鎘、砷低積累水稻品種篩選及其田間表現評價

劉超超，羅正良，文 軍，文有明，周 昆

（1. 永州市冷水灘區農業農村局，湖南 永州 425000；2. 湖南省水稻研究所，農業農村部長江中下游秈稻遺傳育種重點實驗室，湖南 長沙 410125）

水稻是我國第一大糧食作物，全國約2/3 的人口以稻米為主食。隨著現代工農業的快速發展以及城市化進程的推進，我國農田土壤的重金屬污染問題日益嚴重，稻米鎘超標事件頻繁發生，嚴重威脅著人們的健康。2014 年《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國約有2 000 萬hm2耕地受到了不同程度的重金屬污染，全國耕地點位超標率為19.4%，其中土壤中砷的超標率為2.7%，鎘的超標率達到7.0%，重金屬污染形勢嚴峻[1-3]。湖南是糧食生產大省，其水稻生產在確保我國糧食安全中具有重要的地位，湖南也是“有色金屬之鄉”，其有色金屬行業在發展國民經濟的同時，也造成了耕地污染和農產品重金屬污染，是我國耕地和農產品重金屬污染問題最典型的區域之一[4]。自2013 年媒體報道的“鎘大米”事件以來，稻米等農產品重金屬污染問題引起了社會的極大關注，如何生產出安全稻米成為目前亟待解決的問題[5]。因此，筆者在世界銀行貸款湖南省農田污染綜合管理項目的支持下，2021 年以初步驗證為鎘砷同步低吸收的水稻品種、推薦應急性鎘低積累水稻品種和永州當地主栽品種等11 個水稻品種為材料，通過田間小區試驗篩選綜合性狀優良且籽粒表現為鎘砷低積累的水稻品種，為項目區域內污染耕地鎘、砷低積累水稻品種篩選應用及稻米安全生產提供數據參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以湖南省水稻研究所初步鑒定出的鎘砷同步低吸收水稻品種、湖南省農業農村廳推薦的應急性鎘低積累水稻品種和永州當地主栽品種共11 個水稻品種為材料開展鎘砷低積累水稻品種篩選試驗，供試品種分別為豐兩優四號、宜兩優粵禾絲苗、廣泰優粵禾絲苗、豐千鄉優517、Q 兩優粵農絲苗、荃優596、荃兩優851、Q 兩優絲苗、C 兩優755、晶兩優534 和隆兩優1988。

1.2 試驗地基本情況

田間小區篩選試驗于2021 年5—11 月在湖南省永州市冷水灘區進行。試驗田塊排灌方便，不受人類活動的不良干擾和影響，田塊形狀規則，以往多年農作物生長成熟均表現一致。試驗田pH 值6.86，水解性氮238.2 mg/kg，有效磷1.7 mg/kg，速效鉀112.2 mg/kg，全氮2.26 g/kg，全磷0.64 g/kg，全鉀16.68 g/kg，有機質含量51.74 g/kg，土壤總鎘含量0.63 mg/kg，土壤總砷含量11.1 mg/kg。

1.3 試驗設計

每個品種均開展小區試驗，小區面積20 m2，小區間以空行分開，3 次重復，重復間留0.8 m、處理間留0.6 m 寬的過道，隨機區組排列，不設對照（互為對照）。試驗前勻田平田3 次，以保證田塊平整，土壤理化性質和土壤污染程度相對均勻。試驗品種于5月15 日播種，6 月18 日移栽插栽，株行距20 cm×26.7 cm，所有水稻品種統一水肥管理。施用底肥（復合肥15 ∶15 ∶15）30 kg/667m2，插秧后7～10 d 施用追肥（尿素）10 kg/667m2；采取清潔水源（灌溉水鎘含量＜1 μg/L，砷含量＜10 μg/L）進行常規灌溉管理（即水稻移栽—返青期和灌漿期后淺水管理，分蘗盛期曬田1 次，時間為15 d，孕穗—灌漿期深水管理，黃熟期曬田落干），病蟲草害以預防為主，其他農事操作采用當地近年常規習慣進行。

1.4 項目測定及方法

1.4.1 土壤理化性質及鎘砷含量測定 土壤樣品于水稻種植季結束后，按照“S”取樣法取小區試驗田塊基礎土樣，委托湖南省農業科學院農化檢測中心檢測土壤理化性質及鎘、砷含量，檢測方法參照《土壤分析技術規范》（2006）、GBIT17134—1997 和GB/T23739—2009 等進行。

