粉垄耕作对稻谷富硒营养化及重金属含量的影响

周灵芝　韦本辉　甘秀芹

摘要 以水稻品种特优582为试材，研究常规拖拉机耕作和粉垄耕作2种耕作方式对水稻富硒（Se）营养化及重金属含量的影响。结果表明，粉垄耕作有利于提高水稻产量和经济效益，分别提高了4.19%和6.36%；粉垄稻谷硒（Se）、锌（Zn）元素含量分别增加了78.14%和15.99%；砷（As）、铬（Cr）含量比对照下降；铅（Pb）、总汞（Hg）、镉（Cd）含量比对照增加，其含量在国家标准限量范围内。因此，粉垄耕作稻田对稻谷产生的营养性影响利大于弊。

关键词 粉垄耕作；水稻；富硒；重金属

中图分类号 S341.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）14-0007-03

Abstract The rice variety of Teyou 582 was chosen as the experimental material to research the effects of two tillage methods（conventional and smash-ridging tillage）on selenium nutrition and the heavy metal contents of rice.The results showed that smash-ridging tillage was beneficial to improve the yield and economic benefit of rice，which increased by 4.19% and 6.36% respectively. The contents of Se and Zn increased by 78.14% and 15.99% respectively.The contents of As and Cr decreased，and the contents of Pb，total Hg and Cd increased compared with the control，but were within the limits of national standards. Therefore，the nutritional effects of smash-ridging tillage on rice production has more advantages than disadvantages.

Key words smash-ridging tillage；rice；selenium nutrition；heavy metals

矿物质是构成人体组织和维持正常生理功能必需的各种元素的总称。矿物质按人体所需的多少可分为常量元素如钙、镁、钾等和微量元素如硒、锌、铁等[1]。人体中的矿物质无法自身产生，只能从食物里摄取；而食物中除了含有必需营养元素外可能还含有危害人体的重金属元素，如镉、铅、铬等。稻米是我国大部分人民的主要口粮，其营养元素构成与人体健康紧密相联。水稻与其他作物相比，较易从土壤中吸收和积累重金属[2]，并最终随食物链进入人体，威胁人们健康及生命。因此，其土壤-水稻系统中重金属污染的研究备受关注[3]。土壤中重金属的生物有效性与土壤重金属含量、pH值、Eh值、有机质、微生物及其他共存重金属元素及根分泌物等因素有关[4-6]，还受施肥、灌溉、耕作方式等农业管理措施的影响[7-8]。常同举等[9]研究表明，耕作方式主要通过影响土壤pH值而影响土壤重金屬的有效量及水稻重金属的含量；汤文光等[10]认为冬种模式有促进消减土壤部分重金属污染的趋势，并能一定程度降低糙米Cd、Pb含量。粉垄栽培技术是广西农业科学院经济作物研究所韦本辉团队的一项新发明，该技术利用粉垄机械对耕地进行不同深度的耕作，土壤粉碎均匀一致且下层生土不上翻。韦本辉等[11]研究发现粉垄耕作后水稻土壤中的铜、锌等微量元素含量增加。粉垄耕作是一种新式耕作方法，其在农作物产量方面已有较多的研究[12-19]，但对水稻中硒等营养性元素及重金属含量的影响则未见报道。本文通过大田试验研究，初步了解粉垄耕作对水稻稻谷硒等营养性元素及重金属含量的影响，以期为粉垄水稻安全生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2016年上半年在广西南宁市西乡塘区坛洛镇同富村进行。试验土壤属第四纪红土发育的黄泥田，前作为水稻，其基本理化性状见表1。供试水稻品种为特优582（桂审稻2009010号），由广西农业科学院水稻所提供。供试肥料为硫酸钾型复合肥（纯N、P2O5、K2O含量均为15%，挪威雅苒国际有限公司产，4.4元/kg）、钾肥（K2O含量60%，加拿大产，3.6元/kg）、尿素（纯N含量46%，广西河池化工股份公司产，2.7元/kg）。

1.2 试验设计

试验设4个处理，即粉垄耕作不施肥（A0）；粉垄耕作常规施肥（A1）；常规拖拉机耕作不施肥（CK0）；常规拖拉机耕作常规施肥（CK1）。试验随机区组排列，3次重复，小区面积32 m2（4 m×8 m）。粉垄耕作采用广西五丰机械有限公司的自走式粉垄深耕深松机械在干田时进行粉垄耕作整地，深度28 cm，移栽前1 d灌水至干土吸饱水并保持水深3 cm左右；移栽前1 d进行常规耕作，即在稻田灌水后用传统拖拉机一次性进行浆耙耕作，深度15 cm。小区之间筑田埂，田埂用塑料薄膜深入田土犁底层之下后双面包裹，防止肥水渗流；重复之间及试验区周围设排灌水沟，每小区实行单排单灌。

