Cd污染中低風險農(nóng)田水稻Cd含量控制方法分析

鮑茂林 丁家鑫 朱旭娟 何國發(fā) 王立軍

摘要 為了探究土壤Cd輕度污染稻田Cd含量的降低方法，進一步保障水稻質(zhì)量，本試驗在土壤Cd污染中低風險地塊種植不同水稻品種，分別采用施石灰、硅肥和硒肥等不同處理方式，探究不同品種水稻重金屬Cd積累的影響因素，為土壤Cd污染中低風險地塊水稻Cd達標提供參考。結(jié)果表明，不同品種水稻Cd含量的積累差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.000 401），通過選擇適宜品種來保障水稻中Cd含量不超標是可行的，且選擇適宜品種的效果優(yōu)先于通過土壤改良和增施其他營養(yǎng)元素的方式，以降低水稻中Cd含量；在偏酸性土壤中施用石灰可能通過鈍化土壤中的Cd從而降低水稻Cd含量；可通過控制淹水程度影響水稻Cd含量。

關(guān)鍵詞 Cd；水稻；施肥；中低風險農(nóng)田；控制方法

中圖分類號 X53；S511? ?文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）10-0059-04

Analysis of control methods for Cd content in rice in low risk farmland with Cd pollution

BAO Maolin? ? DING Jiaxin? ? ZHU Xujuan? ? HE Guofa? ? WANG Lijun

（Agriculture and Rural Water Resources Bureau of Jingde County， Xuancheng 242600， China）

Abstract In order to explore the methods for reducing the Cd content in rice fields with mild soil Cd pollution and further ensure the quality of rice， this experiment planted different rice varieties in low-risk areas with soil Cd pollution. Different treatment methods such as lime， silicon fertilizer， and selenium fertilizer were used to explore the influencing factors of heavy metal Cd accumulation in different rice varieties， providing reference for achieving Cd standards in rice fields with medium to low risk of soil Cd pollution.The results showed that there was a statistically significant difference in the accumulation of Cd content among different rice varieties （P=0.000 401）. It is feasible to ensure that the Cd content of rice does not exceed the standard by selecting suitable varieties， and the selection of suitable varieties should be prioritized over reducing the Cd content in rice through soil improvement and adding other nutrients; Applying lime in slightly acidic soil may reduce the Cd content in rice by passivating Cd in the soil; The Cd content in rice can be affected by controlling the degree of flooding.

Keywords Cd; rice; fertilization; low to medium risk farmland; control methods

鎘（Cd）累積在部分作物種植中較常見，以降低Cd含量為目的開展的田間試驗大多在土壤Cd含量相對較高的田塊上進行[1-3]。部分農(nóng)田Cd含量相對較低，產(chǎn)出稻米Cd含量接近限制標準，成為Cd中低風險田塊。為最大限度降低水稻Cd污染風險，保障食品安全和稻農(nóng)利益，應(yīng)積極加強源頭治理，在Cd污染中低風險區(qū)域探索合適的農(nóng)藝方法，保障水稻Cd含量不超標。稻田重金屬污染治理可以采用物理、化學(xué)和生物的方法[4]。其中，物理和化學(xué)方法的治理難度大、治理成本高，可能會進一步破壞土壤環(huán)境，一般較少應(yīng)用于農(nóng)田[5]。因此，對農(nóng)田重金屬污染治理主要以其重金屬含量高低以及產(chǎn)出農(nóng)產(chǎn)品重金屬是否超標為參考，采用農(nóng)藝調(diào)節(jié)、替代種植或者退耕還林、還草等方式。其中，農(nóng)藝調(diào)節(jié)包括品種選擇、土壤理化性質(zhì)調(diào)節(jié)、土壤有機質(zhì)含量增加、其他微量元素合理施用和水分管理等方式。不同栽培管理方式可調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)，提升有機質(zhì)含量，并降低作物對重金屬的吸收[6-7]。部分特定微量元素，如硅和硒等元素的施用可阻礙水稻對Cd吸收[8]。還可以通過替代種植，將原先種植的易吸收重金屬農(nóng)作物改為不易吸收作物。