1.4.2 植株、糙米及精米鎘砷含量檢測 水稻成熟期按小區收獲稻谷，曬干后碾成糙米和精米進行鎘、砷含量檢測，糙米精米鎘、砷含量測定參照GB5009.268—2016 進行；同時采集植株樣品，烘干粉碎后進行鎘、砷含量檢測，檢測方法參照 GB 5009.15—2014 食品安全國家標準食品中鎘的測定進行。檢測機構也為湖南省農業科學院農化檢測中心。

1.4.3 主要經濟性狀及產量 調查各品種的生育期和有效穗，并在水稻成熟期在各小區取代表性植株10株進行室內考種，考查千粒重、結實率、株高和穗長等主要經濟性狀指標；水稻成熟后分小區收割，稻谷曬干風凈后折算單位面積產量。

1.5 數據處理與統計分析

試驗數據為3 次重復的平均值，稻谷鎘砷含量取3 次重復中的最高值。采用WPS 軟件對數據進行整理和統計分析。根據收獲的成熟期稻米鎘、砷含量，與所對應的生長土壤中鎘、砷含量，運用公式（1）～（2）計算稻米鎘、砷的富集系數及轉運系數。

2 結果與分析

2.1 11 個水稻品種鎘砷含量情況

對成熟期水稻植株、糙米和精米的鎘、砷含量進行測定，由于水稻鎘砷含量積累容易受環境影響，加上研究的是污染元素的含量，因此取3 次重復中的最高值作為品種中該元素的含量數據，由表1 可知，參試11 個水稻品種僅有廣泰優粵禾絲苗和C 兩優755的糙米、精米鎘含量低于國家限量標準（0.2mg/kg），其余9 個水稻品種鎘含量均超標。11 個水稻品種糙米鎘含量平均值0.28 mg/kg，其中糙米鎘含量最高的品種是豐兩優四號，達到0.429 mg/kg，最低的是C 兩優755，為0.154 mg/kg；精米鎘含量平均值為0.274 mg/kg，精米鎘含量最高和最低品種也分別是豐兩優四號和C 兩優755，可見糙米鎘含量與精米鎘含量有較大相關性。11 個水稻品種糙米砷含量均超標，其平均值為0.346 mg/kg，其中糙米砷含量最高的是隆兩優1988，為0.550 mg/kg，最低的是荃兩優851，為0.259 mg/kg；而精米砷含量僅有宜兩優粵禾絲苗、豐千鄉優517 和C 兩優755 超標，其余8 個水稻品種均低于國家限量標準，其平均值為0.192 mg/kg，其中精米砷含量最高的是C 兩優755，為0.307 mg/kg，最低的是Q 兩優絲苗，為0.154 mg/kg。糙米砷含量與精米砷含量差異較大，可能是受稻谷深加工的影響，其具體原因有待進一步驗證。

成熟期水稻莖葉鎘、砷含量結果（表1）表明，11 個水稻品種的平均莖葉鎘含量為0.735 mg/kg，其中莖葉鎘含量最高是荃優596，為1.133 mg/kg，最低的是廣泰優粵禾絲苗，為0.353 mg/kg；莖葉砷含量平均值為 1.051 mg/kg，其中莖葉砷含量最高的是宜兩優粵禾絲苗和荃優596，為1.230 mg/kg，最低的是豐兩優四號，為0.749 mg/kg。

表1 11 個水稻品種成熟期各部位的鎘、砷含量 （mg/kg）

2.2 11 個水稻品種的鎘砷富集及轉運系數

11 個水稻品種對鎘、砷的富集及轉運情況如表2所示，各品種糙米對鎘的富集系數范圍為0.244～0.681，平均值為0.444；糙米對砷的富集系數范圍為0.023～0.050，平均值為0.031。鎘從土壤至水稻莖葉的轉運系數范圍為0.560～1.798，平均值為 1.167，鎘從水稻莖葉至糙米的轉運系數范圍為 0.209～0.550，平均值為0.398；砷從土壤至水稻莖葉的轉運系數范圍為0.067～0.111，平均值為0.095，砷從水稻莖葉至糙米的轉運系數范圍為0.240～0.458，平均值為0.333。可見，水稻糙米的鎘富集系數以及鎘從土壤轉運至水稻莖葉的系數遠高于砷，但鎘從水稻莖葉轉運至糙米的系數與砷相差不大。