1.3 试验实施

处理A0、CK0不施肥；处理A1、CK1按常规施肥，施肥水平为纯N 225.0 kg/hm2、P2O5 112.5 kg/hm2、K2O 270.0 kg/hm2；其中基肥施复合肥630.0 kg/hm2，传统种植的拖拉机耙田时施入，粉垄整地的在稻田回水后施入；第1次追肥（混施稻田除草剂）在插秧后7 d，施用尿素120.0 kg/hm2、氯化钾120.0 kg/hm2；第2次追肥在插秧后12 d，施用尿素124.5 kg/hm2、氯化钾142.5 kg/hm2；第3次追肥在幼穗分化前7 d（5月12日），施用复合肥120.0 kg/hm2。

水稻3月14日播种，采用塑盘浆播育秧；4月6日秧苗3叶1心时抛秧，人工精确至960蔸/小区（抛栽密度为30万蔸/hm2），2～3苗/蔸；常规管理，除施肥外所有的田间管理措施一致，7月12日收获。

1.4 测定内容与方法

在试验进行耕作前，按标准取土样（采样深度为0～15 cm），粉垄耕作后再取样1次（采样深度为0～28 cm），均采用梅花五点取样法，充分混合后采取四分法留取1 kg送农业部甘蔗品质监督检验测试中心（南宁）检测土壤养分及重金属含量。水稻收获后从各处理小区混合样中取稻谷1 kg送广西益谱检测有限公司检测稻谷中硒等营养性元素含量及重金属含量。

2 结果与分析

2.1 粉垄耕作对稻田土壤主要理化性状的影响

从表1可以看出，粉垄后土壤中有效硼和铅含量较粉垄前分别下降10.0%和2.4%；全硒、有效锌、总砷、总铬、总汞和镉的含量粉垄后比粉垄前有所增加，增幅为2.9%～20.5%，可能是这些（类）重金属经多年耕作后沉积在犁底层，经粉垄耕作激活释放，含量上升。

2.2 粉垄耕作稻田活化土壤对稻谷硒等营养元素含量的影響

从表2可以看出，处理A1稻谷中硒含量为0.097 8 mg/kg，较CK1稻谷硒含量（0.054 9 mg/kg）增加0.042 9 mg/kg，增幅78.14%。处理A0稻谷硒含量为0.098 7 mg/kg，较CK0的硒含量（0.092 3 mg/kg）增加0.006 4 mg/kg，增幅6.93%。

处理A1稻谷锌含量13.13 mg/kg，较CK1稻谷锌含量（11.32 mg/kg）增加1.81 mg/kg，增幅15.99%。处理A0稻谷锌含量为12.37 mg/kg，较拖拉机耕作不施肥处理（CK0）的锌含量（13.34 mg/kg）减少0.97 mg/kg，降低7.27%。

2.3 粉垄耕作稻田活化土壤对稻谷重金属含量的影响

2.3.1 重金属含量降低。从表2可以看出，处理A1稻谷总砷含量0.33 mg/kg，较CK1的含量（0.53 mg/kg）减少0.2 mg/kg，降低37.74%；处理A0稻谷总砷含量为0.24 mg/kg，较CK0的含量（0.34 mg/kg）减少0.1 mg/kg，降低29.41%。处理A1稻谷铬含量1.8 mg/kg，较CK1的含量（1.90 mg/kg）减少0.1 mg/kg，降低5.26%。处理A1稻谷硼含量3.24 mg/kg，较CK1稻谷硼含量（4.80 mg/kg）减少1.56 mg/kg，降低32.50%。处理A0稻谷硼含量为3.78 mg/kg，较CK0的硼含量（3.87 mg/kg）减少0.09 mg/kg，降低2.33%。在不施肥处理中，粉垄空白（A0）稻谷的总汞、镉、铅含量均较空白对照（CK0）的含量下降，降低40.00%～78.24%。

2.3.2 重金属含量增加。从表2可以看出，处理A1稻谷总汞含量0.006 0 mg/kg、镉含量0.005 1 mg/kg，分别较CK1增加17.647 1%、6.250 0%，但均未超过国家粮食卫生标准《食品中污染物限量》（GB2762—2012）规定的指标（糙米汞限量 ≤0.02 mg/kg、镉限量≤0.1 mg/kg）。

