Cd低累积水稻品种筛选及其吸收积累特征

黄其颖， 傅丽青， 马婧妤， 刘双日， 叶楠， 卢忠诚

(1.金华市耕地质量与肥料管理站，浙江 金华 321017； 2.金华市农产品质量安全中心，浙江 金华 321017)

近年来，土壤重金属污染问题日益严重，污染形势日益严峻[1]。土壤污染不仅对作物的生长发育产生影响，而且会影响作物的产量和品质，我国每年因重金属污染而损失的粮食达1 200万t左右，造成直接经济损失超过200亿元[2]，而且重金属随食物链进入人类体内，会对人类健康造成严重威胁。水稻是世界第二大和我国第一大粮食作物，导致稻米食用成为重金属污染暴露的主要途径之一[3]。因此，稻田土壤重金属污染修复与受污染稻田安全利用问题亟待解决。

有研究表明，重金属在水稻植株内不同器官中重金属的含量顺序为：根部>根茎部>主茎>穗>籽粒>叶部[4]。水稻籽粒重金属含量直接决定农产品是否达到安全标准，而水稻品种、根际环境及农艺措施等都会影响水稻对重金属的吸收，进而影响稻米中的重金属含量[2]。不同水稻品种间具有差异，即使在相同种植条件下对不同重金属吸收和转运也会存在差异，产量也会有所不同。沈其文等[5]研究了18个供试水稻品种重金属吸收量和超标情况，结果发现，早稻中9优547和中稻新两优223品种对Cd、晚稻宜优207对As稻米吸收少，并且处于安全利用标准。在实际生产中，选育重金属低积累作物品种被认为是降低重金属进入人类饮食的一种有效方法[6]。

水稻种植具有一定的惯性，农民常常会选择常年种植的品种，或者从米质和口感的方面去选择种植品种，因此，低积累品种筛选需要在当地农户常用品种中选择适宜的品种进行推广种植。本研究选取浙江省大范围种植的5个水稻品种，开展大田实验，分析同等种植条件下不同水稻品种对重金属Cd吸收积累的差异，旨在筛选出重金属低积累水稻品种，降低水稻重金属富集含量，提升稻米安全利用的价值，为在浙江省不同地区开展水稻品种试验的实际推广与应用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验在浙江省金华市某重金属污染农田示范区进行，试验初期在该试验地中采用“网格布点法”布设9个采样点，采集耕作层0～20 cm土壤，混合均匀，采样过程中避免与金属器具接触。土壤带回实验室后自然风干，去除植物残体、碎石等杂物，四分法取适量，研磨后过尼龙筛备用。土壤基本理化性质如下：土壤pH为5.44±0.19(水∶土2.5∶1)；有机质(52±3.5)g·kg-1；有效磷(18.33±0.89) mg·kg-1；碱解氮(168±4.58) mg·kg-1；速效钾(87.39±2.34) mg·kg-1；重金属Cd全量为(0.58±0.11) mg·kg-1。

供试的5个品种均为浙江省的主栽晚稻品种，分别为：甬优1540(感温籼型三系杂交稻品种)、甬优7850(粳型三系杂交水稻品种)、浙两优274(偏籼型籼粳杂交稻)、甬优15(单季籼粳杂交稻)、吉优353(籼型三系杂交水稻品种)。

1.2 处理设计

依据实际地形划分实验区田块，进行5个品种对比验证实验，每个小区面积100 m2，每个处理设置3次重复，小区间设置保护行，中间设置进水和排水沟。水稻实验品种需要提前育秧，待田块平整后，进行移栽，田间管理措施与当地实际状况保持一致。实验完毕后取3株完整水稻植株样品带回实验室，进行各指标的测定。

1.3 样品采集与处理

土壤pH测定采用土水比为1∶2.5的方法进行；土壤有机质的测定方法为重铬酸钾容量外加热法；土壤有效磷采用HCI-NH4F浸提，分光光度法测定；碱解氮采用碱解扩散法进行测定；土壤速效钾采用中性醋酸铵浸提-火焰分光光度法测定[7]；土壤Cd含量采用王水-HClO4消煮，石墨炉原子吸收光谱法进行测定[8]。

