林薌華

（漳州市農(nóng)業(yè)檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)中心，福建 漳州 363000；作者：linxh135@126.com）

土壤環(huán)境中重金屬累積會(huì)引起復(fù)雜生物效應(yīng)，一方面制約作物生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致早衰，降低產(chǎn)量，并拮抗對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，從而降低農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)；另一方面，土壤中的重金屬可以通過(guò)根系進(jìn)入植物體，再通過(guò)食物鏈的傳遞和富集，最終危害人體健康[1-2]；2015 年我國(guó)自然資源部發(fā)布的《中國(guó)耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告》顯示，我國(guó)耕地重金屬鉛、鎘、鉻、砷、汞等污染比例為8.2%，污染面積達(dá)759 萬(wàn)hm2[3]。鉛是一種廣泛存在于生活環(huán)境中的重金屬，為農(nóng)田主要污染物之一[4]。土壤中的鉛被水稻根系吸收后積累于籽粒中，嚴(yán)重影響稻谷品質(zhì)和食用安全。鉛會(huì)導(dǎo)致人體生殖功能下降和機(jī)體免疫力降低，毒害人體中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)及骨骼系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)，引起頭暈、頭疼、記憶力減退和腹疼等一系列癥狀[5-6]。因此，研究水稻對(duì)土壤中鉛元素的吸收與積累規(guī)律，對(duì)人類(lèi)的食品安全和自身健康有著重要意義。

已有研究表明，水稻籽粒重金屬積累量存在顯著的基因型差異[4,7]；可以通過(guò)篩選和培育低重金屬積累品種達(dá)到生產(chǎn)安全稻谷的目的，從而為輕、中度重金屬污染土壤上持續(xù)生產(chǎn)安全稻谷提供一條經(jīng)濟(jì)、有效的途徑[8-10]，而推廣鉛低積累水稻品種也是當(dāng)前解決鉛污染農(nóng)田安全利用問(wèn)題的有效措施之一[11]。雖然水稻品種對(duì)鉛脅迫的響應(yīng)特性已有較多的文獻(xiàn)報(bào)道，但多側(cè)重于脅迫條件下植株不同器官對(duì)鉛積累特性的研究，缺乏與對(duì)照條件下積累特性的比較[8]。漳州市是福建主要的水稻產(chǎn)區(qū)，水田土壤普遍受到不同程度的鉛污染，所生產(chǎn)的稻谷也發(fā)現(xiàn)過(guò)鉛含量高的現(xiàn)象[12]。本試驗(yàn)以漳州市15 個(gè)水稻主栽品種為材料，通過(guò)添加鉛污染源的盆栽試驗(yàn)結(jié)合大田試驗(yàn)，研究在不同鉛濃度脅迫下早季水稻對(duì)鉛的富集特性，剖析其質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)，旨在為受到鉛污染水田落實(shí)安全利用的品種調(diào)整措施提供技術(shù)參考和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以漳州市15 個(gè)水稻主栽品種為試驗(yàn)材料，分別是畾優(yōu)1068、泰優(yōu)871、昌兩優(yōu)絲苗、Y 兩優(yōu)302、豐兩優(yōu)1 號(hào)、豐兩優(yōu)3305、恒豐優(yōu)華占、徽兩優(yōu)898、泰兩優(yōu)1332、晶兩優(yōu)黃莉占、深兩優(yōu)828、Y 兩優(yōu)689、深兩優(yōu)5814、昌兩優(yōu)8 號(hào)和隆兩優(yōu)黃莉占，種子均由漳州市長(zhǎng)泰區(qū)益民種子經(jīng)營(yíng)部提供。

1.2 試驗(yàn)方法

2021 年3—8 月于福建省漳州市長(zhǎng)泰區(qū)陳巷鎮(zhèn)閩圓家庭農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，其中盆栽試驗(yàn)置于該農(nóng)場(chǎng)塑料大棚內(nèi)。供試土壤的肥力狀況以及土壤的重金屬背景值為：pH 5.94，有機(jī)質(zhì)19.30 g/kg，全氮1.03 g/kg，有效磷143.70 mg/kg，速效鉀300.00 mg/kg，鉛、鎘、鉻、砷和汞含量分別為22.40、0.057、3.22、2.47 和0.32 mg/kg。

1.2.1 盆栽試驗(yàn)