铅含量在CK1中未检测到，在处理A1稻谷中含量为0.006 3 mg/kg，在国家粮食卫生标准《食品中污染物限量》（GB2762—2012）规定的安全指标范围内（糙米铅限量 ≤0.2 mg/kg）；处理A0稻谷铅含量为0.015 mg/kg，较CK0的铅含量（0.025 mg/kg）减少0.01 mg/kg，减幅为40.0%。

2.4 粉垄耕作稻田的效益

从表3可以看出，处理A1稻谷的产量和产值分别为6 268.50 kg/hm2、15 044.40元/hm2，较CK1增加4.19%，经济效益较CK1增加6.36%；空白不施肥时，粉垄水稻的产量、产值和经济效益比常规耕作都增加了7.97%。这与韦本辉等[20]在粉垄整地不施肥种植的玉米、花生比拖拉机整地的产量增加12%、8%的结果相一致。

3 结论与讨论

研究结果表明，粉垄耕作后水稻的产量、经济效益增加，这对农民的增产增收有重要意义。分析粉垄耕作稻田对稻谷产生的影响，营养性元素总体水平提高，部分有害元素如砷、铬含量下降，且砷含量降低幅度达37.74%；也有有害重金属元素可能被活化，使稻谷中的重金属含量增加，如汞、镉含量有所提高，但增幅都在20%以下，其中镉为6%左右；其含量在国家标准限量范围内。因此，粉垄耕作稻田对稻谷产生的营养性影响利大于弊。

研究表明，水稻对不同重金属元素的吸收、水稻植株不同器官对重金属的吸收和积累也均有差异。仲维功等[21]通过比较不同重金属元素的富集系数后得出，水稻植株对 4 种重金属元素吸收富集和迁移能力的大小顺序为 Hg>Cd>Pb>As。王世华等[22]在重金属复合污染条件下的研究显示，籽实对重金属元素富集系数为 Cd>Zn>Cu>Pb。叶秋明等[23]通过对15个水稻品种的研究发现，Cd在水稻植株中的分布遵循根系>茎叶>籽粒的规律。刘建国等[24]的研究则认为，水稻抽穗后，根系对重金属Pb的富集量增加很少，而茎叶对Pb的富集量继续增加，致使水稻根系、茎、叶片之间重金属Pb的平均浓度从抽穗期的60∶5∶1缩小至成熟期的19.4∶2.9∶1.0。前人研究还表明，农艺调控措施也可以影响水稻对重金属的吸收。沈 欣等[25]发现低镉积累品种种植、全生育期淹水灌溉和施用生石灰调节土壤pH值3种农艺调控措施组合降低水稻吸收与累积镉的效果最佳，与对照相比，3种措施组合处理的糙米镉含量降低了61.5%，稻壳镉含量降低了70.9%。

本试验中，粉垄后土壤中硒、锌、汞、砷、铬和镉等元素含量上升，但由于受上述种种因素的影响，最终各个元素在稻谷中累积的表现各有不同。粉垄耕作的稻谷硒、锌含量均比对照增加，表明粉垄土壤在增加硒、锌含量的同时，稻谷也增加了对硒、锌元素的吸收。硒是一种与人体多种疾病相关的、非常重要的必需微量元素之一，被国内外科学家们誉为人类“抗癌之王”“长寿元素”等[26]；锌也是人体必需的微量元素之一，被医学界、营养学界称为“生命之花”“智能元素”[27]。粉垄稻谷中硒、锌含量增加，对人体健康非常有益。

粉垄稻谷中硼的含量下降，与粉垄土壤中硼元素含量下降的表现相一致。硼元素在自然界广泛存在，1995年FAO/WHO把硼分类为人体可能必需元素。微量硼可以促进人体的新陈代谢，但过量的硼摄入会引起中毒甚至死亡，WHO推荐成人日摄入量安全范围为1～13 mg[28]。本试验中粉垄耕作后稻谷硼含量下降，这对人类是利是弊尚待医学界进一步论证。

本试验中，粉垄后土壤和稻谷中中汞、镉元素的变化趋势一致，即粉垄后其含量均较对照增加；而砷、铬的变化则不一致：粉垄土壤砷、铬含量较对照增加，但粉垄稻谷的砷、铬含量则较对照下降。这可能与重金属元素的特性、水稻各器官对重金属元素的吸收差异、环境条件等因素的单一或相互作用有关。今后，粉垄耕作应针对不同作物种类对不同重金属元素在土壤—作物的迁移、作物各器官的吸收、富集等动态变化进行多年定位追踪，以进一步明确粉垄耕作后重金属元素对作物产品安全性、营养性的影响。

4 参考文献

[1] 马凤楼，赵法伋，郭俊生，等.矿物质，不可少[J].科学世界，2008（1）：13.

