重金屬低積累水稻品種篩選初報

摘 要：為了篩選出適合湘西自治州推廣的重金屬低吸收水稻品種，從當(dāng)?shù)刂魍破贩N和湖南省應(yīng)急性鎘低積累水稻品種清單中選取16個水稻品種，于2021年在花垣縣開展重金屬低積累水稻品種篩選試驗，主要考察參試水稻品種的重金屬（鎘、砷）富集系數(shù)和產(chǎn)量。結(jié)果表明：16個參試水稻品種的鎘超標風(fēng)險系數(shù)由高到低排列依次為晶兩優(yōu)534、晶兩優(yōu)華占（中風(fēng)險Ⅲ），東兩優(yōu)豐占、泓兩優(yōu)503、隆兩優(yōu)華占、冠兩優(yōu)華占、瀘優(yōu)9803、創(chuàng)兩優(yōu)豐占、C兩優(yōu)755、兩優(yōu)336、Y兩優(yōu)9918、悅美占、Y兩優(yōu)2108、和兩優(yōu)1號（低風(fēng)險Ⅱ），隆兩優(yōu)1308、隆兩優(yōu)1212（無風(fēng)險Ⅰ）；砷超標風(fēng)險系數(shù)由高到低排列依次為隆兩優(yōu)1308、和兩優(yōu)1號（高風(fēng)險Ⅳ），C兩優(yōu)755、兩優(yōu)336、悅美占、創(chuàng)兩優(yōu)豐占、泓兩優(yōu)503、Y兩優(yōu)9918、瀘優(yōu)9803、東兩優(yōu)豐占、隆兩優(yōu)華占、隆兩優(yōu)1212、冠兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)534、Y兩優(yōu)2108（中風(fēng)險Ⅲ）；實際產(chǎn)量最高的是創(chuàng)兩優(yōu)豐占（12 003 kg/hm2），最低的是泓兩優(yōu)503（9 391 kg/hm2），其中泓兩優(yōu)503、悅美占、C兩優(yōu)755減產(chǎn)顯著。綜合考量3種因素后，建議在湘西自治州水稻品種布局時將隆兩優(yōu)1212、Y兩優(yōu)2108列入推薦名錄，將創(chuàng)兩優(yōu)豐占、兩優(yōu)336、隆兩優(yōu)華占列入一般名錄，將泓兩優(yōu)503淘汰出目錄，其余品種列入觀察名錄。

關(guān)鍵詞：重金屬低積累；水稻；品種篩選；鎘；砷；富集系數(shù)；產(chǎn)量

中圖分類號：X53；S511 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2023）06-0007-04

Abstract：To screen out rice varieties with low accumulation of heavy metals for promotion in Xiangxi Autonomous Prefecture， 16 rice varieties consisting of the local main cultivars and ones selected from Hunan emergency low Cd accumulation rice variety list were involved in the 2021 screening experiment conducted in Huayuan County. The grain yield and bioconcentration factors of heavy metals （cadmium and arsenic） in the rice varieties were mainly investigated. The results showed that according to risk coefficients of Cd exceeding the standard from high to low， the 16 varieties were in order of middle risk Ⅲ： Jing Liangyou 534＞ Jing Liangyou Huazhan＞ low risk II： Dong Liangyou Fengzhan＞ Hong Liangyou 503＞ Long Liangyou Huazhan＞ Guan Liangyou Huazhan gt; Luyou 9803＞ Chuang Liangyou Fengzhan＞ C Liangyou 755＞ Liangyou 336＞ Y Liangyou 9918＞ Yuemeizhan＞ Y Liangyou 2108 gt; He Liangyou No. 1＞ no risk Ⅰ： Long Liangyou 1308 gt; Long Liangyou 1212. The varieties with risk coefficients of As exceeding the standard from high to low was in order of high risk Ⅳ： Long Liangyou 1308＞He Liangyou No.1＞ middle risk Ⅲ： C Liangyou 755＞ Liangyou 336＞ Yuemeizhan＞ Chuang Liangyou Fengzhan＞ Hong Liangyou 503＞ Y Liangyou 9918＞ Luyou 9803 ＞ Dong Liangyou Fengzhan＞ Long Liangyou Huazhan＞ Long Liangyou 1212＞ Guan Liangyou Huazhan＞ Jing Liangyou Huazhan＞ Jing Liangyou 534＞ Y Liangyou 2108. Among them， Chuang Liangyou Fengzhan produced the highest practical yield of 12，003 kg/hm2， the lowest was Hong Liangyou 503 （9，391 kg/hm2）， while Hong Liangyou 503， Yuemeizhan and C Liangyou 755 significantly decreased in yield." Comprehensively considering the above three factors， Long Liangyou 1212 and Y Liangyou 2108 with low accumulation of Cd and As without yield reduction are recommended as the preferred promotion varieties of Xiangxi Autonomous Prefecture rice varietal arrangement， Chuang Liangyou Fengzhan， Liangyou 336 and Long Liangyou Huazhan are listed in the ordinary catalogue， Hong Liangyou 503 is eliminated from the catalogue， and the others are listed in the observed list.