表2 11 個水稻品種的鎘砷轉運及富集系數

2.3 11 個水稻品種主要經濟性狀及產量表現

對11 個水稻品種主要經濟性狀進行調查，結果（表3）表明，11 個品種的株高平均值為（119.4±2.58）cm，其中荃優596 株高最高，為（135±2.65）cm，廣泰優粵禾絲苗最矮，僅為（108±1.00）cm；11 個品種的穗長平均值為（24.6±0.93）cm，其中Q 兩優絲苗穗長最長，為（25.9±0.22）cm，廣泰優粵禾絲苗最短，為（22.3±1.81）cm。11 個品種結實率相差不大，在（72.5±2.96）%～（80.3±1.61）%之間。11 個品種的有效穗數平均值為（211.4±6.69）萬穗/hm2，其中豐千鄉優517 有效穗最高，為（252.0±3.97）萬穗/hm2，荃優596 最低，為（174.4±6.87）萬穗/hm2。在千粒重方面，11 個品種平均值為（25.1±0.64） g，其中豐兩優四號最重，為（29.6±0.77）g；晶兩優534 最輕，為（21.5±0.22）g。生育期方面11 個品種的平均生育期為131.5 d，其中C 兩優755 生育期最長，為135 d，豐千鄉優517 最短，為125 d。

表3 11 個水稻品種主要經濟性狀及產量

11 個水稻品種實際產量平均值為（9 414.3±21.76）kg/hm2，品種間產量差異顯著，其中豐千鄉優517 產量最高，達到（10 659.9±34.66）kg/hm2，晶兩優534 產量最低，為（8 490.6±16.28）kg/hm2。與平均產量相比，增產的品種有5 個，其中增產超過5%品種有豐千鄉優517和C兩優755；減產的品種有6個，其中減產超過5%的有荃優596 和晶兩優534，減產風險高。

3 討論與結論

在當前土壤重金屬污染形勢依然嚴峻以及尚未找到根本解決辦法的背景下，篩選、培育和推廣重金屬低積累水稻品種是降低稻米重金屬污染風險及重金屬污染耕地安全利用的重要手段。利用當地的主栽水稻品種進行就地篩選，可快速實現重金屬低積累水稻品種的推廣和應用。推廣鎘低積累水稻品種，不需要增加額外投入，也不改變現有種植結構與方式，農民容易接受，投入少，見效快[6]。2014 年湖南省啟動重金屬污染耕地修復試點項目，其中重金屬低積累水稻品種篩選就是重要課題之一。張玉燭等[7]2014—2016年面向社會廣泛征集雙季稻品種285 個，在湖南省重金屬典型污染區進行鎘低積累水稻品種篩選及驗證試驗，共篩選出應急性鎘低積累水稻品種25 個。龔浩如等[8]將湘潭地區種植廣泛的82 個早、晚稻品種進行盆栽試驗，發現早稻品種株兩優729 和兩優早17，晚稻品種豐源優272 和C 兩優7 號，在一般污染區種植稻米鎘含量能夠達到國家標準，在重度污染區域種植未達到FAO/WHO 標準的上限，可在湘潭地區作為應急性低鎘品種推廣使用。劉湘軍等[9]通過田間小區試驗方法，對祁陽縣鎘砷復合污染稻田內18 個水稻品種進行鎘砷累積特性研究，篩選出鎘低積累水稻品種深兩優867 和深優9586，適于在當地輕中度鎘污染稻田的安全利用。張上都等[10]以貴州省水稻耕種區的87 個主栽品種為研究對象，分析供試品種的稻米鎘積累特征并篩選鎘低積累水稻品種，最終篩選出含有鎘低積累主效基因qCd 7.1 位點的9 個水稻品種。王天抗等[11]通過對國內外275 份水稻資源進行篩選，挖掘到在重度鎘污染田籽粒鎘低積累材料珞紅3A 和珞紅4A，并提出了一套選育籽粒鎘低積累水稻新品種的方法。Duan 等[12]于2014—2015 年通過多點試驗，從471 個南方大面積推廣種植的水稻品種中篩選出8個鎘低積累雜交秈稻品種，這些品種糙米鎘含量均低于國家限量標準，具有高產和廣適等優異特性，可在我國南方中輕度鎘污染耕地推廣應用。

該研究以11 個當地主栽品種為試驗對象，通過田間小區試驗在永州市冷水灘區篩選綜合性狀優良且籽粒表現為鎘砷同步低積累的水稻品種。結果表明，廣泰優粵禾絲苗的精米鎘、砷含量均不超標且綜合表現好，可優先在湖南省永州市輕度鎘砷復合污染稻田進行試種。