉運到地上部位的能力越強[23-24]。

2 結果與分析

2.1 淹水處理對植株各部位鎘含量的影響

由表1可知，2種水分管理模式下，淹水處理（D2）的根、莖稈和葉的鎘含量均低于常規(guī)水分處理（D1），其中根和莖稈差異達到顯著水平，表明淹水處理能夠顯著降低水稻根莖的鎘含量。從品種來看，V1、V2品種水稻植株各部分的鎘含量相對高于V3、V4；根中的鎘含量以V1品種最高，其次是V2品種，二者顯著高于V3、V4品種的；莖稈和葉中鎘含量均為V2品種最高，顯著高于其他3個品種的。綜合分析，水分管理模式對根、莖稈的鎘含量影響極顯著，對葉中鎘含量影響不顯著；而品種以及水分管理模式與品種的交互作用對根、莖稈、葉的鎘含量影響均極顯著。

表1 水稻根莖葉鎘含量

2.2 淹水處理對各部位鎘富集系數和轉運系數的影響

從表2可知，各處理水稻莖對鎘的富集系數和轉運系數差異極顯著（P＜0.01）；根的鎘富集系數均都大于1；莖稈的鎘富集系數范圍為0.13~1.24，平均為0.38；葉的富集系數范圍為0.10~0.63，平均為0.22；各部位對鎘的富集系數表現(xiàn)為根＞莖稈＞葉，表明根積累鎘的能力最強，葉積累鎘的能力最差。在淹水處理下，植株各部位對鎘的富集系數均低于常規(guī)水分管理。水分管理模式對莖稈鎘富集系數影響顯著外，其他的均影響不顯著，而不同品種之間對各部位的富集系數和轉運系數的影響均在顯著差異。2個因素及其交互作用對莖稈的鎘富集系數均有極顯著影響。

從表2還可看出，各處理鎘從根到莖稈的轉運系數為0.08~0.54，平均為0.16；鎘從莖稈到葉的轉運系數為0.05~0.28，平均為0.12；根—莖稈的轉運系數顯著高于莖稈—葉的轉運系數（F=12.10，P＜0.05）。2種水分管理模式下均以V2品種的轉運系數最高，V4品種的最低；總體來看，淹水處理的鎘轉運系數低于常規(guī)水分管理的轉運系數。

表2 水稻根莖葉富集系數與轉運系數

2.3 各指標間的相關性分析

從表3可知，富集系數與各個指標均存在顯著相關性，其中與根鎘含量、莖稈鎘含量呈極顯著相關性，與轉運系數和葉鎘含量呈顯著相關性；而轉運系數與莖稈鎘含量、葉鎘含量呈極顯著相關性，與根鎘含量沒有顯著相關性。水稻植株孕穗期對鎘的富集能力最主要是受到根和莖稈的影響，而轉運系數主要受到莖稈和葉的影響。

表3 各指標的相關性系數

3 結論與討論

淹水處理能夠降低水稻根、莖稈和葉的鎘含量，這與陳江民等[25]的結論相似，其中主要是顯著降低了根和莖稈的鎘含量，與常規(guī)水分管理相比，根鎘含量降低了28.57%，莖稈鎘含量降低了56.25%；淹水處理也能夠降低水稻植株對鎘的富集和轉運能力，主要表現(xiàn)為莖稈鎘富集系數顯著降低，降幅可達62.10%。水稻植株對鎘的富集主要是靠根和莖稈，而葉對鎘富集能力比較弱，與前人研究結果一致[26-27]；植株吸收鎘后，在孕穗期主要從根部轉移到莖稈，而葉中含量相比根莖非常低。綜合比較分析發(fā)現(xiàn)，富集系數主要受根和莖稈影響，轉運系數主要受莖稈和葉的影響。

研究還發(fā)現(xiàn)，耘兩優(yōu)玖48（V3）、桃優(yōu)香占（V4）2個品種對鎘的吸收轉運能力弱于農香42（V1）、玖兩優(yōu)黃華占（V2）2個品種，在今后研究中可以加強不同水稻品種對鎘吸收能力強弱的機理研究，探明對鎘吸收影響的關鍵因素。