Key words：low accumulation of heavy metals; rice; varietal screening; cadmium; arsenic; bioconcentration factors; yield

為了加快重金屬污染耕地修復(fù)及農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，課題組從當(dāng)?shù)刂魍破贩N和湖南省應(yīng)急性鎘低積累水稻品種清單中選取16個水稻品種，于2021年在湘西自治州花垣縣開展品種比較試驗，通過鑒定參試水稻品種的重金屬（鎘、砷）富集系數(shù)和產(chǎn)量，篩選適合湘西自治州推廣的重金屬低吸收水稻品種，構(gòu)建區(qū)域內(nèi)水稻安全生產(chǎn)技術(shù)，為鎘砷低積累水稻品種推廣提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在花垣縣龍?zhí)舵?zhèn)龍門村（東經(jīng)109o22'，北緯28o28'）開展，試驗田屬典型重金屬污染稻田，全鎘含量0.703 mg/kg，有效態(tài)鎘含量0.045 4 mg/kg，總砷含量16.1 mg/kg；面積為2 666 m2，地勢平緩開闊，灌溉和排水條件好，土壤肥力中等偏上，前作為油菜；試驗田周邊無企業(yè)（廠礦和養(yǎng)殖）廢氣、廢水和城鎮(zhèn)生活污水等污染源；供試土壤為黃壤黏土，土壤pH值、有機質(zhì)含量、土壤重金屬（鎘、砷）污染程度等指標具代表性，地下水位中等；試驗地土壤基本理化性質(zhì)如下：pH值6.1，有機質(zhì)含量37.04 g/kg，陽離子交換量10.9 cmol/kg。

參試水稻品種16個，分別為冠兩優(yōu)華占、東兩優(yōu)豐占、泓兩優(yōu)503、晶兩優(yōu)534、隆兩優(yōu)華占、創(chuàng)兩優(yōu)豐占、晶兩優(yōu)華占、隆兩優(yōu)1212、瀘優(yōu)9803、C兩優(yōu)755、隆兩優(yōu)1308、Y兩優(yōu)9918、Y兩優(yōu)2108、和兩優(yōu)1號、悅美占、兩優(yōu)336。其中，冠兩優(yōu)華占、東兩優(yōu)豐占、泓兩優(yōu)503、晶兩優(yōu)534、隆兩優(yōu)華占是花垣縣2020年的主推品種，其余品種為湘西州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院從湖南省重金屬低積累應(yīng)急品種目錄中選取的品種。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)16個處理，即參試的16個水稻品種，小區(qū)面積20 m2，種植密度為15.2 cm×20.3 cm。試驗采用隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)間不做田埂，以空行（0.8 m）隔開。

1.3 田間管理

試驗前先勻田，確保試驗田塊土壤理化性質(zhì)和土壤污染程度相對均勻[1]。在浸種催芽的同時，進行秧田準備，采用育秧盤（60 cm×30 cm×2.5 cm）進行育秧，每個品種育秧10盤，品種間留20 cm空間隔開，每個品種用標識牌進行標識，秧田期田間管理采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方法進行。試驗田整理好后，按照隨機區(qū)組排序進行小區(qū)制作。移栽前施用復(fù)合肥（15–15–15）750 kg/hm2作基肥，插秧后7～10 d施用尿素150 kg/hm2作追肥[2]。分蘗前期水分按常規(guī)管理，分蘗盛期曬田15 d左右，稻田土壤開裂現(xiàn)白后覆水，后期采用干濕交替的水分管理方式。病蟲草害則以預(yù)防為主，根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況進行防治。

