張新柱，劉匯川，胡維軍，谷有君，周珍華，龍衡天，劉昭兵，謝運河

（1. 張家界市永定區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 張家界 427000；2. 湖南省農(nóng)業(yè)對外經(jīng)濟合作中心， 湖南 長沙 410005；3. 湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所，農(nóng)業(yè)部長江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點 實驗室，農(nóng)田土壤重金屬污染防控與修復(fù)湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410125）

鎘（Cd）是一種生物毒性極強的環(huán)境污染元素[1-2]， 砷（As）也是一種可致癌的有毒化學(xué)元素[3]。2014 年環(huán)保部和國土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，我國土壤中As 的超標率為2.7%，Cd 的超標率為7.0%，Cd、As 污染形勢嚴峻[4]。我國是世界水稻生產(chǎn)大國，約有三分之二的人口以稻米為主食[5]。而水稻已被證實是吸Cd 能力很強的大宗谷類作物[6]，由于其特殊的淹水生長環(huán)境，水稻對As 元素的富集也明顯高于其他糧食作物[7-8]。統(tǒng)計資料顯示，我國每年因重金屬污染導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)超過1×107t，被重金屬污染的糧食多達1.2×107t，合計經(jīng)濟損失超過200 億元[9]。因此，解決土壤Cd、As污染問題，保障糧食品質(zhì)安全，迫在眉睫。

不同水稻品種對Cd、As 的吸收和累積能力存在明顯差異[10-12]。Hossain 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，As 污染農(nóng)田生產(chǎn)的大米As 含量（＞0.7 mg/kg）普遍較高。Liao 等[14]研究表明，特優(yōu)524 品種籽粒Cd 含量最低，但As 含量卻顯著高于其余品種?？梢姡煌酒贩N對Cd、As 的吸收累積能力間存在明顯的基因型差異。因此，篩選Cd、As 同步低吸收品種，揭示水稻對Cd、As的吸收累積機制，對于探索Cd、As 復(fù)合污染稻田稻米安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。筆者在大田試驗條件下觀測分析了隆兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)1212、深兩優(yōu)5814 等15 個水稻品種對Cd、As 的吸收累積特征，以期為Cd、As 復(fù)合污染稻田稻米安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗地點位于張家界市永定區(qū)后坪街道辦事處大庸所村，供試土壤pH 值為7.30、全Cd 含量為0.95 mg/kg、全As 含量為18.57 mg/kg。

1.2 供試水稻

15 個水稻品種分別為隆兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)1212、深兩優(yōu)5814、隆兩優(yōu)1988、和兩優(yōu)1 號、C 兩優(yōu)386、C 兩優(yōu)87、深優(yōu)9595、Y 兩優(yōu)9918、深兩優(yōu)475、鵬優(yōu)6377、隆兩優(yōu)黃莉占、泰優(yōu)390、恒優(yōu)758、五優(yōu)308，依次編號1～15。

1.3 研究方法

1.3.1 試驗設(shè)計 采用田間小區(qū)試驗，每個品種即1個處理，每個處理3 次重復(fù)，共計45 個小區(qū)，小區(qū)面積4 m×4 m=16 m2，隨機區(qū)組排列，小區(qū)間以空行（0.8 m）隔開。試驗前先勻田，確保試驗田塊土壤污染程度相對均勻，田塊平整，避免水分管理等農(nóng)藝措施引發(fā)的試驗誤差。秧苗密度為234 株/小區(qū)?；适?fù)合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）750 kg/hm2，插秧10 d 后追施尿素150 kg/hm2。水分管理：前期淹水，分蘗盛期曬田5 d 左右，后期采用干濕交替。病蟲害及其他措施參照當?shù)亓?xí)慣。

1.3.2 取樣及樣品分析 試驗前采集基礎(chǔ)土樣，用于土壤基本理化性質(zhì)分析。水稻成熟后測定各小區(qū)實際產(chǎn)量。水稻成熟后采集水稻植株和稻谷作樣品，植株樣品經(jīng)烘干后粉碎，稻谷曬干后去糙粉碎。分析所用試劑均為優(yōu)級純，分析器皿均以10%硝酸溶液浸泡過夜，以去離子水洗凈。土壤全Cd 采用HNO3-HClO4-HF（5 ∶1 ∶2，V/V）消煮，樣品消煮完全后趕酸至近干，加少量稀硝酸溶液溶解后轉(zhuǎn)移定容，水稻糙米Cd 以及植株Cd、As 采用HNO3-H2O2（5 ∶2，V/V）微波消煮，糙米無機As 含量采用6 mol/L HCl 浸提法[15]，并以標準物質(zhì)進行質(zhì)量控制。所有樣品Cd、As 含量均采用ICP-MS 法進行測定（iCap-Q，美國Thermo 公司），其他指標采用常規(guī)方法測定[16]。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計 試驗數(shù)據(jù)均取3 次重復(fù)的平均值，運用WPS 和SPSS 13.0 進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水稻品種株高、有效穗數(shù)及產(chǎn)量的差異

