轻度镉胁迫下不同水稻品种籽粒镉富集及产质量差异研究

何玉亭,李 浩,谢丽红,钟文挺,孙 娟,孙加威,张 成

(成都市农业技术推广总站，四川 成都 610041)

随着我国工农业的快速发展，农田和作物重金属污染日趋严重，土壤污染导致农产品重金属超标威胁到人类健康[1-2]。重金属镉为植物生长发育非必需元素，是毒性最强的重金属元素之一[3]。推广应用水稻安全品种被认为是当前解决镉污染农田安全生产行之有效的途径之一[4]。因此，本研究选取23个水稻品种，探讨轻度镉胁迫下不同水稻品种间籽粒镉富集及产质量差异，筛选出低镉富集高产水稻品种，为轻度镉污染区安全种植生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地处于亚热带湿润季风气候区，岷江中上游川西平原西部。土壤类型为水稻土，土层深厚，地力水平中上，肥力均匀，灌溉排水条件良好。试验前采集0～20cm耕层土样，检测结果表明：土壤pH值为6.38，总镉含量为0.42mg/kg。根据国家《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)(代替95标准)，pH值小于6.5时镉限量为0.4mg/kg，试验地属于轻度镉污染土壤。

1.2 供试水稻品种

基于前期试验成果，并结合成都市2018年主推水稻品种，选取川优6203、川作优8727、川作优1727等23个水稻品种。其中早熟品种2个，中熟品种5个，晚熟品种15个，具体如表所示。

表1 试验地土壤镉污染情况

表2 供试水稻品种及生长期情况

1.3 试验设计

本试验于2018年4月开始至2018年9月结束，试验采取完全随机区组设计，设置23个处理，每个处理3次重复，共69个小区，每个小区面积20m2，小区间留距50cm。试验地块周围留足保护行。

1.3.1 底肥 所有处理水稻均用氯钾型三元复合肥(15-15-15)35kg/667m2作底肥，肥料重金属检测结果符合国家要求，具体如表3、表4所示。

表3 肥料重金属含量(mg/kg)

表4 肥料重金属限量标准(mg/kg)

1.3.2 追肥 返青期每667m2用尿素(N 46%)6kg，拔节期667m2用尿素(N 46%)5kg、氯化钾15kg作追肥。

栽培规格、种植密度、防病虫、灌溉、晒田均按当地习惯与作物实际需求进行常规田间管理。

1.4 样品采集及小区测产

由于各品种生育期有差异，每个品种成熟后及时采集水稻籽粒样品。水稻籽粒每个品种取样8穴(不取边行)编号晾晒，自然风干，分别测定稻米重金属镉含量。

待籽粒取样后，各小区单独进行收割，现场测定产量(湿重)，利用水分检测仪，检测水稻籽粒水分含量，折算成标准水分含量后进行产量换算。

1.5 测定指标及方法

测定指标包括水稻籽粒镉含量、土壤pH及全镉含量。水稻籽粒镉的测定参照《食品安全国家标准食品中镉的测定》(GB/T5009.15-2003)，土壤镉检测参照国家标准《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》(GB/T 17141)，仪器使用德国耶拿火焰-石墨炉原子吸收光谱仪(jena-ZEEnit700P型)。采用赛多利斯(PB-10型)pH测量计测定土壤pH值(水土比为1∶2.5)。

1.6 水稻籽粒重金属富集指数及质量安全水平评价方法

水稻籽粒镉富集指数=籽粒镉含量/土壤全镉含量[5]

依据《食品安全国家标准》(GB2762-2017)和全国农产品产地土壤重金属安全评估技术规定，水稻籽粒镉质量安全水平采用单因子指数法计算得到，具体如下。

1.6.1 评价方法 评估方法采用农产品单因子指数法，农产品单因子指数计算公式如下：

式中：Ei为水稻籽粒中重金属i的单因子指数；Ai为农产品中重金属i的实测浓度；Si为农产品中重金属i的限量标准值。

1.6.2 等级划分 水稻籽粒镉质量安全水平等级划分为3个等级，具体如表5所示。

表5 农产品质量等级划分依据

1.7 数据处理

所得数据用统计软件DPS15.1进行方差分析和LSD多重比较，检验不同处理间差异的显著性，用Microsoft Excel 2010进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 各水稻品种籽粒镉含量及质量安全水平分析