1.4 考察指標及方法

水稻種植整地前按照“S”形取樣法，取小區(qū)試驗田塊基礎(chǔ)土樣測定土壤理化性質(zhì)及重金屬全量和有效態(tài)含量（DTPA提取態(tài)鎘、磷酸二氫鉀提取態(tài)砷）。試驗過程詳細記載各品種的播種、移栽、始穗、齊穗、成熟的時間[3]，水稻成熟期測定各小區(qū)產(chǎn)量（實產(chǎn)，每個品種成熟時單獨測產(chǎn)），并取各試驗小區(qū)土壤、稻谷樣品（一個小區(qū)隨機取3次，總計1 kg），土壤樣品測定土壤重金屬鎘、砷全量，稻谷樣品測定糙米鎘、砷（無機砷）含量[4]。

1.5 風(fēng)險評估

根據(jù)成熟期水稻糙米鎘、砷含量，與所對應(yīng)的生長土壤中鎘、砷含量，按公式（1）計算稻米對鎘、砷的富集系數(shù)（BCF）[5]。

BCF=Crice/Csoil" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

式中：Crice為糙米鎘或砷含量（mg/kg），Csoil為土壤中全鎘或總砷含量（mg/kg）。

將計算得到的糙米鎘、砷富集系數(shù)分別對應(yīng)風(fēng)險等級評估值，統(tǒng)計各品種的風(fēng)險等級，篩選出鎘、砷積累無風(fēng)險Ⅰ（BCFCd＜0.4，BCFAs＜0.005）、低風(fēng)險Ⅱ（0.4＜BCFCd＜0.8，0.005＜BCFAs＜0.01）[6]的水稻品種，在推廣中采用風(fēng)險低的品種替換風(fēng)險高的水稻品種。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試水稻品種的糙米鎘、砷含量

從圖1可以看出，16個參試水稻品種的糙米鎘含量平均值為0.475 mg/kg，其中晶兩優(yōu)534的糙米鎘含量最高，為0.659 mg/kg，隨后是晶兩優(yōu)華占和悅美占，分別為0.617和0.601 mg/kg；隆兩優(yōu)1212的糙米鎘含量最低，為0.281 mg/kg，隨后是隆兩優(yōu)1308、Y兩優(yōu)9918、和兩優(yōu)1號，分別為0.369、0.389、0.394 mg/kg。不同水稻品種糙米鎘含量相差較大，含量最高品種是含量最低品種的2.35倍，經(jīng)方差分析，16個參試品種對稻谷鎘含量的影響不顯著（P=0.892）。GB2762—2017食品安全國家標準 食品中污染物限量 中規(guī)定鎘的限量值為＜0.2 mg/kg，依據(jù)這個標準16個參試水稻品種的糙米鎘含量全部超標。

從圖1還可以看出，16個參試水稻品種的糙米砷含量平均值為0.175 mg/kg，低于鎘含量；其中，隆兩優(yōu)1308的糙米砷含量最高，為0.226 mg/kg，晶兩優(yōu)534最低，為0.145 mg/kg，含量最高品種是含量最低品種的1.56倍；經(jīng)方差分析，16個參試品種對稻谷砷含量的影響不顯著（P=0.192）。GB2762—2017食品安全國家標準 食品中污染物限量 中規(guī)定砷的限量值為＜0.2 mg/kg，依據(jù)這個標準16個參試水稻品種中只有隆兩優(yōu)1308、和兩優(yōu)1號的糙米砷含量超標，其余品種的糙米砷含量均未超標。

2.2 參試水稻品種種植土壤的鎘、砷含量

由表1可知，不同水稻品種的小區(qū)土壤鎘含量平均值為0.922 7 mg/kg（P=0.613），砷含量平均值為14.235 4 mg/kg（P=0.769）；經(jīng)過方差分析，各小區(qū)的土壤檢測值差異性不顯著（P＞0.05），說明試驗田塊土壤重金屬分布較為均勻，移栽前多次翻耕、犁田等措施效果明顯[7]。

