王會(huì)來(lái) ,陳麗芬 ,李賽慧 ,吳東濤 ,褚軍杰 ,馬進(jìn)川 ,鄒平?

(1.麗水市蓮都區(qū)土肥能源發(fā)展中心,浙江 麗水 323000;2.麗水市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,浙江 麗水 323000:3.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院,浙江 杭州 311300:4.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所,浙江 杭州 310021)

稻米中鎘的累積嚴(yán)重危害人們的健康,長(zhǎng)期食用鎘超標(biāo)大米,會(huì)導(dǎo)致人體對(duì)鎘的過(guò)量累積,進(jìn)而引起前列腺癌、肺癌、睪丸癌、腎小管損傷、鼻炎、肺氣腫、骨軟化和骨折等疾病[1-2]。根據(jù)我國(guó)糙米重金屬鎘含量0.2 mg·kg-1的限量標(biāo)準(zhǔn) (GB 2762—2017),我國(guó)稻米重金屬超標(biāo)率超過(guò)10%[3]。水稻是一種具有鎘累積特性的作物,糙米中鎘的累積與土壤鎘污染緊密相關(guān),人類活動(dòng)和地質(zhì)背景是稻田土壤鎘超標(biāo)的主要原因。在我國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū),近1/3 的稻田土壤鎘含量超過(guò)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值 (GB 15618—2018),平均鎘含量達(dá)0.45 mg·kg-1,從2005 年到2016 年土壤鎘含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)[4]。如何限制鎘從土壤進(jìn)入食物鏈,安全利用鎘輕、中度污染稻田,減少對(duì)人類的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)成為當(dāng)代農(nóng)業(yè)科技工作者面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

基因型是影響水稻吸收Cd 的重要因素。已有報(bào)道分析不同水稻品種水稻籽粒對(duì)重金屬鎘的累積特性,結(jié)果表明,鎘在水稻植株中不同部位的累積具有顯著差異,不同水稻品種對(duì)重金屬的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)存在明顯的基因型差異,通過(guò)選育鎘低積累水稻品種,可以實(shí)現(xiàn)鎘輕、中度污染稻田的安全利用[5-9]。水稻對(duì)鎘的累積特性易受到氣候條件、土壤條件、田間水分狀況及管理等農(nóng)事行為的影響,并且我國(guó)中、輕度重金屬鎘污染農(nóng)田面積較大,結(jié)合區(qū)域環(huán)境條件和區(qū)域主推水稻品種,篩選出適宜于不同地區(qū)環(huán)境條件的鎘低積累水稻品種是保障水稻安全生產(chǎn)、受污染耕地安全利用、國(guó)家糧食安全的重要途徑。本文通過(guò)對(duì)麗水市蓮都區(qū)主要市售單季稻品種重金屬鎘的累積特性進(jìn)行研究,篩選出適宜當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥拉h(huán)境的籽粒鎘低積累水稻品種。

1 材料與方法

1.1 土壤背景

試驗(yàn)地位于麗水市蓮都區(qū)山間谷地,由于歷史礦山開(kāi)采等原因?qū)е略搮^(qū)農(nóng)田土壤輕度鎘污染。水稻試驗(yàn)前采用S 形取樣法采集試驗(yàn)小區(qū)土壤,作為基礎(chǔ)混合土壤樣品,測(cè)定土壤基礎(chǔ)理化指標(biāo)。供試農(nóng)田土壤pH 4.65、全氮含量2 g·kg-1、堿解氮含量89.45 mg·kg-1、有效磷含量10.87 mg·kg-1、速效鉀含量82.62 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)含量32.12 g·kg-1、土壤總鎘含量0.37 mg·kg-1、有效態(tài)鎘含量0.14 mg·kg-1。

1.2 供試材料

供試水稻品種為麗水市蓮都區(qū)當(dāng)?shù)刂饕惺鬯酒贩N,品種及種植茬口信息見(jiàn)表1。于2018—2020 年連續(xù)3 a 開(kāi)展鎘低積累水稻品種篩選試驗(yàn)(單季稻),其中種植茬數(shù)為1、2、3 的水稻品種分別代表種植一年、兩年和三年。

表1 供試水稻品種的情況

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 處理設(shè)計(jì)