不同品種水稻對Cd吸收程度不同，部分學(xué)者在土壤Cd污染風險較高田塊進行了相關(guān)試驗[9]。其中，周歆等[10]在Cd污染高風險試驗田上（土壤Cd含量為4.6 mg/kg，pH值為5.38）種植了30個品種的水稻，發(fā)現(xiàn)不同水稻品種對Cd吸收存在差異，Cd含量最低品種為糙米，對應(yīng)數(shù)值為0.28 mg/kg，含量最高的品種對應(yīng)數(shù)值為0.83 mg/kg。林小兵等[11]某Cd污染中風險試驗田上（土壤Cd含量為0.86 mg/kg，pH值為4.27）種植了129個品種的水稻，發(fā)現(xiàn)不同水稻品種Cd含量差異大，Cd含量最低品種為糙米，對應(yīng)數(shù)值為0.03 mg/kg，含量最高的品種對應(yīng)數(shù)值為0.60 mg/kg，含量相差近20倍。文典等[12]在Cd污染高風險試驗田上（土壤Cd含量為1.22 mg/kg，pH值為4.27）種植了23個品種的水稻，Cd含量最低品種對應(yīng)數(shù)值為0.26 mg/kg，含量最高的品種對應(yīng)數(shù)值為1.21 mg/kg。在Cd污染中低風險農(nóng)田是否能得到與現(xiàn)有研究相似的結(jié)論仍待進一步探究。

為了探究Cd污染中低風險田塊水稻Cd含量降低的方法，進一步保障水稻質(zhì)量，本試驗在土壤Cd污染的中低風險地塊種植不同水稻品種，采用施石灰、硅肥和硒肥等不同處理方式，探究不同品種水稻重金屬Cd積累的影響因素，為土壤Cd污染中低風險地塊水稻Cd達標提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，年平均氣溫15.5 ℃，年平均日照時數(shù)1 719.5 h。對試驗田土壤進行梅花型五點混合取樣分析，土壤Cd含量為0.35 mg/kg，接近農(nóng)用地土壤污染風險篩選值0.40 mg/kg，pH值為5.63。試驗地農(nóng)田灌溉水未檢測出重金屬Cd。

1.2 試驗材料

水稻品種為研究區(qū)域主推品種，包括嘉禾優(yōu)7245、嘉豐優(yōu)2號、晶兩優(yōu)534和荃優(yōu)華占。處理施用材料為商品水溶性硅肥（SiO2>29%）、商品液面硒肥和石灰（CaO）。

1.3 試驗方法

試驗對4個水稻品種進行4種不同處理，分別為無處理（對照）、施硒肥、施硅肥、施石灰，每種處理下分為3個重復(fù)小組，每個小組內(nèi)4個品種采用隨機區(qū)組排列，排除田塊差異對水稻品種的影響，每品種設(shè)置一個小區(qū)，每小區(qū)面積2.4 m2（1.2 m×2.0 m），種植50穴，共分為48個小區(qū)進行試驗。圖1的田間試驗設(shè)計分布中，第1列無處理，第2列施硒肥，第3列施硅肥，第4列施石灰。不同處理間起壟并用薄膜覆蓋阻斷竄肥。試驗田四周設(shè)保護行，保護行不少于5行。供試品種采用濕潤水育秧，用農(nóng)膜保溫。移栽前試驗田統(tǒng)一施水稻緩釋肥600 kg/hm2，石灰處理小區(qū)施450 kg/hm2生石灰，硅處理小區(qū)苗期施用硅肥15 kg/hm2，硒處理小區(qū)孕穗灌漿期施用液面硒肥300 mL/hm2，稀釋1 000倍噴施。其他病蟲草害防治方法與試驗區(qū)域一般防治方法相同。

1.4 測定項目及分析方法

水稻成熟后每小區(qū)單獨收割、脫粒，單位小區(qū)取樣品750 g，進行Cd含量測定。同時，通過方差分析表征不同品種水稻Cd含量的差異，分析不同處理和田塊高低差異對水稻Cd含量的影響。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2017、SPSS 22.0軟件進行整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種水稻Cd含量差異

由表1可知，不同品種水稻的Cd含量大致在0.10～0.15 mg/kg。其中荃優(yōu)華占Cd含量最低，12個樣本Cd含量的平均值為0.10 mg/kg，而嘉豐優(yōu)2號Cd含量相對較高，12個樣本Cd含量的平均值為0.15 mg/kg，嘉豐優(yōu)2號的平均Cd含量為荃優(yōu)華占的1.5倍。晶兩優(yōu)534和嘉禾優(yōu)7245的平均Cd含量分別為0.11和0.13 mg/kg，均低于國家標準（0.20 mg/kg）。表1 不同品種水稻Cd含量

方差分析結(jié)果可以表征不同品種水稻Cd含量的積累差異。由表2可知，不同品種水稻Cd含量的積累差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.000 401），該結(jié)果說明不同品種Cd含量差異較大，通過選擇合適品種來保障水稻Cd含量不超標是可行的。本試驗中，品種不同造成的差異大于處理和位置效應(yīng)造成的差異并具有統(tǒng)計學(xué)意義，說明通過選擇合適品種優(yōu)先于通過改良土壤或增施其他營養(yǎng)元素降低水稻Cd含量的效果。