产量测算。水稻成熟期，分别对每个小区的所有水稻穗脱粒并立即称总重，计算小区的实际水稻产量。

Cd消煮及测定。水稻收获时将整株植株用自来水反复冲洗干净，再用蒸馏水继续冲洗后，用20 mmol·L-1的EDTA浸泡15 min左右除去根系表面吸附的重金属离子，再用去离子水冲洗干净，吸干表面水分，将水稻籽粒剪下，装入牛皮袋中，于105 ℃烘箱中杀青30 min，并在70 ℃烘箱中烘干至恒重。水稻籽粒重金属Cd采用优级纯HNO3消解-石墨炉原子吸收光谱法进行测定[9]。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2010进行数据整理与分析，采用Origin 8.5进行图像处理，采用DPS 7.05进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 试验地土壤

根据我国GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》，研究区域土壤重金属含量执行污染风险筛选值，经过初步分析，试验区土壤Cd含量为0.58 mg·kg-1，为标准的0.93倍。表明该研究区域土壤属于安全利用类土壤。

2.2 不同品种水稻籽粒对Cd积累的差异性

如图1所示，试验选取的5个稻米品种对土壤中Cd的吸收富集能力差异较大，其中，吉优353稻米中Cd含量最高，达到0.45 mg·kg-1，显著高于其余4个品种，分别高出221.43%、36.36%、275%和104.55%(P<0.05)。其次为甬优7850，稻米Cd含量达到0.33 mg·kg-1。根据GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》中的重金属国家标准限量值，吉优353稻米中的Cd含量重度超标，甬优7850和甬优15稻米Cd含量轻度超标，甬优1540和浙两优274稻米中Cd含量分别为0.14和0.12 mg·kg-1(图1)，均小于重金属国家标准限量值，达到了农作物安全利用标准。

柱间无相同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)，图2同。

2.3 不同品种水稻籽粒产量的差异性

不同品种水稻在相同的农艺调控措施下产量不同。由图2可知，甬优1540和浙两优274的产量最高，分别达到10 331和10 464 kg·hm-2，显著高于其余3个品种，分别是产量最低品种的1.20和1.22倍。吉优353的产量为5个品种中最低，为8 574 kg·hm-2，显著低于其余4个品种。

图2 不同水稻品种的产量

3 讨论

3.1 不同品种水稻籽粒对Cd积累的差异性

土壤的理化性质直接影响土壤重金属的活性，不同品种水稻的根系对土壤重金属的吸收也有差异性[10]。有研究者发现，水稻对重金属元素的耐受性和吸收能力具有明显的品种差异性[11]。本研究发现，甬优1540和浙两优274稻米中Cd含量均未超标，其余3个品种中Cd含量超标，说明水稻对重金属Cd的吸收富集具有品种差异性，且在本试验选取的5个水稻品种中，甬优1540和浙两优274有利于实现水稻的安全利用，适宜在浙江省进行品种推广。

3.2 不同品种水稻籽粒产量的差异性

在重金属Cd污染土壤上进行水稻品种筛选，不仅要考虑其低积累特性，还要充分考虑其在重金属Cd影响下的产量状况[12]。水稻在高Cd胁迫环境下，会吸收积累土壤中的重金属Cd，从而影响水稻的生长，最终影响水稻产量[13]。不同品种水稻对Cd吸收的机理不同，导致产量也具有一定的差异性[14]。本研究试验土壤条件下，甬优1540和浙两优274的产量最高，显著高于其余3个品种，可推荐这2个水稻品种为适应于浙江省的重金属低积累水稻品种。

4 小结

根据GB 2762—2017中的重金属国家标准限量值，本试验中，有3个水稻品种稻米Cd含量超过标准，其他水稻品种中的重金属Cd含量均在安全利用的范围之内。

在本研究试验土壤条件下，甬优1540和浙两优274的产量显著高于其余3个品种。

综合分析后，甬优1540和浙两优274对重金属Cd的积累性最低，推荐这2个水稻品种为适应于浙江省的重金属低积累水稻品种。