基于鎘元素的重金屬低積累水稻品種篩選

吳支行 夏 敏 葉 寅 楊 欣 袁自然

（1蕪湖市農(nóng)業(yè)技術(shù)中心，安徽蕪湖 241000；2安徽省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，安徽合肥 230031）

根據(jù)調(diào)查，我國受重金屬污染耕地面積約有2 000萬hm2，其中鎘是無機污染物中超標量最多的重金屬污染物之一，占無機污染物超標量的7%[1]。與其他重金屬相比，鎘具有分解周期長、移動性大、毒性高、降解難、易被作物吸收等特點[2]。目前農(nóng)產(chǎn)品鎘超標是我國農(nóng)業(yè)土壤鎘超標問題的主要體現(xiàn)，這些鎘超標的農(nóng)產(chǎn)品一旦流入市場，進入人體，經(jīng)體內(nèi)分布代謝轉(zhuǎn)化，會造成人體多器官損傷[3-4]。因此，耕地土壤鎘污染的控制至關重要。

水稻作為我國主要的糧食作物之一，種植面積較大[5]。在水稻主產(chǎn)區(qū)，重金屬污染問題突出且復雜，稻米中重金屬含量與土壤中重金屬含量并不存在完全對應關系，單純降低土壤重金屬含量并不能保證稻米能夠安全食用[6]。水稻對重金屬的吸收累積能力受其基因型影響,不同品種水稻對重金屬的吸收累計能力不同[7]。根據(jù)這一特性，近年來全國各地針對低積累鎘水稻品種的篩選已展開了較多研究[5，8]。如李虎等[9]以114份水稻低鎘品種育種材料為試驗對象，在廣西地區(qū)通過大田和盆栽試驗，最終篩選得到綜合性狀優(yōu)良的材料“桂育12”。黃其穎等[10]比較分析了浙江省大范圍種植的5種水稻品種，最終篩選出了甬優(yōu)1540和浙兩優(yōu)274兩個具有鎘低累積特征且適合浙江省生產(chǎn)的水稻品種。

蕪湖市作為安徽省礦產(chǎn)加工企業(yè)聚集地之一，由于早期礦物開采監(jiān)管力度不足，大量的鎘元素通過不同途徑進入土壤，長期積累造成了部分土壤鎘污染。因此，筆者選擇在蕪湖市受鎘污染較為嚴重的試驗基地進行試驗，以期篩選出適合鎘污染耕地推廣種植的鎘低積累水稻品種，為鎘污染稻田土壤的安全利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選擇蕪湖市某縣受污染較為嚴重的稻田作為試驗基地。供試樣本為蕪湖市內(nèi)常見的13個市售水稻品種，分別是常農(nóng)粳12號、弋粳20號、弋粳10號、弋粳68號、武育粳35號、弋粳149號、武運粳31號、南粳3908號、皖粳117號、徽兩優(yōu)114號、晶兩優(yōu)華占、亞兩優(yōu)絲苗、Y兩優(yōu)143號（如表1所示）。

1.2 試驗處理

以水稻品種為處理設置小區(qū)試驗，共選擇13個水稻品種，小區(qū)面積設置為12.0 m2（2 m×6 m）。每個品種均種植3個小區(qū)，共39個小區(qū)，隨機區(qū)組排列。水稻種植規(guī)格為行距30 cm、窩距20 cm，每小區(qū)20行、每行10窩[11]。

肥料施用量按當?shù)赝扑]用量進行，氮肥、磷肥和鉀肥用量分別為150、75、100 kg/hm2，其中基肥為20%氮肥、100%磷肥和100%鉀肥，追肥為20%氮肥，肥料種類為尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀。各試驗小區(qū)，除試驗因子水稻品種外，其他田間管理方法保持一致。

1.3 項目測定與方法

1.3.1 水稻基礎數(shù)據(jù)。在水稻成熟期按處理采樣，采用五點采樣法采集相同處理小區(qū)樣品并混合。具體操作方式如下：在水稻成熟時期，每個處理小區(qū)隨機采取4整株水稻，按處理組成混合樣，將水稻根系粘附土壤用自來水洗脫，再用去離子水將稻株洗凈，自然晾干后放入105℃烘箱，殺青30 min，然后調(diào)節(jié)烘箱溫度至70℃，將水稻烘干至重量保持恒定。水稻采用人工脫粒方式脫粒，在稻米脫殼前后分別測定其糙米率、精米率、千粒重、堊白粒率和長寬比5種指標，以此來判斷各個品種水稻農(nóng)藝性狀表現(xiàn)情況。