2.2 不同處理對不同品種水稻Cd含量的影響

由表2可知，不同處理下不同品種水稻Cd含量差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.000 401）。分析不同處理對水稻Cd含量的影響可知（圖2），石灰處理降低了水稻Cd含量，噴施硒肥和硅肥處理水稻Cd含量反而提高。與對照組相比，施用石灰和硒肥處理下水稻Cd含量差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），施用硅肥處理下水稻Cd含量差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。本試驗田塊土壤pH值5.63，說明在偏酸性土壤中施用石灰可能通過鈍化土壤中的Cd從而降低水稻Cd含量。施用硅肥及硒肥的區(qū)域Cd含量高于對照組，可能是由于在重金屬污染程度較低的田塊中施用硒肥、硅肥的作用較輕微，還受地塊差異等其他因素影響。

2.3 田塊高低差異對水稻Cd含量的影響

由圖3可知，水稻Cd含量較高區(qū)域集中于噴施硅肥的第三列，且由上到中部整體呈逐漸遞減趨勢。同時不同小區(qū)中，水稻Cd含量較高區(qū)域較為集中，多集中在上部田塊。因此，田塊位置因素可能造成水稻Cd含量差異。對試驗田塊進行水淹程度分析可知，噴施硅肥的上部田塊由于地勢較高水淹程度最淺，施用石灰的下部和最下一行田塊地勢較低，水淹程度最大。試驗田塊水流方向分析也支持以上結(jié)論。試驗實施當年孕穗灌漿期干旱，整個試驗田灌溉水不足，造成施硅肥的中上部區(qū)域淹水程度更加低于其他田塊。因此，田塊高低差異使得淹水程度不同，造成施硅肥區(qū)域的水稻Cd含量高于其他區(qū)域。

3 結(jié)論與討論

為了探究土壤Cd輕度污染田塊水稻Cd含量降低的方法，進一步保障水稻質(zhì)量，本試驗在土壤Cd污染中低風險地塊種植不同水稻品種，采用施石灰、硅肥和硒肥等不同處理方式，探究不同品種水稻重金屬Cd積累的影響因素，為土壤Cd污染中低風險地塊水稻Cd達標提供參考。研究發(fā)現(xiàn)，不同品種水稻Cd含量的積累差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.000 401），通過選擇合適品種來保障水稻中Cd含量不超標是可行的，且適宜品種的選擇優(yōu)先于通過土壤改良和增施其他營養(yǎng)元素的方式，從而降低水稻中Cd含量；在偏酸性土壤中施用石灰可能通過鈍化土壤中的Cd從而降低水稻Cd含量；可通過控制淹水程度影響水稻Cd含量。

參考文獻

[1] ZOU M M，ZHOU S L，ZHOU Y J，et al. Cadmium pollution of soil-rice ecosystems in rice cultivation dominated regions in China：a review[J]. Environmental pollution，2021，280：116965.

[2] SEBASTIAN A，PRASAD M N V. Cadmium minimization in rice：a review[J]. Agronomy for sustainable development，2014，34（1）：155-173.

[3] GENCHI G，SINICROPI M S，LAURIA G，et al. The effects of cadmium toxicity[J]. International journal of environmental research and public health，2020，17（11）：3782.

[4] ROYCHOWDHURY A，DATTA R，SARKAR D. Heavy metal pollution and remediation[M]. Green Chemistry. Amsterdam：Elsevier，2018：359-373.

[5] 易澤夫，余杏，吳景. Cd污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進展[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014（9）：251-253.

[6] 褚傲南，楊義，張全保，等. 鈍化與淹水措施對水稻Cd吸收積累的影響研究[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報，2023，29（16）：96-101.

[7] 楊定清，雷紹榮，李霞，等. 大田水分管理對控制稻米Cd含量的技術(shù)研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2016，32（18）：11-16.

[8] 陶啟威，盛金元，席慶，等. 不同鈍化措施對水稻土壤及糙米重金屬含量的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2023，51（13）：75-80，88.

[9] 李波，杜瑞英，文典，等. 廣東省主栽水稻品種稻米重金屬含量差異研究[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，34（5）：5-10.

[10] 周歆，周航，胡淼，等. 不同雜交水稻品種糙米中重金屬Cd、Zn、As含量的差異研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2013，29（11）：145-150.

[11] 林小兵，周利軍，王惠明，等. 不同水稻品種對重金屬的積累特性[J]. 環(huán)境科學(xué)，2018，39（11）：5198-5206.

[12] 文典，江棋，李蕾，等. 重金屬污染高風險農(nóng)用地水稻安全種植技術(shù)研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2020，29（3）：624-628.

（責編：張 蓓）