[2] ZENG F R，MAOY，CHENG W D，et al.Genotypic and environmental variation in chromium，cadmium and lead concentrations in rice[J].Environmental Pollution，2008，153（2）：309-314.

[3] 崔孝强，阮震，刘丹，等.耕作方式对稻—油轮作系统土壤理化性质及重金属有效性的影响[J].水土保持学报，2012，26（5）：73-77.

[4] 普锦成，符娟林，章明奎.土壤性质对水稻土中外源镉与铅生物有效性的影响[J].生态环境，2008，17（6）：2253-2258.

[5] 宗良纲，徐晓炎.水稻对土壤中镉的吸收及其调控措施[J].生态学杂志，2004，23（3）：120-123.

[6] ZENG F R，ALIS，ZHANG H T.The influence of pH and organic mattercontent in paddy soil on heavy metal availability and theiruptake by rice plants[J].Environmental Pollution，2011，159（1）：84-91.

[7] 周利强，尹斌，吴龙华，等.有机物料对污染土壤上水稻重金属吸收的调控效应[J].土壤，2013，45（2）：227-232.

[8] 王昌全，代天飞，李冰，等.稻麦轮作下水稻土重金属形态特征及其生物有效性[J].生态学报，2007，27（3）：889-897.

[9] 常同举，崔孝强，阮震，等.长期不同耕作方式对紫色水稻土重金属含量及有效性的影响[J].环境科学，2014，35（6）：2381-2391.

[10] 汤文光，唐海明，罗尊长.不同种植模式对稻田土壤重金属含量及晚稻稻米品质的影响[J].作物学报，2011，37（8）：1457-1464.

[11] 韦本辉，甘秀芹，陈保善，等.农耕新方法粉垄整地土壤速效养分研究[J].广东农业科学，2011（17）：42-45.

[12] 韦本辉，刘斌，甘秀芹，等.粉垄栽培对水稻产量和品质的影响[J].中国农业科学，2012，45（19）：3946-3954.

[13] 韦本辉，甘秀芹，陈耀福，等.稻田粉垄冬种马铃薯试验[J].中国马铃薯，2011，25（6）：342-344.

[14] 靳晓敏，杜军，沈润泽，等.宁夏引黄灌区粉垄栽培对玉米生长和产量的影响[J].农业科学研究，2013，34（1）：50-53.

[15] 甘秀芹，韦本辉，申章佑，等.桑树粉垄栽培的根系、植株及产量性状表现[J].浙江农业科学，2011（3）：705-707.

[16] 聂胜委，张玉亭，汤丰收，等.粉垄耕作对潮土冬小麦生长及产量的影响初探[J].河南农业科学，2015，44（2）：19-21.

[17] 韦本辉，甘秀芹，申章佑，等.粉垄栽培甘蔗试验增产效果[J].中国农业科学，2011，44（21）：4544-4550.

[18] 吕军峰，韦本辉，侯慧芝，等.2013.农作物粉垄栽培及在旱作农业中的作用[J].甘肃农业科技，2013（10）：43-44.

[19] 刘贵文，黄樟华，韦本辉，等.粉垄技术对木薯生长发育和产量的影响[J].南方农业学报，2011，42（8）：975-978.

[20] 韦本辉，甘秀芹，陈保善，等.粉垄整地与传统整地方式种植玉米和花生效果比较[J].安徽农业科学，2011，39（6）：3216-3219.

[21] 仲维功，杨杰，陈志德，等.水稻品种及其器官对土壤重金属元素 Pb、Cd、Hg、As积累的差异[J].江苏农业学报，2006，22（4）：331-338.

[22] 王世华，罗群胜，刘传平，等.叶面施硅对水稻籽实重金属积累的抑制效应[J].生態环境，2007，16（3）：875-878.

[23] 叶秋明，李军，黄元财，等.15个水稻品种对镉的积累特性[J].浙江农业科学，2015，56（8）：1156-1159.

[24] 刘建国，李坤权，张祖建，等.水稻不同品种对铅吸收、分配的差异及机理[J].应用生态学报，2004，15（2）：291-294.

[25] 沈欣，朱奇宏，朱捍华，等.农艺调控措施对水稻镉积累的影响及其机理研究[J].农业环境科学学报，2015，34（8）：1449-1454.

[26] 陆黎明，黄志坚.硒的营养研究进展动物营养[J].动物科学与动物医学，2004，21（6）：41-42.

[27] 李阁，韩冰.锌缺乏与人体健康[J].菏泽医学专科学校学报，2009，21（4）：82-83.

[28] 郭金芝，马杰，张丽薇，等.吉林省市售四类食品中硼含量调查分析[J].中国卫生检验杂志，2016，26（19）：2854-2856.