試驗(yàn)采用54 cm（長(zhǎng)）×40 cm（寬）×25 cm（高）的泡沫箱，土壤取自漳州市陳巷鎮(zhèn)閩圓家庭農(nóng)場(chǎng)水田；每個(gè)泡沫箱裝土厚度為15 cm、種植3 叢（2 株/叢）。試驗(yàn)設(shè)盆缽Ⅰ、盆缽Ⅱ、盆缽Ⅲ共3 個(gè)處理，各取土壤0.56 m3進(jìn)行自然曬干后充分打碎、攪拌混合均勻，其中盆缽Ⅱ、盆缽Ⅲ攪拌混合均勻后撒成約8 cm 厚土層，分別添加鉛鹽100 mg/kg 和200 mg/kg。每個(gè)處理分別采用梅花點(diǎn)法均勻采集土樣約1.0 kg，按NY/T 1121.2—2006《土壤檢測(cè)第2 部分：土壤pH 的測(cè)定》[13]測(cè)定土壤pH，按GB/T 17141—1997《土壤質(zhì)量鉛、鎘的測(cè)定石墨爐原子吸收分光光度法》[14]分別測(cè)定土壤中鉛全量（結(jié)果見(jiàn)表1）。水肥管理及病蟲(chóng)防治等按當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)栽培技術(shù)。

表1 試驗(yàn)稻田土壤pH 和鉛總量

1.2.2 大田試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)3 丘水田，總面積約1 500 m2（每丘水田面積450 ～550 m2）。每丘水田為1 個(gè)處理，即設(shè)大田Ⅰ、大田Ⅱ、大田Ⅲ共3 個(gè)處理，每個(gè)處理種植各供試品種，小區(qū)面積20 m2，隨機(jī)排列。試驗(yàn)前采用梅花點(diǎn)法采集0～20 cm 表層土壤5 個(gè)分樣混勻平攤，用四分法減量至約1.0 kg 土壤樣品，按“1.2.1”測(cè)定土壤pH 及鉛全量（結(jié)果見(jiàn)表1）。水肥管理及病蟲(chóng)防治等按當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)栽培技術(shù)。

1.3 樣品采集及測(cè)定

1.3.1 樣品采集

盆栽試驗(yàn)各品種在成熟收獲時(shí)，分別采集所有稻谷，混合形成混合樣品，自然曬干脫殼后供測(cè)試；大田試驗(yàn)各小區(qū)分別采用梅花點(diǎn)法采集5 個(gè)分樣，每個(gè)分點(diǎn)約采集200 g 稻谷樣品，混合形成混合樣品，取約0.5 kg 自然曬干脫殼后供測(cè)試。

1.3.2 鉛含量測(cè)定

稻谷中鉛含量按GB 5009.12—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉛的測(cè)定》[15]方法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用IBM SPSS Statistics 22、Microsoft Office Excel 2007 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析。鉛富集系數(shù)=稻谷中鉛含量/土壤中鉛全量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種稻谷中的鉛含量

由表2 可知，在盆栽試驗(yàn)中，盆缽Ⅰ、盆缽Ⅱ、盆缽Ⅲ稻谷中鉛含量分別為0.016 ～0.061、0.061 ～0.198 和0.152～0.606 mg/kg，變異系數(shù)38.9%～47.9%，平均為42.1%；在大田試驗(yàn)中，大田Ⅰ、大田Ⅱ、大田Ⅲ稻谷中鉛含量分別為0.016 ～0.056、0.024 ～0.069 和0.014 ～0.056 mg/kg，變異系數(shù)35.3%～38.8%，平均為37.3%。由此表明，水稻品種因受到土壤中不同濃度鉛脅迫，稻谷中鉛含量有差異。同一水稻品種在盆栽試驗(yàn)中土壤中鉛的質(zhì)量濃度差異較大，稻谷中鉛含量的差異性也較大，且隨著土壤中鉛全量增加明顯提高；而在大田試驗(yàn)中因土壤中鉛的質(zhì)量濃度差異較小，稻谷中鉛含量的差異性也較小。

