孕穗期淹水處理對不同水稻品種鎘富集轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響

匡 煒，魏 征，劉 洋，戴 力，趙 楊，張玉燭，方寶華

（1. 湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125；2. 湖南雜交水稻研究中心，湖南 長沙 410125）

土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。隨著工業(yè)污染、城市污染的加劇和農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)種類、數(shù)量的增加，由工業(yè)廢水和生活廢水導(dǎo)致的土壤重金屬污染日益嚴(yán)重[1-3]。 目前，影響最為嚴(yán)重的是重金屬鎘（Cd）污染。據(jù)2014年環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合國土資源部公布的數(shù)據(jù)可知，全國的耕地土壤重金屬點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，其中鎘超標(biāo)率高達(dá)7.0%[4]。鎘是一種抑制植物生長且又易被植物吸收和積累、在環(huán)境中遷移和轉(zhuǎn)化性強(qiáng)的重金屬污染物[5-10]。

水稻是我國重要的糧食作物之一，也是單產(chǎn)最高的糧食作物，種植面積和總產(chǎn)量分別占糧食作物面積和總產(chǎn)的27.4%和36.1%[11-12]。水稻對鎘非常敏感，當(dāng)種植在鎘污染的土壤中時(shí)，鎘會(huì)大量富集于水稻根、莖、葉和穗中，抑制水稻的正常生長發(fā)育，最后降低產(chǎn)量和品種[13-15]。當(dāng)?shù)久妆绘k嚴(yán)重污染后，便無法正常食用，最終導(dǎo)致糧食危機(jī)加重。探尋簡單有效地稻米降鎘技術(shù)，使稻米達(dá)到食品安全標(biāo)準(zhǔn)已迫在眉睫。目前，可通過水分調(diào)控以及施加有機(jī)肥、土壤調(diào)理劑、葉面阻控劑等方式來降低稻米鎘含量[16-18]，其中水分調(diào)控是最簡單且有效的方法[19]。已有大量的研究證明，合理的水分灌溉不但能保障水稻正常生長發(fā)育，穩(wěn)定稻米產(chǎn)量及品質(zhì)，還能夠有效降低稻米鎘積累[20-22]。

孕穗期是營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長的過度生育期，此時(shí)稻株生長最為迅速，會(huì)吸收大量的各種元素和水分，并且該時(shí)段的生長發(fā)育會(huì)直接影響最終產(chǎn)量。筆者以農(nóng)香42、玖兩優(yōu)黃華占、耘兩優(yōu)玖48、桃優(yōu)香占為供試水稻品種，在關(guān)鍵的孕穗期探究淹水處理和常規(guī)水分管理模式對鎘污染耕地中水稻各部位鎘富集和轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響，旨在為今后通過水分調(diào)控降低稻米鎘含量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及供試品種

試驗(yàn)于2019年在寧鄉(xiāng)市雙江口鎮(zhèn)白玉村進(jìn)行。試驗(yàn)土壤鎘含量0.46 mg/kg，pH值 6.1。供試水稻品種為農(nóng)香42（V1）、玖兩優(yōu)黃華占（V2）、耘兩優(yōu)玖48（V3）、桃優(yōu)香占（V4），均為當(dāng)?shù)刂髟云贩N，由湖南省水稻研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)（水分管理模式為主區(qū)；品種為裂區(qū)），每個(gè)品種設(shè)置2種水分管理模式：D1，正常水分管理；D2，田塊全程淹水管理。每個(gè)處理3次重復(fù)，共24個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)長寬為5 m×10 m。施肥方式按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行。

1.3 樣品采集及測定

于水稻孕穗期采集水稻植株和土樣。土壤根據(jù)五點(diǎn)取樣法取樣，然后采用火焰原子吸收法測定有效鎘含量；調(diào)查100穴水稻的分蘗數(shù)，計(jì)算單穴平均分蘗數(shù)，每小區(qū)按照五點(diǎn)取樣法取5穴，將樣品按照根、莖鞘和葉分開，于105℃烘箱中殺青30 min，在80℃下烘干至恒重，然后采用火焰原子吸收法進(jìn)行不同植株部位的鎘含量測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft exce 2016和SPSS 24軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”的形式表示。采用公式（1）和（2）計(jì)算鎘富集系數(shù)和鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。