2.1.1 株 高 不同水稻品種株高差異明顯（圖1），最高的為恒優(yōu)758，株高為116.33 cm，其次為Y 兩優(yōu)9918、深兩優(yōu)475、泰優(yōu)390、晶兩優(yōu)1212 和隆兩優(yōu)黃莉占，其株高均高于平均值（103.69 cm），其余9 個品種株高在平均值以下，鵬優(yōu)6377 株高最矮，為95.67 cm。恒優(yōu)758 和Y 兩優(yōu)9918 因株高較高，可能存在倒伏風(fēng)險，而株高較低的鵬優(yōu)6377 則可能因生物量不足而影響產(chǎn)量。

圖1 不同水稻品種株高

2.1.2 有效穗數(shù) 有效穗數(shù)是影響水稻產(chǎn)量的重要因子，測定成熟期各品種單穴有效穗數(shù)可知（圖2），品種間單穴有效穗數(shù)也存在較大差異，最高的為泰優(yōu)390，其有效穗數(shù)21.2 個，最低的是恒優(yōu)758，僅13.1 個，15 個品種平均有效穗數(shù)為18.0 個，其中C 兩優(yōu)87、五優(yōu)308、隆兩優(yōu)華占、隆兩優(yōu)1988、鵬優(yōu)6377、深兩優(yōu)5814、晶兩優(yōu)1212、C 兩優(yōu)386 和泰優(yōu)390 均高于平均值。

圖2 不同水稻品種有效穗數(shù)

2.1.3 產(chǎn) 量 實產(chǎn)測定結(jié)果（圖3）表明，15 個品種產(chǎn)量差異明顯，平均產(chǎn)量為9 851.6 kg/hm2，其中，C 兩優(yōu)87 產(chǎn)量最高，達10 792.2 kg/hm2，深優(yōu)9595產(chǎn)量最低，為8 333.8 kg/hm2；以平均值95%的產(chǎn)量為置信區(qū)間，產(chǎn)量顯著增加的有泰優(yōu)390、隆兩優(yōu)華占、恒優(yōu)758、五優(yōu)308 和C 兩優(yōu)87，而產(chǎn)量顯著降低的有深優(yōu)9595、和兩優(yōu)1 號及深兩優(yōu)5814。

2.2 不同水稻品種稻米和植株的Cd、As 含量

2.2.1 稻米Cd、As 含量差異 從圖4 可以看出，稻米Cd 含量平均值為0.06 mg/kg，其中和兩優(yōu)1 號最高，為0.08 mg/kg，泰優(yōu)390 最低，為0.04 mg/kg。根據(jù)

圖3 不同水稻品種產(chǎn)量

食品安全國家標準（GB2762—2017）中Cd 的限值（0.2 mg/kg），15 個供試水稻品種的稻米Cd 含量均未超標；稻米As 含量平均為0.19 mg/kg，其中深兩優(yōu)475 最高，為0.28 mg/kg，五優(yōu)308 最低，為0.15 mg/kg，根據(jù)食品安全國家標準（GB2762—2017）中As 的限值（0.2 mg/kg），15 個品種中，C 兩優(yōu)386、晶兩優(yōu)1212、泰優(yōu)390、深兩優(yōu)475 的稻米As 含量超標。

圖4 不同水稻品種稻米Cd、As 含量

2.2.2 不同水稻品種莖葉Cd、As 含量差異 圖5 為不同水稻品種的莖葉Cd、As 含量，從Cd 含量來看，莖葉Cd 含量平均值為0.15 mg/kg，其中隆兩優(yōu)華占植株的Cd 含量最高，為0.22 mg/kg，是深優(yōu)9595（含量最低）植株Cd 含量的2 倍。莖葉As 含量平均值為6.01 mg/kg，其中泰優(yōu)390 最高，達到8.17 mg/kg，為C 兩優(yōu)386（含量最低）植株As 含量的1.9 倍。

圖5 不同水稻品種莖葉Cd、As 含量

2.3 各水稻品種Cd、As 的轉(zhuǎn)運及富集系數(shù)