表2 稻谷中鉛含量測(cè)定結(jié)果（單位：mg/kg）

2.2 稻谷鉛含量與土壤全鉛含量的相關(guān)性

盆栽試驗(yàn)的土壤取自于大田試驗(yàn)周邊水田，呈弱酸性（pH 為5.58～6.16），環(huán)境條件基本相似。對(duì)表2 盆栽試驗(yàn)15 個(gè)品種稻谷中鉛含量（y）與表1 土壤中鉛全量（x）進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表3）表明，同一品種稻谷中鉛含量（y）與土壤中全鉛含量（x）呈正相關(guān)的直線相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)（r）為0.9498～0.9995(P＜0.01)。由此可見(jiàn)，土壤中全鉛含量為22.4～204.8 mg/kg，同一品種稻谷中鉛含量與土壤中全鉛含量具有極顯著正相關(guān)線性關(guān)系。

表3 稻谷中鉛含量與土壤中全鉛含量的相關(guān)性

2.3 不同品種稻谷對(duì)鉛的富集特性

富集系數(shù)可用來(lái)表征“土壤-水稻體系”中重金屬元素吸收、遷移的難易程度，能較清楚比較水稻不同器官對(duì)重金屬元素的吸收積累能力[7,16-17]。通過(guò)表3 中不同品種稻谷鉛含量，分析不同品種稻谷對(duì)土壤中全鉛含量的富集系數(shù)，15 個(gè)品種在盆栽試驗(yàn)和大田試驗(yàn)中，平均富集系數(shù)分別為0.059%～0.296%和0.060%～0.261%，兩者高低相差分別達(dá)5.02 倍和4.35 倍，表明了不同品種稻谷對(duì)土壤中全鉛含量的富集特性存在很大差異（P＜0.05）；而同一品種的富集系數(shù)在2 個(gè)試驗(yàn)中表現(xiàn)基本一致（表4）。表明在環(huán)境條件基本相似的條件下，同一品種稻谷對(duì)土壤中全鉛含量的富集特性基本一致。綜合盆栽試驗(yàn)、大田試驗(yàn)結(jié)果，不同品種稻谷的鉛富集能力表現(xiàn)為晶兩優(yōu)黃莉占、徽兩優(yōu)898＞恒豐優(yōu)華占＞深兩優(yōu)828、昌兩優(yōu)8 號(hào)＞隆兩優(yōu)黃莉占、豐兩優(yōu)3305＞深兩優(yōu)5814＞泰優(yōu)871、Y 兩優(yōu)689＞昌兩優(yōu)絲苗、泰兩優(yōu)1332、Y 兩優(yōu)302＞豐兩優(yōu)1 號(hào)、畾優(yōu)1068。

表4 不同品種稻谷對(duì)土壤中全鉛含量的富集系數(shù)

2.4 不同水稻品種鉛積累特性的聚類(lèi)分析

由圖1 可見(jiàn)，15 個(gè)品種的富集特性可劃分為高富集、中富集和低富集3 類(lèi)。盆栽試驗(yàn)表現(xiàn)高富集的品種4 個(gè)，分別為恒豐優(yōu)華占、徽兩優(yōu)898、晶兩優(yōu)黃莉占和深兩優(yōu)828，中富集的品種5 個(gè)，分別為泰優(yōu)871、豐兩優(yōu)3305、深兩優(yōu)5814、昌兩優(yōu)8 號(hào)和隆兩優(yōu)黃莉占，低富集的品種6 個(gè)，分別為昌兩優(yōu)8 號(hào)、泰優(yōu)871、豐兩優(yōu)3305、Y 兩優(yōu)689、深兩優(yōu)5814 和隆兩優(yōu)黃莉占；大田試驗(yàn)表現(xiàn)高富集的品種3 個(gè)，分別為恒豐優(yōu)華占、徽兩優(yōu)898 和晶兩優(yōu)黃莉占，中富集的品種6 個(gè)，分別為豐兩優(yōu)3305、Y 兩優(yōu)689、深兩優(yōu)5814、昌兩優(yōu)8 號(hào)和隆兩優(yōu)黃莉占，低富集的品種6 個(gè)，分別為畾優(yōu)1068、泰優(yōu)871、昌兩優(yōu)絲苗、Y 兩優(yōu)302、豐兩優(yōu)1 號(hào)和泰兩優(yōu)1332。為避開(kāi)稻谷鉛含量超標(biāo)的質(zhì)量安全高風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)其富集特性的類(lèi)別劃分“就高不就低”，綜合兩試驗(yàn)結(jié)果，恒豐優(yōu)華占、徽兩優(yōu)898、晶兩優(yōu)黃莉占和深兩優(yōu)828 為高富集品種，昌兩優(yōu)8 號(hào)、泰優(yōu)871、豐兩優(yōu)3305、Y 兩優(yōu)689、深兩優(yōu)5814 和隆兩優(yōu)黃莉占為中富集品種，畾優(yōu)1068、昌兩優(yōu)絲苗、Y 兩優(yōu)302、豐兩優(yōu)1號(hào)和泰兩優(yōu)1332 為低富集品種。