富集系數(shù)越大，表示水稻積累重金屬能力越強(qiáng)[23]。 轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)表示鎘由根部轉(zhuǎn)運(yùn)、分配到地上部位的能力；轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)越高，表示重金屬從根部轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部位的能力越強(qiáng)[23-24]。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水處理對植株各部位鎘含量的影響

由表1可知，2種水分管理模式下，淹水處理（D2）的根、莖稈和葉的鎘含量均低于常規(guī)水分處理（D1），其中根和莖稈差異達(dá)到顯著水平，表明淹水處理能夠顯著降低水稻根莖的鎘含量。從品種來看，V1、V2品種水稻植株各部分的鎘含量相對高于V3、V4；根中的鎘含量以V1品種最高，其次是V2品種，二者顯著高于V3、V4品種的；莖稈和葉中鎘含量均為V2品種最高，顯著高于其他3個(gè)品種的。綜合分析，水分管理模式對根、莖稈的鎘含量影響極顯著，對葉中鎘含量影響不顯著；而品種以及水分管理模式與品種的交互作用對根、莖稈、葉的鎘含量影響均極顯著。

表1 水稻根莖葉鎘含量

2.2 淹水處理對各部位鎘富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響

從表2可知，各處理水稻莖對鎘的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)差異極顯著（P＜0.01）；根的鎘富集系數(shù)均都大于1；莖稈的鎘富集系數(shù)范圍為0.13~1.24，平均為0.38；葉的富集系數(shù)范圍為0.10~0.63，平均為0.22；各部位對鎘的富集系數(shù)表現(xiàn)為根＞莖稈＞葉，表明根積累鎘的能力最強(qiáng)，葉積累鎘的能力最差。在淹水處理下，植株各部位對鎘的富集系數(shù)均低于常規(guī)水分管理。水分管理模式對莖稈鎘富集系數(shù)影響顯著外，其他的均影響不顯著，而不同品種之間對各部位的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響均在顯著差異。2個(gè)因素及其交互作用對莖稈的鎘富集系數(shù)均有極顯著影響。

從表2還可看出，各處理鎘從根到莖稈的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為0.08~0.54，平均為0.16；鎘從莖稈到葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為0.05~0.28，平均為0.12；根—莖稈的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著高于莖稈—葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（F=12.10，P＜0.05）。2種水分管理模式下均以V2品種的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高，V4品種的最低；總體來看，淹水處理的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)低于常規(guī)水分管理的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)。

表2 水稻根莖葉富集系數(shù)與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

2.3 各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

從表3可知，富集系數(shù)與各個(gè)指標(biāo)均存在顯著相關(guān)性，其中與根鎘含量、莖稈鎘含量呈極顯著相關(guān)性，與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和葉鎘含量呈顯著相關(guān)性；而轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與莖稈鎘含量、葉鎘含量呈極顯著相關(guān)性，與根鎘含量沒有顯著相關(guān)性。水稻植株孕穗期對鎘的富集能力最主要是受到根和莖稈的影響，而轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)主要受到莖稈和葉的影響。

表3 各指標(biāo)的相關(guān)性系數(shù)

3 結(jié)論與討論

淹水處理能夠降低水稻根、莖稈和葉的鎘含量，這與陳江民等[25]的結(jié)論相似，其中主要是顯著降低了根和莖稈的鎘含量，與常規(guī)水分管理相比，根鎘含量降低了28.57%，莖稈鎘含量降低了56.25%；淹水處理也能夠降低水稻植株對鎘的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，主要表現(xiàn)為莖稈鎘富集系數(shù)顯著降低，降幅可達(dá)62.10%。水稻植株對鎘的富集主要是靠根和莖稈，而葉對鎘富集能力比較弱，與前人研究結(jié)果一致[26-27]；植株吸收鎘后，在孕穗期主要從根部轉(zhuǎn)移到莖稈，而葉中含量相比根莖非常低。綜合比較分析發(fā)現(xiàn)，富集系數(shù)主要受根和莖稈影響，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)主要受莖稈和葉的影響。

研究還發(fā)現(xiàn)，耘兩優(yōu)玖48（V3）、桃優(yōu)香占（V4）2個(gè)品種對鎘的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)能力弱于農(nóng)香42（V1）、玖兩優(yōu)黃華占（V2）2個(gè)品種，在今后研究中可以加強(qiáng)不同水稻品種對鎘吸收能力強(qiáng)弱的機(jī)理研究，探明對鎘吸收影響的關(guān)鍵因素。