收集麗水市蓮都區(qū)主要市售水稻品種,于同一田塊連續(xù)開(kāi)展鎘低積累水稻品種篩選試驗(yàn),試驗(yàn)田塊面積約2 000 m2。2018 年供試水稻品種為中浙優(yōu)8 號(hào)、甬優(yōu)15、和兩優(yōu)1 號(hào)、甬優(yōu)538 和甬優(yōu)362,2019 年供試水稻品種為中浙優(yōu)8 號(hào)、甬優(yōu)15、甬優(yōu)538、甬優(yōu)362、甬優(yōu)9 號(hào)、甬優(yōu)1540、深兩優(yōu)332、中浙優(yōu)1 號(hào)、嘉優(yōu)中科13-1、華浙優(yōu)1 號(hào),2020 年供試水稻品種為中浙優(yōu)8 號(hào)、甬優(yōu)538、甬優(yōu)362、甬優(yōu)1540、嘉優(yōu)中科1 號(hào)、深兩優(yōu)322 和中浙優(yōu)1 號(hào)。每個(gè)品種種植面積根據(jù)當(dāng)年參與篩選品種數(shù)設(shè)定,以溝分隔,不設(shè)重復(fù)。田間生產(chǎn)管理同當(dāng)?shù)剞r(nóng)事習(xí)慣保持一致。試驗(yàn)結(jié)束后,將水稻秸稈移除處理。

1.3.2 樣品采集與分析

水稻收獲期采集植物樣品,每個(gè)試驗(yàn)處理采集3 個(gè)植株樣品,每個(gè)樣品取3 穴。依次用自來(lái)水和蒸餾水清洗水稻植株,并將植株分為根、莖、葉和稻谷四部分。將所有植株樣品110 ℃殺青,70 ℃烘干至恒重,粉碎,待測(cè)試。水稻收獲期采集土壤樣品,每個(gè)試驗(yàn)處理取3 份土壤樣品,每個(gè)樣品取3 鉆表層土壤 (0～20 cm) 混合。土壤樣品自然風(fēng)干,去雜質(zhì),粉碎過(guò)100 目篩,待測(cè)。

土壤重金屬有效態(tài)鎘采用二乙胺三酸五乙酸(DTPA) 浸提后,用石墨爐原子吸收光譜儀進(jìn)行分析測(cè)定;土壤重金屬全鎘采用HNO3-H2O2-HF 微波法進(jìn)行樣品消解,用石墨爐原子吸收光譜儀進(jìn)行分析測(cè)定;植株全量鎘采用HNO3-H2O2微波法進(jìn)行樣品消解,石墨爐原子吸收光譜儀進(jìn)行分析測(cè)定。以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GB W07443 (土壤形態(tài)成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))、GB W07452 (土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))、GBW (E) 100358 (大米粉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)) 作為土壤有效態(tài)、全量、植株的內(nèi)標(biāo)控制分析質(zhì)量。土壤pH 值的測(cè)定使用pH 計(jì) (山海英格pHs-25)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

鑒于農(nóng)田土壤有效態(tài)鎘含量的空間變異,為進(jìn)一步明確不同水稻品種對(duì)鎘的累積特性,我們用鎘從土壤到糙米中的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)來(lái)表征不同水稻品種糙米鎘的累積特性。

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=籽粒中鎘含量/土壤中有效態(tài)鎘含量。采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 10.1 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水稻品種糙米中鎘累積特性

供試的12 個(gè)水稻品種糙米鎘含量如圖1 所示。供試水稻品種中除甬優(yōu)9 號(hào)糙米鎘含量0.222 mg·kg-1外,其他水稻品種糙米鎘含量為0.004～0.148 mg·kg-1,均低于 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》 (GB 2762—2017) 規(guī)定的限量值,滿足試驗(yàn)區(qū)輕度污染稻田安全生產(chǎn)需求。2018—2020年連續(xù)種植3 茬,甬優(yōu)538 糙米鎘含量分別為0.015、0.013 和0.016 mg·kg-1,甬優(yōu)362 糙米鎘含量分別為0.008、0.042 和0.011 mg·kg-1,中浙優(yōu)8 號(hào)糙米鎘含量分別為0.026、0.045 和0.008 mg·kg-1,3 個(gè)水稻品種均表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的鎘低累積特性。甬優(yōu)15 在2018 年和2019 年種植試驗(yàn)中糙米鎘含量分別為0.022 和0.110 mg·kg-1;甬優(yōu)1540 在2019 年和2020 年種植試驗(yàn)中糙米鎘含量分別為0.039 和0.011 mg·kg-1,表現(xiàn)出較低的糙米鎘累積特性。

