早稻品種米鎘對不同鎘環境的響應

戴 力，方寶華，侯亞飛，劉四清，張玉燭，謝運河，柏連陽

（1.湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125；2.湘陰縣農科所，湖南 湘陰414600；3.攸縣原種場，湖南 攸縣412300；4.湖南雜交水稻研究中心，湖南 長沙 410125；5.湖南省農業環境生態研究所，農田土壤重金屬污染防控與修復湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410125；6.湖南省農業科學院，湖南 長沙，410125）

稻米鎘污染是影響我國水稻商業化生產和食品安全的重要問題。在眾多降低稻米鎘含量的技術措施中，鎘低積累水稻品種的應用具備簡單、高效的優點，是一種較好的降鎘措施[1-2]。研究發現，水稻的鎘低積累特性除了受到基因型影響之外，環境因素特別是氣候條件和土壤條件對其穩定性也有較大影響，同一品種在不同生態條件下的鎘積累特性也可能有差別[3-4]。

水稻生長過程中，氣候條件（氣溫、降水和大氣濕度等）可通過蒸騰作用來影響鎘的吸收轉運[5]。因此不同年份之間氣候條件的差異會導致其稻米鎘含量有所差別。而理想的低鎘品種，其鎘積累特性在一定環境下要表現出相對穩定性，即不會隨著年度間氣候環境的變化而發生較大的或超出國家安全標準（0.200 mg/kg）的鎘積累變化。

不同地域環境的小氣候和土壤環境差異對水稻的鎘吸收積累也有一定影響。其中起主要作用的是土壤的總鎘、有效鎘含量以及土壤的pH值和Eh值[6-8]。因此，理想的鎘低積累品種還應該具有較強的地域環境穩定性，即在不同的地域環境中均表現出低于國家標準的鎘積累量。

經過多年的研究篩選，課題組在現有審定的水稻品種中初步選出了湘早秈32號、湘早秈42號和湘早秈45號3個具備較低米鎘積累特性的水稻品種。但在大面積推廣應用之前，還需對其進行鎘低積累特性的環境穩定性驗證。為此，課題組于2014～2016年在湖南省內5個不同鎘污染程度和生態條件的試驗點進行了多年多點重復試驗，以探究這3個早稻品種的鎘低積累穩定性。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

早稻品種米鎘積累穩定性驗證試驗于2014～2016年在各試驗點分別進行，各試驗點的土壤鎘含量背景值及pH值如表1所示。供試早稻品種為課題組前期篩選后初步認定的具有較低米鎘積累特性的品種——湘早秈32號、湘早秈42號和湘早秈45號。

表1 各試驗點土壤鎘含量的背景值及pH值

1.2 田間管理

水稻移栽前將試驗田翻耕后反復多次耙勻、耙平，以縮小試驗田各區塊土壤鎘含量的差異。采用小拱地膜保溫濕潤育秧方式培育秧苗，3月28日播種，4月26日移栽，移栽密度16.5 cm×16.5 cm，每蔸栽插4棵谷苗。依照大區隨機排列法安排各品種，每個品種（大區）300 m2，不設置重復。

施25%的復合肥50 kg/667m2作底肥；深水活苗后，即移栽7 d左右追施分蘗肥（尿素5 kg/667m2、鉀肥4 kg/667m2）；幼穗分化2～3期追施穗肥（尿素2.5 kg/667m2、鉀肥2.5 kg/667m2）。試驗灌溉用水要求總鎘≤0.005 mg/kg。分蘗盛期原則上不曬田，在必須控苗時保持田間土壤濕潤，保持田間淺水層至收割前7 d斷水。病蟲草及鼠雀害按照當地防治方法，根據實際情況進行。

1.3 取樣及檢測

1.3.1 土 樣 試驗田整平后插秧前，使用測土配方施肥不銹鋼專用采樣器按照梅花5點取樣法采集不同位置的耕作層土壤，將土壤混合，取鮮樣2 kg左右，用干凈塑料袋密封，標簽牌編號與田間品種吊牌一致。自然風干后采用氫氟酸-高氯酸-硝酸消解法消解和石墨爐原子分光光度法測定土壤全鎘含量和有效鎘含量。另外使用電位法測定土壤懸液的pH值。

1.3.2 水 樣 從整田開始至收獲前，每次灌溉時取1 000 mL水樣，分別消化處理后用玻璃瓶密封裝好，使用石墨爐原子分光光度法檢測其鎘含量。如不能及時檢測必須將水樣pH值加濃硝酸調整至0.2以下，并附標簽注明時間和pH值調整狀況。