2.3 參試水稻品種的鎘、砷富集系數(shù)

從圖2可以看出，16個參試品種稻米對土壤鎘的富集系數(shù)平均值為0.580 9，其中晶兩優(yōu)534最高，達到0.943，隆兩優(yōu)1212較低，為0.331。16個參試品種稻米對土壤砷的富集系數(shù)（圖2）平均值為0.012 3，其中隆兩優(yōu)1308最高，達到0.016，晶兩優(yōu)534和Y兩優(yōu)2108較低，均為0.010。試驗結(jié)果表明，16個參試品種稻米對土壤鎘與砷的富集系數(shù)差異都十分明顯，最高值與最低值差異較大，說明在同一試驗田塊、同一氣候條件、同一栽培管理方式[8]下不同水稻品種對重金屬鎘與砷的吸收影響很大，品種篩選試驗是能有效防止稻米農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標的手段之一。

2.4 參試水稻品種的鎘、砷風(fēng)險評估

2.4.1 參試水稻品種的鎘超標風(fēng)險評估 根據(jù)各品種的鎘富集系數(shù)，獲得各品種的鎘超標風(fēng)險系數(shù)和等級如表2所示，16個參試水稻品種的鎘超標風(fēng)險系數(shù)由高到低排列依次為晶兩優(yōu)534、晶兩優(yōu)華占（中風(fēng)險Ⅲ），東兩優(yōu)豐占、泓兩優(yōu)503、隆兩優(yōu)華占、冠兩優(yōu)華占、瀘優(yōu)9803、創(chuàng)兩優(yōu)豐占、C兩優(yōu)755、兩優(yōu)336、Y兩優(yōu)9918、悅美占、Y兩優(yōu)2108、和兩優(yōu)1號（低風(fēng)險Ⅱ），隆兩優(yōu)1308、隆兩優(yōu)1212（無風(fēng)險Ⅰ）。方差分析結(jié)果顯示，除晶兩優(yōu)534與隆兩優(yōu)1212的鎘富集系數(shù)差異顯著外，其他各品種間鎘富集系數(shù)差異不顯著（P=0.523）。

2.4.2 參試水稻品種的砷超標風(fēng)險評估 由表2可知，16個參試水稻品種的砷超標風(fēng)險系數(shù)由高到低排列依次為隆兩優(yōu)1308、和兩優(yōu)1號（高風(fēng)險Ⅳ），C兩優(yōu)755、兩優(yōu)336、悅美占、創(chuàng)兩優(yōu)豐占、泓兩優(yōu)503、Y兩優(yōu)9918、瀘優(yōu)9803、東兩優(yōu)豐占、隆兩優(yōu)華占、隆兩優(yōu)1212、冠兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)534、Y兩優(yōu)2108（中風(fēng)險Ⅲ）。對16個品種的砷富集系數(shù)進行方差分析，除隆兩優(yōu)1308與冠兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)534、Y兩優(yōu)2108差異達顯著水平外，其他品種間差異均不顯著（P=0.229）。

2.5 參試水稻品種的產(chǎn)量分析

從表2中還可以看出，16個水稻品種中，實際產(chǎn)量最高的是創(chuàng)兩優(yōu)豐占，達12 003 kg/hm2；實際產(chǎn)量最低的是泓兩優(yōu)503，僅9 391 kg/hm2；平均產(chǎn)量為11 280 kg/hm2。其中，泓兩優(yōu)503、悅美占、C兩優(yōu)755減產(chǎn)顯著，不適合推廣。

3 結(jié) 論

該研究對16個參試水稻品種進行了產(chǎn)量分析、鎘富集系數(shù)分析、砷富集系數(shù)分析，將產(chǎn)量作為第一順位考量因素，品種鎘富集系數(shù)作為第二順位考量因素，品種砷富集系數(shù)作為第三順位考量因素。綜合考量3種因素后，建議在湘西自治州水稻品種布局時將隆兩優(yōu)1212、Y兩優(yōu)2108列入推薦名錄，將創(chuàng)兩優(yōu)豐占、兩優(yōu)336、隆兩優(yōu)華占列入一般名錄，將泓兩優(yōu)503淘汰出目錄，其余品種列入觀察名錄。

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（責(zé)任編輯：張煥裕）