应急性镉低积累水稻品种筛选与验证

张玉烛，方宝华，滕振宁,，陈光辉，刘 洋，凌文彬，向述强，柏连阳

（1. 湖南杂交水稻研究中心，杂交水稻国家重点实验室，湖南 长沙 410125；2. 湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125；3. 湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；4. 株洲市农科所，湖南 株洲 412007；5. 湘潭市农科所，湖南 湘潭 411134；6. 湖南省农业科学院，湖南 长沙 410125）

镉（Cadmium，Cd）是毒性最强和农田污染最为严重的重金属之一，土壤重金属污染不仅严重影响农作物的产量及品种，并能通过食物链富集危害人体健康[1-2]。虽然目前各种生物、物理、化学方法被应用于土壤修复来降低土壤重金属含量，但由于土地面积有限，修复造价昂贵等原因未能有效地应用于大面积农田治理[3]；针对我国中、轻度重金属污染农田面积比例大的情况[4]，筛选耐镉且食用器官低积累农作物品种和改进农艺措施与化学调控技术来缓解镉毒、减少作物镉吸收积累，是保证农产品安全生产，国家粮食安全的重要途径[5-6]。

湖南是农业大省也是粮食生产大省，在国家农业发展和粮食安全保障中占有举足轻重的地位。自2013年初以来，媒体报道的“镉大米”事件引起了社会的普遍关注，2014年中央财政安排专项资金在湖南省启动重金属污染耕地修复试点工作，其中镉低积累水稻品种筛选项目是其中重要课题之一。课题组面向社会广泛征集目前在南方酸性土壤主栽（推）的水稻品种，进行了多年多点大田及盆栽筛选试验，并在湖南不同地区进行了大田验证，为尽快解决“湘米”镉超标危机提供强有力的支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

面向社会广泛征集目前在南方酸性土壤上主栽（推）的水稻品种，2014年，共征集双季稻品种196个，其中早稻60个，晚稻136个；2015年，共征集水稻品种89个，包括早稻38个，晚稻51个。

根据多点联合筛选结果，对2014～2015年筛选得到的应急性低镉积累水稻品种共计25个品种（其中早稻12个，晚稻13个），于2015～2016年在湖南省开展大田验证试验。参试品种见表1。

1.2 试验设计

1.2.1 应急性镉低积累水稻品种筛选试验 试验于2014～2015年双季稻生长季节（3～10月）进行，在湖南省重金属污染严重的长株潭区域，同时兼顾省内其他典型镉污染区，进行盆栽及大田筛选。2014年涉及湖南省水稻研究所四级筛选试验点、湖南农业大学、衡阳、益阳、湘潭、株洲9个盆栽筛选试验点，以及望城、湘潭、攸县、衡东、湘阴、蒸湘区6个大田筛选试验点，各试验点土壤全镉0.4～2.06 mg/kg，有效镉0.14～1.00 mg/kg；2015年扩大筛选规模，在2014年试验点基础上，湖南农业大学，益阳、湘潭、株洲试验点各增加1个高镉土壤筛选试验点，衡阳增加2个高镉土壤筛选试验点，共计15个盆栽筛选试验点，以及望城、湘潭、攸县、衡东、湘阴、长沙县、6个大田筛选试验点，土壤全镉0.41～4.61 mg/kg，有效镉0.24～1.73 mg/kg。

盆栽筛选试验，盆钵选择口径40 cm、底径30 cm、高45 cm。土壤经过粉碎、过筛后每盆装土15 kg。每盆栽植4株，每株2苗，每处理设置4次重复。施肥按2万株/hm2、基肥25%含量的复合肥750 kg/hm2、追肥施尿素120 kg/hm2、钾肥105 kg/hm2，按比例分盆称量、施入、充分混匀土壤，确保不同盆内土壤肥力一致。

大田筛选试验，每处理设置3次重复。试验田多次翻耕，耙平，减小小区土壤镉含量差异。早稻移栽密度16.7 cm×16.7 cm，晚稻16.7 cm×20.0 cm，小区间不空行，移栽每株2苗。底肥按早稻25%含量的复合肥750 kg/hm2，晚稻900 kg/hm2；分蘖肥按早稻尿素75 kg/hm2、钾肥60 kg/hm2，晚稻尿素90 kg/hm2、钾肥75 kg/hm2；早晚稻穗肥均按尿素30～45 kg/hm2、钾肥 30～45 kg/667m2。

盆栽及大田筛选试验全生育期保持湿润灌溉，病虫草害按常规方法防治。

1.2.2 应急性镉低积累水稻品种大田验证 根据筛选结果，于2015～2016年双季稻生长季节（3～10月）进行，在湖南省重金属污染严重的长株潭区域，同时兼顾省内其他典型镉污染区，对应急性镉低积累水稻品种进行大田验证，试验点土壤状况如表2所示。