1.3.2 水稻樣品鎘含量測定。水稻籽粒中鎘的含量參考GB/T5009.268—2016食品中鎘的測定方法，采用電感耦合等離子質(zhì)譜法測定，檢出限為0.002 mg/kg。同時為了考察試驗中所涉及的水稻品種是否具有鎘低累積特征，對土壤鎘含量背景值進行測定。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)整理，利用Origin 2018進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗地土壤

根據(jù)我國GB15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）》的劃分，試驗區(qū)土壤重金屬含量執(zhí)行污染風險篩選值，經(jīng)過測試分析，試驗區(qū)土壤鎘含量為0.46 mg/kg，表明該試驗區(qū)域土壤屬于安全利用類土壤。

2.2 水稻農(nóng)藝性狀

如表2所示，糙米率最高的品種是武運粳31號（79.89%），其次是弋粳10號（77.75%）；精米率最高的品種為武運粳31號（26.53%），其次是弋粳20號（23.92%）；千粒重最高的品種是武運粳31號（26.054 2 g），其次是皖粳117號（24.730 1 g）；堊白粒率最低的是Y兩優(yōu)143號（8%），其次是徽兩優(yōu)114號和晶兩優(yōu)華占（9%），武運粳31號的堊白粒率處于13個品種中的中等水平（20%）。從以上結(jié)果可以看出，在該區(qū)常種植的水稻品種中，粳稻品種表現(xiàn)出的農(nóng)藝性狀要優(yōu)于秈稻品種。其中，武運粳31號表現(xiàn)出的農(nóng)藝性狀較為優(yōu)異。

表2 水稻基礎數(shù)據(jù)結(jié)果

2.3 糙米鎘含量

由表3可以看出，不同水稻品種對鎘的吸收積累能力存在一定差異，糙米中鎘含量分布范圍為0.215～0.484 mg/kg。如圖1所示，糙米鎘含量分布范圍在0.2～0.3 mg/kg的有南粳3908號、徽兩優(yōu)114號、亞兩優(yōu)絲苗和Y兩優(yōu)143號；分布范圍在0.3～0.4 mg/kg之間的有常農(nóng)粳12號、弋粳20號、弋粳68號、武育粳35號、弋粳149號、武運粳31號和晶兩優(yōu)華占；含量＞0.4 mg/kg的有弋粳10號和皖粳117號2個品種。鎘含量最低的品種為徽兩優(yōu)114號，3次重復試驗的結(jié)果中最低值為0.132 mg/kg，在鎘限值以下；其次是亞兩優(yōu)絲苗，3次試驗鎘含量平均值為0.263 mg/kg，3次重復中的2次鎘含量都在限值以下?；諆蓛?yōu)114號和亞兩優(yōu)絲苗均是秈型兩系雜交水稻品種。因此，研究結(jié)果表明在該區(qū)秈型水稻表現(xiàn)出的鎘低積累效應要優(yōu)于粳型稻。

表3 糙米鎘含量情況 單位：mg/kg

圖1 糙米鎘含量分布范圍

3 討論與結(jié)論

不同作物對重金屬鎘吸收和累積有很大差異，甚至同一作物不同品種間對重金屬的吸收和累積也不同。稻米鎘積累量既會受到水稻基因型影響，也會受到土壤水分、pH、土壤理化性質(zhì)等環(huán)境條件影響，因此鎘低積累水稻品種是一個相對的概念，需要具體地區(qū)具體分析。

該研究通過對不同水稻品種以及農(nóng)藝性狀的分析，發(fā)現(xiàn)武運粳31號表現(xiàn)出的農(nóng)藝性狀較優(yōu)，其糙米鎘含量值為0.349 mg/kg，處于13個品種中的中等水平；此外徽兩優(yōu)114號和亞兩優(yōu)絲苗2個品種表現(xiàn)出了良好的鎘低積累特征，但其農(nóng)藝性狀表現(xiàn)處于13個品種中等偏下水平。因此，在全區(qū)范圍內(nèi)的推廣應用應根據(jù)區(qū)域土壤實際鎘濃度選擇合適的水稻品種，建議鎘高污染地區(qū)采用徽兩優(yōu)114號和亞兩優(yōu)絲苗2個品種，并結(jié)合其他土壤調(diào)理手段協(xié)同作用控制水稻對鎘元素的吸收，以達到污染耕地安全利用的目的；中低污染地區(qū)可采用武運粳31號，既能從一定程度上控制水稻鎘含量，也保證了一定的經(jīng)濟效益。