2.3.1 不同水稻品種的Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù) 某元素的轉(zhuǎn)運系數(shù)大小表明其由莖葉轉(zhuǎn)運至稻米的難易程度。由圖6 可知，各水稻品種的稻米Cd/莖葉Cd 的Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù)差異明顯，15 個水稻品種Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù)的平均值為0.40，其中以深兩優(yōu)475 的最高，為0.60，五優(yōu)308的最低，為0.25。這說明深兩優(yōu)475 對Cd 的轉(zhuǎn)運效率最高，而五優(yōu)308 最低。

圖6 不同水稻品種Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù)

2.3.2 不同水稻品種的As 轉(zhuǎn)運系數(shù) 由圖7 可知，各 水稻品種的稻米As/莖葉As 的As 轉(zhuǎn)運系數(shù)也存在差異，15 個水稻品種As 轉(zhuǎn)運系數(shù)的平均值為0.03，其中以深優(yōu)9595 的最高，Y 兩優(yōu)9918 的最低。這說明深優(yōu)9595 對As 的轉(zhuǎn)運效率最高，而Y 兩優(yōu)9918 最低。

圖7 不同水稻品種As 轉(zhuǎn)運系數(shù)

2.3.3 不同水稻品種的Cd 富集系數(shù) 從圖8 可以看出，各品種稻米對土壤Cd 的富集系數(shù)差異明顯，15個品種稻米Cd 富集系數(shù)的平均值為0.06，其中以深兩優(yōu)5814 的最高，達到0.08，五優(yōu)308 的最低，為0.04。15 個品種的稻米Cd 富集系數(shù)均小于1.0。根據(jù)富集系數(shù)評判標準，高于1.0 時表明富集作用明顯。因此，15 個水稻品種稻米對土壤Cd 的富集能力均較弱。

圖9 為15 個水稻品種的莖葉Cd 富集系數(shù)，其平均值為0.16，其中以C 兩優(yōu)386 的最高，為0.23，Y 兩優(yōu)9918 的最低，為0.12。15 個水稻品種莖葉Cd的富集系數(shù)均低于1.0，表明其莖葉對土壤Cd 的富集作用也較弱。

圖8 不同水稻品種稻米Cd 富集系數(shù)

圖9 不同水稻品種莖葉Cd 富集系數(shù)

2.3.4 不同水稻品種的As 富集系數(shù) 從圖10 可知，15 個品種稻米As 富集系數(shù)平均值為0.010，其中深優(yōu)9595 最高，為0.015，隆兩優(yōu)1988 最低，為0.008，稻米對土壤As 的富集系數(shù)遠小于1.0，說明在該土壤上稻米對As 的富集作用較弱，這可能與土壤中As 的含量及活性密切關(guān)。

圖10 不同水稻品種稻米As 富集系數(shù)

15 個供試品種莖葉對土壤As 的富集系數(shù)存在較大差異（圖11），莖葉As 富集系數(shù)平均值為0.32，其中五優(yōu)308 最高，為0.44，隆兩優(yōu)黃莉占最低，為0.23。15 個水稻品種莖葉對土壤As 的富集系數(shù)均小于1.0，說明莖葉對土壤As 的富集作用也較弱。

圖11 不同水稻品種莖葉As 富集系數(shù)

3 結(jié) 論

（1）15 個水稻品種平均產(chǎn)量為9 851.6 kg/hm2，其中C 兩優(yōu)87 產(chǎn)量最高，達10 792.2 kg/hm2，深優(yōu)9595 產(chǎn)量最低，為8 333.8 kg/hm2。15 個品種中，泰優(yōu)390、隆兩優(yōu)華占、恒優(yōu)758、五優(yōu)308 和C 兩優(yōu)87 產(chǎn)量顯著增加。

（2）15 個供試品種中，和兩優(yōu)1 號的稻米Cd 含量最高，為0.08 mg/kg，泰優(yōu)390 的最低，為0.04 mg/kg，所有品種稻米Cd 含量均未超標。稻米As 含量以深兩優(yōu)475 最高，為0.28 mg/kg，五優(yōu)308 最低，為0.15 mg/kg，所有品種中，C 兩優(yōu)386、晶兩優(yōu)1212、泰優(yōu)390、深兩優(yōu)475 的稻米As 含量超過標準。

（3）Cd 轉(zhuǎn)運效率以深兩優(yōu)475 最高，而五優(yōu)308最低，As 轉(zhuǎn)運效率以深優(yōu)9595 最高，而Y 兩優(yōu)9918最低。15 個品種稻米Cd、As 富集系數(shù)均低于1.0，說明稻米對土壤Cd、As 的富集作用都較弱。