表2 2015～2016年大田验证土壤状况

试验田选择相邻两丘田，分别进行常规管理及VIP管理，试验田经多次翻耕，耙平，减小小区土壤镉含量差异。早稻移栽密度16.7 cm×16.7 cm，晚稻16.7 cm×20.0 cm，移栽每株2苗。VIP管理模式下，大田耕整时每公顷撒施石灰50 kg/hm2，底肥为碱性缓释复混肥（湖南省土壤肥料研究所研发，湖南宇丰生态工程有限公司提供），早稻750 kg/hm2，晚稻900 kg/hm2，分蘖肥按早稻尿素75 kg/hm2、钾肥60 kg/hm2，晚稻尿素90 kg/hm2、钾肥75 kg/hm2；早晚稻穗肥均按尿素 30～45 kg/hm2、钾肥 30～45 kg/hm2，全生育期保持田间浅水层至收割前7 d断水；常规管理模式下，施肥同大田筛选试验1.2.1，移栽后深水活苗，浅水分蘖，分蘖盛期适时轻晒田，抽穗、灌浆期保持浅水层，蜡熟期保持土壤湿润，至成熟收割前10 d断水。病虫草害按常规方法防治。

1.3 样品采集及测定

品种90%成熟，按品种（重复）单收单晒，同时取土样1 kg，委托湖南省农科院稻米及制品检测中心 按 GB/T 5009.15—2014、NY/T 1377—2007、GB/T 17141—1997和GB/T 23739—2009标准[7-10]，测定糙米镉含量、土壤pH值及镉含量。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2007、Origin 9.0等软件进行统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 应急性镉低积累水稻品种筛选

表3 2014年应急性镉低积累早稻品种平均稻米镉含量 （mg/kg）

表4 2014年应急性镉低积累晚稻品种平均稻米镉含量 （mg/kg）

湖南省农科院组织相关专家进行低镉积累早稻品种筛选评议会，专家一致认为试验达到了镉低积累品种筛选的目的。根据各试验点平均镉含量、超标试验点数和重复次数综合评价方法进行品种评价。2014年参试品种中多个品种镉低积累性状表现较好，其中早稻以湘早籼45号、株两优189、中嘉早17、株两优819、湘早籼32号等5个品种表现最为突出（表3），晚稻以湘晚籼12号、湘晚籼13号、金优59等3个品种表现最为突出（表4），推荐为应急性镉低积累品种。

2015年21个土壤浓度试验点结果基本一致，部分品种在各试验点均表现出较低的糙米镉含量（表5、表6）。沿用2014年筛选推荐标准，推荐早稻品种株两优729、株两优706、两优早17、株两优211、株两优15、潭两优215、湘早籼42号等个品种推荐为早稻应急性镉低积累品种，晚稻推荐H优518、C两优7号、丰源优272、中优9918、金优284、湘菲优8118、两优336、C两优266等品种推荐为晚稻应急性镉低积累品种。

表5 2015年应急性镉低积累早稻品种平均稻米镉含量 （mg/kg）

表6 2015年应急性镉低积累晚稻品种平均稻米镉含量 （mg/kg）

应急性镉低积累品种多个试验点平均稻米镉含量低，较其他品种表现出镉低积累特性，但在部分试验点稻米镉含量却高于其他品种，表明不同品种稻米镉含量受环境影响，其在大田环境下的环境适应性仍需验证。

2.2 应急性镉低积累水稻品种大田验证

2.2.1 2015年应急性镉低积累水稻品种大田验证 应急性镉低积累水稻品种大田验证设多品种常规管理与VIP管理验证两大内容，供试品种为筛选得到的应急性低镉品种和1个对照品种。

从图1中可以看出，2015年在常规栽培模式下，对照品种最高糙米镉含量达0.566 mg/kg，其余品种平均都在0.400 mg/kg以下，幅度为0.315～0.362 mg/kg；VIP模式下，对照品种及湘晚籼45号的平均糙米镉含量均超过国家标准（0.200 mg/kg），分别为0.222 mg/kg和0.233 mg/kg，其余品种平均糙米镉含量均低于国家标准，幅度为0.064～0.129 mg/kg；通过VIP管理模式，6个品种的镉含量大幅度降低，降幅为35.2%～82.3%，其中，湘早籼45号糙米镉含量虽然降幅达35.2%，但平均糙米镉含量仍然超过国家标准，可以认为该品种属于稳定中等偏低型，品种的镉富集受水分和土壤pH值的影响较小，糙米镉含量相对稳定。