圖1 不同品種水稻的糙米鎘含量

2.2 不同水稻品種的鎘轉(zhuǎn)移情況

鎘從土壤到糙米中的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)可以直觀地反映不同水稻品種對(duì)鎘的累積特性。2018 年供試的5個(gè)水稻品種中,鎘從土壤到糙米的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)依次為中浙優(yōu)8 號(hào)>和兩優(yōu)1 號(hào)>甬優(yōu)15>甬優(yōu)538>甬優(yōu)362 (表2)。2019 年供試的10 個(gè)水稻品種中,鎘從土壤到糙米的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)依次為嘉優(yōu)中科13-1>中浙優(yōu)1 號(hào)>深兩優(yōu)332>甬優(yōu)15>甬優(yōu)9 號(hào)>華浙優(yōu)1號(hào)>中浙優(yōu)8 號(hào)>甬優(yōu)362>甬優(yōu)1540>甬優(yōu)538。2020 年供試的7 個(gè)水稻品種中,鎘從土壤到糙米的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)依次為中浙優(yōu)1 號(hào)>甬優(yōu)362>深兩優(yōu)322>中浙優(yōu)8 號(hào)>甬優(yōu)538>甬優(yōu)1540>嘉優(yōu)中科1 號(hào)。

表2 不同水稻品種鎘從土壤到糙米的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

2.3 同一水稻品種糙米鎘累積的年際差異

由表3 可知,同一水稻品種不同年份的糙米中鎘含量存在明顯差異。同一水稻品種在3 a 的種植中,糙米鎘累積量總體表現(xiàn)為2018 年>2020 年>2019 年。鎘從土壤到糙米的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)結(jié)果表明,不同年份同一水稻品種鎘從土壤到糙米中的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)表現(xiàn)為2018 年>2020 年>2019 年,與糙米中鎘含量的趨勢(shì)保持一致。由于本研究連續(xù)3 a 在同一田塊中進(jìn)行,每年的農(nóng)事操作均保持一致,因此,同一水稻品種糙米中鎘累積的年際差異可能是由于氣候等環(huán)境因子差異所引起。

表3 糙米鎘含量及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

3 小結(jié)與討論

我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬鎘污染問(wèn)題尤為突出,實(shí)現(xiàn)鎘輕中度污染稻田安全生產(chǎn)在產(chǎn)量和品質(zhì)上保障我國(guó)糧食安全具有重要意義。鎘低積累水稻品種篩選是實(shí)現(xiàn)鎘輕中度污染稻田安全利用的主要措施之一。因此,篩選出適用于麗水市蓮都區(qū)的鎘低積累水稻品種,對(duì)推動(dòng)該區(qū)鎘污染稻田的安全利用具有重要意義。本研究結(jié)果表明,供試的13 個(gè)水稻品種中,糙米鎘累積狀況具有明顯的差異,其中甬優(yōu)9 號(hào)具有較高的鎘累積特性,而水稻品種甬優(yōu)362、甬優(yōu)1540、甬優(yōu)538 等具有較低的鎘累積特性,表明通過(guò)鎘低積累水稻品種篩選具有實(shí)現(xiàn)鎘輕中度污染稻田安全生產(chǎn)的潛力,該結(jié)果與已有研究結(jié)果一致[5]。

本文結(jié)果表明,同一田塊、同一水稻品種的鎘累積特性存在明顯的年際差異。水稻籽粒中鎘的累積不僅受水稻基因型、土壤類型及鎘污染程度的影響,還受到諸多外部因素的影響,如氣候條件、田間水分狀況、管理模式等[10-11]。黃奇等[12]研究表明,同一田塊中早稻糙米鎘累積量顯著低于晚稻,關(guān)鍵期蒸騰強(qiáng)度的差異可能是導(dǎo)致早稻和晚稻糙米鎘含量差異的關(guān)鍵因素。水分管理是水稻生產(chǎn)中最重要的農(nóng)藝措施之一。大量研究表明,不同水分管理模式對(duì)水稻籽粒鎘含量具有顯著影響。李鵬等[13]研究表明,不同水分處理下糙米中鎘含量順序依次為不灌溉旱作>間歇性灌溉>全生育期淹水灌溉。葛穎等[14]研究表明,不同水分管理模式下糙米鎘含量從高到低依次為濕潤(rùn)灌溉>灌漿期淹水>長(zhǎng)期淹水?？梢?jiàn)淹水灌溉是降低糙米鎘累積的有效措施。淹水條件下,稻田土壤性質(zhì)發(fā)生變化,水稻根際分泌物、微生物等交叉影響土壤鎘的形態(tài),進(jìn)而影響水稻對(duì)鎘的吸收[15]。由于本研究中均在同一田塊開(kāi)展鎘低積累水稻品種篩選,土壤基本理化性質(zhì)、鎘含量及農(nóng)藝措施等差異不大,因此,氣候和田間水分狀況可能是導(dǎo)致同一水稻品種鎘累積特性年際間差異的主要因素。綜合考慮糙米鎘含量及鎘從土壤到籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的年際差異,水稻品種甬優(yōu)362、甬優(yōu)1540、甬優(yōu)538 等具有相對(duì)較低和穩(wěn)定的鎘累積特性,具有在麗水蓮都區(qū)鎘中輕度污染稻田推廣應(yīng)用的價(jià)值。