如表所示，不同水稻品种(系)籽粒镉平均含量存在差异，镉平均含量变幅为0.081～0.474mg/kg，质量安全水平不一。超过标准限量值的有11个品种，包括严重超标品种2个，分别为9号和18号品种，轻微超标品种9个，其余12个品种籽粒镉均不超标。镉平均含量最低的品种为16号蜀优217，除与其中8个品种(2、3、4、7、17、19、20、22号)差异不显著外，均显著低于其余14个品种；镉平均含量最高的为9号泸优11092，除与18号德优4727差异不显著外，均显著高于其余21个品种。

表6 不同水稻品种籽粒镉平均含量与质量安全水平

2.2 不同水稻品种产量及镉富集系数差异

如表7所示，不同水稻品种的产量和镉富集指数存在一定差异。产量变幅为484.1～624.8kg/667m2，均值为559.0kg/667m2，产量高于均值的品种有11个，其中以11号宜香优2115最高(624.8kg/667m2)，除与其他3个品种(川作优1727、德优4727、泸优11092)差异不明显外，均显著高于其余品种，产量最低的为宜香优2084，仅484.1kg/667m2，除与泸香优104和川作优619差异不大外，显著少于其余品种。

镉富集指数变幅为0.19～1.13，均值为0.51，以蜀优217镉富集指数最低，除与7个品种(德香4103、川作优1727、旌优127、泸香优104、旌优727、川作优6203、天优华占)差异不明显外，均显著小于其余品种；镉富集指数最高的为泸优11092，除与德优4727无明显差异外，均显著高于其余品种。

表7 不同品种水稻产量及镉富集指数

2.3 水稻产量与籽粒镉富集系数的相关关系

水稻籽粒镉富集系数是反映水稻品种镉富集能力的重要指标，在生产中水稻产量和镉富集能力是影响水稻能否在镉污染区种植的两个重要因素[6]。为探明轻度镉胁迫下水稻产量与镉富集能力的相关性，以参试23个水稻品种产量与对应籽粒镉富集系数进行了相关性分析(图1)，结果表明，水稻产量与籽粒镉富集系数之间不存在显著相关性，说明水稻镉的富集不会对产量造成明显影响，在生产中可以通过选择高产低镉富集水稻品种用于镉污染区种植。

产量(kg/667m2)图1 水稻产量与镉富集系数的相关性

2.4 水稻品种间(系)籽粒产量与镉富集系数的聚类分析

选取产量与籽粒镉富集系数两个变量进行聚类分析，结果将参试水稻品种大致划分为3个类型。第1类有3个品种，该类品种产量较低，包括1个富集能力较强品种(5号)和2个富集能力较弱品种(4号、12号)；第2类有16个品种，产量中等，下分3个亚组，1小组产量中等偏上水平，包括2个富集能力较强品种和3个富集能力较弱品种(17号、20号、21号)，2小组产量中等水平，包括2个富集能力较强品种(6号、14号)和3个富集能力较弱品种(13号、16号、19号)，3小组产量中等偏下水平，包括3个富集能力较强品种(1号、10号、22号)和3个富集能力较弱品种(3号、7号、15号)；第3类有4个品种，该类品种产量较高，包括2个富集能力极强品种(9号、18号)、1个富集能力较强品种(11号)和1个富集能力较弱品种(2号)。

图2 水稻产量与镉富集系数的聚类分析

3 结论

本试验条件下，不同品种水稻产量、籽粒镉含量及富集系数存在较大差异，其变幅分别为484.1～624.8kg/667m2、0.081～0.474mg/kg、0.19～1.13，最高值与最低值分别相差1.29倍、5.85倍、5.95倍，轻度镉胁迫下水稻产量与籽粒镉富集能力不存在显著相关性。依据籽粒产量和籽粒镉富集能力进行聚类分析，初步筛选出籽粒产量较高、籽粒镉富集能力较弱品种1个(2号川作优1727)，产量中上、富集能力较弱品种3个(17号德香4103、20号川作优6203、21号蓉18优447)，产量中等、富集能力较弱品种3个(13号宜香优4245、16号蜀优217、19号冈优725)，可用于轻度镉污染区种植。