圖1 不同品種稻谷中鉛富集系數(shù)聚類(lèi)分析結(jié)果

2.5 不同水稻品種的安全風(fēng)險(xiǎn)

表3 顯示，供試的15 個(gè)品種在盆栽試驗(yàn)中，土壤全鉛含量為22.4 和103.5 mg/kg 時(shí)，參試15 個(gè)品種稻谷鉛含量未出現(xiàn)高于GB2762—2017[18]規(guī)定的0.20 mg/kg安全限量標(biāo)準(zhǔn)；土壤全鉛含量為204.8 mg/kg 時(shí)，10 個(gè)品種稻谷鉛含量高于0.20 mg/kg，超標(biāo)率66.7%。說(shuō)明在土壤鉛全量小于土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值100 mg/kg 的優(yōu)選保護(hù)類(lèi)水田，供試15 個(gè)品種稻谷鉛含量超標(biāo)的安全風(fēng)險(xiǎn)較小。當(dāng)土壤全鉛含量為204.8 mg/kg 時(shí)稻谷鉛含量超標(biāo)的安全風(fēng)險(xiǎn)明顯提高。表3 的相關(guān)方程測(cè)算結(jié)果（圖2）顯示，供試的15 個(gè)品種經(jīng)聚類(lèi)分析得出的稻谷鉛低富集、中富集和高富集品種，早季種植于弱酸性水田土壤鉛全量的風(fēng)險(xiǎn)臨界值范圍分別為204.1～274.7、113.5～180.0 和82.7～107.1 mg/kg。由此可見(jiàn)，漳州市15個(gè)水稻主栽品種在弱酸性土壤（5.5＜pH≤6.5）鉛全量≥風(fēng)險(xiǎn)臨界值的水田栽培種植，同時(shí)未配套落實(shí)優(yōu)化施肥、土壤調(diào)理、葉面調(diào)控等安全利用措施，稻谷易出現(xiàn)鉛含量超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 不同品種稻谷鉛含量≤0.2 mg/kg 限量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)土壤鉛總量風(fēng)險(xiǎn)臨界值

3 討論與結(jié)論

3.1 不同品種稻谷對(duì)土壤中鉛的積累特性

在鉛輕度、中度污染水田，種植鉛低積累品種是確保稻谷鉛含量安全的重要技術(shù)措施。研究表明，水稻籽粒重金屬積累量存在顯著的基因型差異[4,7,19-22]。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，在土壤鉛脅迫濃度一致時(shí)，不同品種稻谷中鉛含量有顯著差異；不同品種稻谷對(duì)鉛的富集系數(shù)也呈現(xiàn)顯著性差異，盆栽試驗(yàn)、大田試驗(yàn)的富集系數(shù)最高值與最低值兩者相差分別達(dá)5.02 倍和4.35 倍。說(shuō)明本試驗(yàn)供試的15 個(gè)品種水稻對(duì)土壤中鉛的富集特性存在顯著差異。同時(shí)，本研究根據(jù)不同品種的富集系數(shù)大小，應(yīng)用聚類(lèi)分析法，將漳州市15 個(gè)主栽品種稻谷對(duì)土壤中鉛的積累特性劃分為高積累、中積累和低積累3 類(lèi)，是否合理科學(xué)值得商榷，但其對(duì)當(dāng)?shù)厥茔U輕、中度污染水田推行品種調(diào)整的安全利用措施有一定指導(dǎo)意義。