晚稻品种镉含量高于早稻，常规管理模式下，湘晚籼12号和金优59糙米镉含量相对较低，但也超过了国家标准（0.200 mg/kg），但未超过国际标准（0.400 mg/kg），对照品种超标严重，达到了0.658 mg/kg；VIP管理模式下，湘晚籼12号和金优59两品种镉含量仍最低，平均稻米镉含量分别为0.181 mg/kg和0.143 mg/kg，湘晚籼13号平均稻米镉含量为0.230 mg/kg，仍未达到国家标准；通过VIP管理模式，4个品种的镉含量大幅度降低，降幅为21.8%～63.0%。

2.2.2 2016年应急性镉低积累水稻品种大田验证2016年双季稻应急性镉低积累水稻品种大田验证品种总数增加，早稻为12个，晚稻13个，同时设置中轻度、重度污染区验证试验。不同水稻品种在不同污染区的稻米镉含量有较大差异，如表7所示。中轻度污染区双季稻平均稻米镉含量在0.059～0.343 mg/kg之间，其中VIP管理下，平均稻米镉含量在0.059～0.211 mg/kg之间，常规管理各试验点稻米镉含量均高于VIP管理，在0.174～0.343之间；重度污染下，常规管理镉含量严重超标，早稻株洲试验点最高达2.613 mg/kg。通过VIP管理，稻米平均镉含量为0.139～0.218 mg/kg，基本能达到国家标准。

图1 2015年应急性镉低积累水稻品种大田验证

表7 2016年不同试验点大田验证平均稻米镉含量 （mg/kg）

2016年早稻验证品种在中轻度污染区两种管理模式稻米镉含量均未超标（图2），但对照品种常规管理模式在衡阳、湘乡、湘阴3个试验点存在超标现象，且中轻度污染区平均稻米镉含量达到0.200 mg/kg，存在超标的危险。镉低积累品种稻米镉含量较低，常规管理下，较对照品种低0.2%～25.0%；重度污染区常规管理下，稻米镉含量超标严重，最高达1.256 mg/kg，最低为1.074 mg/kg，镉低积累品种与对照品种无差异。VIP管理模式下，中嘉早17、株两优729、湘早籼42号、株两优189、湘早籼45号、两优早17等品种表现良好，较对照品种低15.5%～28.2%。

晚稻品种稻米镉污染状况较早稻严重（图3），中轻度污染区常规管理下，参试品种均超过国家标准，但除对照品种（0.500 mg/kg）外，并未超过国际标准0.400 mg/kg。镉低积累品种较对照品种低20.3%～45.3%，镉低积累特性明显。通过VIP管理模式，各品种镉含量大幅度降低，其中湘晚籼12号、湘晚籼13号、H优518、金优59、金优498等品种镉含量均低于国家标准0.200 mg/kg，较对照品种降幅29.2%～45.3%，表现良好；重度污染区常规管理下，稻米镉含量超标严重，对照品种最高达2.293 mg/kg，最低金优59为1.074 mg/kg。VIP管理模式下，对照品种稻米镉含量最高达0.563 mg/kg，应急性镉低积累品种较对照降幅在56.6%～76.0%之间。

图2 2016年应急性镉低积累早稻品种大田验证

图3 2016年应急性镉低积累晚稻品种大田验证

总体上，通过推广应急性镉低积累水稻品种，基本能保证中轻度污染区稻米生产安全，重度污染区通过结合水分管理及酸度调整等栽培技术，能够保证稻米镉含量达到到国际标准，保证粮食安全。

3 结论与讨论

作物对镉的吸收和积累存在基因型差异，筛选镉低吸收品种为在轻度镉污染土壤上持续生产质量安全产品提供了有效可行的途径。截至2016年底，课题组面向社会广泛征集双季稻品种285个，共筛选出应急性镉低积累水稻品种25个，其中早稻品种12个，晚稻品种13个，稻米镉低积累特性优于其他品种。

由于水稻对重金属的吸收和积累存在基因型差异，同时也受环境影响，即基因型与环境因子共同影响水稻籽粒的重金属含量[5]，对筛选得到的应急性镉低积累水稻品种进行大田验证，结果表明，通过推广应急性镉低积累水稻品种，基本能保证中轻度污染区稻米生产安全，但在重度污染区常规管理下，镉低积累品种稻米镉含量较对照品种低，但也严重超过国家标准，镉低积累特性表现不显著。通过结合水分管理及酸度调整等栽培技术，能够保证稻米镉含量达到国际标准，保证粮食安全。

参考文献：

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