1.3.3 稻谷樣 在90%谷粒變黃時，避開邊緣4行（株）于大區內按梅花5點法取樣，每點連續收取3蔸，5點稻谷分開編號、曬干作為5個重復用以檢測稻米鎘含量。最終去掉最大和最小值，保留中間3個值進行方差分析，取其平均值。稻米鎘含量檢測按濃硝酸-高氯酸（V︰V=4︰1）混酸法消化，然后采用石墨爐原子分光光度法檢測。

1.4 數據處理

使用DPS 7.05和 Excell 2003軟件進行數據處理、分析和作圖。按兩因素隨機區組法進行方差分析并求得各組數據標準差和均值，以變異系數（CV=標準差/均值×100%）表示數據及鎘積累穩定性，CV越小說明穩定性越好，反之則越差；以品種在各年份（試驗點）的CV平均值表示年際（地域）間的鎘積累變異系數CVY（CVE），以CVY和CVE的平均值分別表示品種在不同年份和不同地點的鎘積累綜合變異系數CVY+E,分析不同年度的氣候環境、不同地點的土壤環境以及它們的互作條件下3個品種的鎘低積累穩定性。CV值越小表示鎘積累穩定性越強，即品種鎘積累受年際和地域間環境因素的影響越小。

2 結果與分析

2.1 不同早稻品種稻米鎘積累的年際及地域間穩定性

對湘早秈32號、湘早秈42號和湘早秈45號3個早稻品種在不同年度及地域間鎘含量數據的標準差和變異系數進行分析發現，湘早秈32號具有較好的年際鎘積累穩定性，湘早秈45號具有較好的地域間鎘積累穩定性，二者在不同年份中不同地域間的鎘積累穩定性均要相對較優于湘早秈42號。由表2可知，湘早秈32號（CVY=59.101%）在3年間的鎘積累變異系數小于湘早秈42號（CVY=87.209%）和湘早秈45號（CVY=67.576%），即年際穩定性比后二者強；由表3可知，地域間鎘積累變異系數湘早秈32號（CVE=64.175%）大于湘早秈42號（CVE=63.041%）和湘早秈45號（CVE=60.573%），即地域穩定性弱于湘早秈42號和湘早秈45號；最終其在不同年份中不同地域間的鎘積累變異系數（CVY+E=61.638%）稍小于湘早秈45號（CVY+E=64.075%），明顯小于湘早秈42號（CVY+E=75.125%），即其年際和地域綜合穩定性稍強于湘早秈45號，顯著強于湘早秈42號。從表2中還可以看出，湘早秈32號在2014和2016年（CV=56.372%和59.837%）的變異系數均小于湘早秈42號（CV=143.280%和65.276%）和湘早秈45號（CV=79.867%和67.101%）。從表3中可以看出，湘早秈45號在B、D 2個試驗點的變異系數（CV=64.627%和30.960%）小于其余2個品種，在C點的變異系數（CV=62.892%）小于湘早秈42號，大于湘早秈32號，在A、E點的變異系數大于其他2個品種。

表2 各品種在不同年份間鎘積累穩定性系數

表3 各品種在不同地點間的鎘積累穩定性系數

2.2 不同年份各品種稻米鎘含量的差異

研究發現，2014～2016年連續3 a中，3個品種的稻米鎘含量均較低，大部分情況下低于國家安全標準。如圖1所示，3個品種均表現出年度間顯著的鎘積累差異。僅2016年3個品種的平均稻米鎘含量稍高于國家標準，湘早秈32號超標0.021 mg/kg（10.55%），湘早秈42號超標0.001 mg/kg（0.65%），湘早秈45號超標0.007 mg/kg（3.65%），其余2 a各品種稻米鎘含量均顯著低于國家標準。

圖1 各品種在不同年份間的稻米鎘含量差異

2.3 不同試驗點各品種稻米鎘含量的差異

研究表明3個品種在5個不同土壤鎘含量背景值和pH的試驗點間均表現為較低的鎘積累特性。如圖2所示，在5個不同的試驗點之間，除湘早秈42和湘早秈45號在新市點（C點）的稻米鎘含量分別高于國家標準0.038（19.05%）和0.010 mg/kg（5.10%）外，3個品種在其余各點的稻米鎘含量均顯著低于國家標準。

2.4 不同年際氣候環境和不同地域土壤環境互作條件下的稻米鎘含量差異

3個品種在不同年際氣候環境和不同地域土壤環

圖2 各品種在不同試驗點間的稻米鎘含量差異

境互作條件下的米鎘含量總體都比較低。如圖3所示，湘早秈32號品種除了2016年在湘潭、攸縣和新市3點的稻米鎘含量分別超過國家標準0.103（51.50%）、0.157（78.67%）和0.085 mg/kg（42.67%）之外，其余各年各點的稻米鎘含量均低于國家標準，3 a總計15個點的低鎘合格率為80.0%。