3.2 同一品種稻谷對(duì)土壤中鉛的富集特性

土壤中重金屬元素鉛可直接被作物吸收，并殘留在作物的各個(gè)部位，作物鉛含量會(huì)隨著土壤中鉛含量的增加而提高[23]。本研究結(jié)果表明，在弱酸性（pH 為5.58～6.16）土壤且鉛總量為22.4～204.8 mg/kg 條件下，同一品種稻谷鉛含量與土壤中鉛總量呈極顯著正相關(guān)直線關(guān)系，但在2 個(gè)試驗(yàn)中的富集系數(shù)基本接近，表明在環(huán)境條件基本相似時(shí)，同一品種稻谷對(duì)土壤中鉛全量的富集特性基本一致。這與前人的研究結(jié)論較為一致[23-24]。然而，本研究各品種的富集系數(shù)是在特定條件得出，可能因土壤理化性質(zhì)的變化、肥料施用等而改變。大量研究表明，水稻對(duì)土壤重金屬的富集除了與自身遺傳特性及土壤重金屬含量相關(guān)外，還與土壤重金屬形態(tài)（特別是有效態(tài)）、土壤的理化性質(zhì)以及重金屬間的相互作用有關(guān)[25-26]。已有報(bào)道，季別對(duì)水稻籽粒鉛含量具有顯著影響，晚稻谷的鉛含量都顯著低于早稻谷[27]，為此，本研究所供試的15 個(gè)水稻品種僅在早季進(jìn)行，其在中、晚季種植稻谷中鉛含量變化有待進(jìn)一步研究。受鉛污染的水田應(yīng)落實(shí)阻斷污染源、優(yōu)化施肥、土壤調(diào)理、葉面調(diào)控等安全利用措施改良酸化土壤，降低土壤中鉛有效態(tài)含量，降低稻谷對(duì)土壤中鉛的積累，從而減少稻谷對(duì)土壤中鉛積累的安全風(fēng)險(xiǎn)[27-29]。

3.3 不同品種稻谷鉛含量超標(biāo)的安全風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)GB15618—2018[30]耕地類(lèi)別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，稻田土壤在5.5＜pH≤6.5 時(shí)，鉛全量的風(fēng)險(xiǎn)篩選值為100 mg/kg。本次試驗(yàn)的水田屬于優(yōu)先保護(hù)類(lèi)耕地，試驗(yàn)結(jié)果表明，供試的15 個(gè)品種大田試驗(yàn)稻谷鉛含量為0.014～0.069 mg/kg、盆栽試驗(yàn)盆缽Ⅰ、盆缽Ⅱ稻谷鉛含量分別為0.016～0.061 mg/kg 和0.061～0.198 mg/kg，均未高于0.2 mg/kg 限量標(biāo)準(zhǔn)。說(shuō)明在鉛輕微污染（優(yōu)先保護(hù)類(lèi)）水田，供試的15 個(gè)品種稻谷鉛超標(biāo)的安全風(fēng)險(xiǎn)較低。盆栽試驗(yàn)盆缽Ⅲ稻谷鉛含量為0.152～0.606 mg/kg，有10 個(gè)品種稻谷鉛含量高于0.20 mg/kg，超標(biāo)率66.7%，說(shuō)明在鉛中度污染（風(fēng)險(xiǎn)管控類(lèi)）土壤種植這10 個(gè)品種存在較高安全風(fēng)險(xiǎn)。為避免稻谷鉛含量超標(biāo)，應(yīng)根據(jù)水田土壤鉛含量的背景值，選擇相應(yīng)鉛富集特性品種種植。根據(jù)本研究結(jié)果，水田土壤5.5＜pH≤6.5，漳州市15 個(gè)水稻主栽品種在配套落實(shí)優(yōu)化施肥、土壤調(diào)理、葉面調(diào)控等安全利用措施的基礎(chǔ)上，推薦早季種植的高富集品種恒豐優(yōu)華占、徽兩優(yōu)898、晶兩優(yōu)黃莉占和深兩優(yōu)828 適宜在土壤中鉛全量＜107.1 mg/kg 水田上種植；中富集品種昌兩優(yōu)8 號(hào)、泰優(yōu)871、豐兩優(yōu)3305、Y 兩優(yōu)689、深兩優(yōu)5814 和隆兩優(yōu)黃莉占適宜在土壤中鉛全量＜180.0 mg/kg 水田上種植；低富集品種畾優(yōu)1068、昌兩優(yōu)絲苗、Y 兩優(yōu)302、豐兩優(yōu)1 號(hào)和泰兩優(yōu)1332 適宜在土壤中鉛全量＜274.7 mg/kg 水田上種植。但鑒于本試驗(yàn)的局限性及水田土壤環(huán)境條件的復(fù)雜性，此結(jié)論還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。