孕穗期淹水处理对不同水稻品种镉富集转运特性的影响

匡 炜，魏 征，刘 洋，戴 力，赵 杨，张玉烛，方宝华

（1. 湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125；2. 湖南杂交水稻研究中心，湖南 长沙 410125）

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着工业污染、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，由工业废水和生活废水导致的土壤重金属污染日益严重[1-3]。 目前，影响最为严重的是重金属镉（Cd）污染。据2014年环境保护部联合国土资源部公布的数据可知，全国的耕地土壤重金属点位超标率为19.4%，其中镉超标率高达7.0%[4]。镉是一种抑制植物生长且又易被植物吸收和积累、在环境中迁移和转化性强的重金属污染物[5-10]。

水稻是我国重要的粮食作物之一，也是单产最高的粮食作物，种植面积和总产量分别占粮食作物面积和总产的27.4%和36.1%[11-12]。水稻对镉非常敏感，当种植在镉污染的土壤中时，镉会大量富集于水稻根、茎、叶和穗中，抑制水稻的正常生长发育，最后降低产量和品种[13-15]。当稻米被镉严重污染后，便无法正常食用，最终导致粮食危机加重。探寻简单有效地稻米降镉技术，使稻米达到食品安全标准已迫在眉睫。目前，可通过水分调控以及施加有机肥、土壤调理剂、叶面阻控剂等方式来降低稻米镉含量[16-18]，其中水分调控是最简单且有效的方法[19]。已有大量的研究证明，合理的水分灌溉不但能保障水稻正常生长发育，稳定稻米产量及品质，还能够有效降低稻米镉积累[20-22]。

孕穗期是营养生长转向生殖生长的过度生育期，此时稻株生长最为迅速，会吸收大量的各种元素和水分，并且该时段的生长发育会直接影响最终产量。笔者以农香42、玖两优黄华占、耘两优玖48、桃优香占为供试水稻品种，在关键的孕穗期探究淹水处理和常规水分管理模式对镉污染耕地中水稻各部位镉富集和转运特性的影响，旨在为今后通过水分调控降低稻米镉含量提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及供试品种

试验于2019年在宁乡市双江口镇白玉村进行。试验土壤镉含量0.46 mg/kg，pH值 6.1。供试水稻品种为农香42（V1）、玖两优黄华占（V2）、耘两优玖48（V3）、桃优香占（V4），均为当地主栽品种，由湖南省水稻研究所提供。

1.2 试验设计

采用二因素裂区设计（水分管理模式为主区；品种为裂区），每个品种设置2种水分管理模式：D1，正常水分管理；D2，田块全程淹水管理。每个处理3次重复，共24个小区。每个小区长宽为5 m×10 m。施肥方式按照当地习惯进行。

1.3 样品采集及测定

于水稻孕穗期采集水稻植株和土样。土壤根据五点取样法取样，然后采用火焰原子吸收法测定有效镉含量；调查100穴水稻的分蘖数，计算单穴平均分蘖数，每小区按照五点取样法取5穴，将样品按照根、茎鞘和叶分开，于105℃烘箱中杀青30 min，在80℃下烘干至恒重，然后采用火焰原子吸收法进行不同植株部位的镉含量测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft exce 2016和SPSS 24软件对试验数据进行整理分析，试验数据以“平均数±标准差”的形式表示。采用公式（1）和（2）计算镉富集系数和镉转运系数。

富集系数越大，表示水稻积累重金属能力越强[23]。 转运系数表示镉由根部转运、分配到地上部位的能力；转运系数越高，表示重金属从根部转运到地上部位的能力越强[23-24]。

2 结果与分析

2.1 淹水处理对植株各部位镉含量的影响

由表1可知，2种水分管理模式下，淹水处理（D2）的根、茎秆和叶的镉含量均低于常规水分处理（D1），其中根和茎秆差异达到显著水平，表明淹水处理能够显著降低水稻根茎的镉含量。从品种来看，V1、V2品种水稻植株各部分的镉含量相对高于V3、V4；根中的镉含量以V1品种最高，其次是V2品种，二者显著高于V3、V4品种的；茎秆和叶中镉含量均为V2品种最高，显著高于其他3个品种的。综合分析，水分管理模式对根、茎秆的镉含量影响极显著，对叶中镉含量影响不显著；而品种以及水分管理模式与品种的交互作用对根、茎秆、叶的镉含量影响均极显著。

表1 水稻根茎叶镉含量

2.2 淹水处理对各部位镉富集系数和转运系数的影响

从表2可知，各处理水稻茎对镉的富集系数和转运系数差异极显著（P＜0.01）；根的镉富集系数均都大于1；茎秆的镉富集系数范围为0.13~1.24，平均为0.38；叶的富集系数范围为0.10~0.63，平均为0.22；各部位对镉的富集系数表现为根＞茎秆＞叶，表明根积累镉的能力最强，叶积累镉的能力最差。在淹水处理下，植株各部位对镉的富集系数均低于常规水分管理。水分管理模式对茎秆镉富集系数影响显著外，其他的均影响不显著，而不同品种之间对各部位的富集系数和转运系数的影响均在显著差异。2个因素及其交互作用对茎秆的镉富集系数均有极显著影响。

从表2还可看出，各处理镉从根到茎秆的转运系数为0.08~0.54，平均为0.16；镉从茎秆到叶的转运系数为0.05~0.28，平均为0.12；根—茎秆的转运系数显著高于茎秆—叶的转运系数（F=12.10，P＜0.05）。2种水分管理模式下均以V2品种的转运系数最高，V4品种的最低；总体来看，淹水处理的镉转运系数低于常规水分管理的转运系数。

表2 水稻根茎叶富集系数与转运系数

2.3 各指标间的相关性分析

从表3可知，富集系数与各个指标均存在显著相关性，其中与根镉含量、茎秆镉含量呈极显著相关性，与转运系数和叶镉含量呈显著相关性；而转运系数与茎秆镉含量、叶镉含量呈极显著相关性，与根镉含量没有显著相关性。水稻植株孕穗期对镉的富集能力最主要是受到根和茎秆的影响，而转运系数主要受到茎秆和叶的影响。

表3 各指标的相关性系数

3 结论与讨论

淹水处理能够降低水稻根、茎秆和叶的镉含量，这与陈江民等[25]的结论相似，其中主要是显著降低了根和茎秆的镉含量，与常规水分管理相比，根镉含量降低了28.57%，茎秆镉含量降低了56.25%；淹水处理也能够降低水稻植株对镉的富集和转运能力，主要表现为茎秆镉富集系数显著降低，降幅可达62.10%。水稻植株对镉的富集主要是靠根和茎秆，而叶对镉富集能力比较弱，与前人研究结果一致[26-27]；植株吸收镉后，在孕穗期主要从根部转移到茎秆，而叶中含量相比根茎非常低。综合比较分析发现，富集系数主要受根和茎秆影响，转运系数主要受茎秆和叶的影响。

研究还发现，耘两优玖48（V3）、桃优香占（V4）2个品种对镉的吸收转运能力弱于农香42（V1）、玖两优黄华占（V2）2个品种，在今后研究中可以加强不同水稻品种对镉吸收能力强弱的机理研究，探明对镉吸收影响的关键因素。