湘早秈42號品種除了2014年的新市點和2016年的湘潭、攸縣、新市點的稻米鎘含量分別超過國家標準0.076（37.83%）、0.105（52.50%）、0.059（29.50%）和0.138 mg/kg（69.00%）之外，其余各年各點的稻米鎘含量均低于國家標準，3 a總計15個點的低鎘合格率為73.3%。

湘早秈45號品種除了2016年的湘潭、攸縣、新市點的稻米鎘含量分別超過國家標準0.108（54.00%）、0.055（27.33%）和0.159 mg/kg（78.00%）之外，其余各年各點的稻米鎘含量均低于國家標準，3 a總計15個點的低鎘合格率為80.0%。

另外，由圖4可知，湘早秈32號、湘早秈42號和湘早秈45號3個品種在5個試驗點間的變化趨勢基本一致，都表現為攸縣新市村和網嶺沙塘2點的米鎘含量相對較高，益陽赫山下新橋和衡東大浦新民村2點的米鎘含量相對較小，湘潭易家灣點處于中間狀態；而進一步的稻米鎘含量與各點的土壤總鎘含量、有效鎘含量及pH值的相關性分析結果卻表明，稻米鎘含量與各點的土壤總鎘含量、有效鎘含量及pH值之間不存在顯著的線性相關關系，即各點的土壤總鎘含量、有效鎘含量或pH值并非3個品種在各點間的米鎘變化趨勢形成的主要原因，還存在著其他因素對稻米鎘含量產生了顯著影響。筆者推測可能是水分（灌溉）因素，即稻田水層的深淺可以掩蓋或者消除掉土壤鎘含量、有效鎘含量及pH值高低對稻米鎘含量的影響。

圖3 不同年際氣候環境和不同地域土壤環境互作條件下的稻米鎘含量差異

圖4 3個品種在5個試驗點的稻米鎘含量與土壤背景值

3 結論與討論

試驗結果表明，各品種的鎘積累綜合變異系數CVY+E：湘早秈32號（61.638%）＜湘早秈45號（64.075%）＜湘早秈42號（75.125%），即各品種稻米鎘積累年際和地域穩定性表現為：湘早秈32號＞湘早秈45號＞湘早秈42號。3個早稻品種在不同年份和地域的不同大氣和土壤環境下都表現為相對較低的米鎘積累，除少數年份或試驗點的稻米鎘含量超過了國家標準0.001～0.157 mg/kg（0.65%～78.67%）之外，其余各年份和試驗點的稻米鎘含量均低于國家標準，在3 a累計的15個點中的稻米低鎘合格率為73.3%～80.0%，即3個早稻品種表現出了較穩定的較低米鎘積累特性。

雖然3個品種在少數年份或試驗點的稻米鎘含量超過了國家標準，但是超出幅度并不大，通過配套一定的降鎘栽培技術基本可使之稻米鎘含量達到國家標準要求水平之內。

參考文獻：

[1] 曾 翔，張玉燭，王凱榮，等. 不同品種水稻糙米含鎘量差異[J].生態與農村環境學報，2006，22（1）：67-69，83.

[2] 徐燕玲，陳能場，徐勝光，等. 鎘低積累水稻品種的篩選方法研究——品種與類型[J].農業環境科學學報，2009，28（7）：1346-1352.

[3] 柯慶明，梁康逕，朱 燕，等. 基因型與環境互作對食用稻米重金屬積累特性遺傳相關性的影響研究[J]. 中國生態農業學報，2006，14（1）：24-27.

[4] 曹方彬. 水稻重金屬積累的品種與環境效應及調控技術研究[D].杭州：浙江大學，2014.

[5] 劉 洋，張玉燭，方寶華，等. 栽培模式對水稻鎘積累差異及其與光合生理關系的研究[J]. 農業資源與環境學報，2014，31（5）：450-455.

[6] 王一志，曹雪瑩，譚長銀，等. 不同土壤pH對紅壤稻田鎘形態及水稻鎘積累的影響[J].湖南師范大學自然科學學報，2017，40（1）：10-16.

[7] 王夢夢，何夢媛，蘇德純. 稻田土壤性質與稻米鎘含量的定量關系[EB/OL]. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1895.X.20171027.1350.053.html，2017.

[8] 黃 宇，廖 敏，葉照金，等. 兩種鎘低積累水稻鎘含量與土壤鎘的劑量——效應關系及調控[J]. 生態與農業環境學報，2017，33（8）：748-754.