镉、砷低积累水稻品种筛选及其田间表现评价

刘超超，罗正良，文 军，文有明，周 昆

（1. 永州市冷水滩区农业农村局，湖南 永州 425000；2. 湖南省水稻研究所，农业农村部长江中下游籼稻遗传育种重点实验室，湖南 长沙 410125）

水稻是我国第一大粮食作物，全国约2/3 的人口以稻米为主食。随着现代工农业的快速发展以及城市化进程的推进，我国农田土壤的重金属污染问题日益严重，稻米镉超标事件频繁发生，严重威胁着人们的健康。2014 年《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国约有2 000 万hm2耕地受到了不同程度的重金属污染，全国耕地点位超标率为19.4%，其中土壤中砷的超标率为2.7%，镉的超标率达到7.0%，重金属污染形势严峻[1-3]。湖南是粮食生产大省，其水稻生产在确保我国粮食安全中具有重要的地位，湖南也是“有色金属之乡”，其有色金属行业在发展国民经济的同时，也造成了耕地污染和农产品重金属污染，是我国耕地和农产品重金属污染问题最典型的区域之一[4]。自2013 年媒体报道的“镉大米”事件以来，稻米等农产品重金属污染问题引起了社会的极大关注，如何生产出安全稻米成为目前亟待解决的问题[5]。因此，笔者在世界银行贷款湖南省农田污染综合管理项目的支持下，2021 年以初步验证为镉砷同步低吸收的水稻品种、推荐应急性镉低积累水稻品种和永州当地主栽品种等11 个水稻品种为材料，通过田间小区试验筛选综合性状优良且籽粒表现为镉砷低积累的水稻品种，为项目区域内污染耕地镉、砷低积累水稻品种筛选应用及稻米安全生产提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以湖南省水稻研究所初步鉴定出的镉砷同步低吸收水稻品种、湖南省农业农村厅推荐的应急性镉低积累水稻品种和永州当地主栽品种共11 个水稻品种为材料开展镉砷低积累水稻品种筛选试验，供试品种分别为丰两优四号、宜两优粤禾丝苗、广泰优粤禾丝苗、丰千乡优517、Q 两优粤农丝苗、荃优596、荃两优851、Q 两优丝苗、C 两优755、晶两优534 和隆两优1988。

1.2 试验地基本情况

田间小区筛选试验于2021 年5—11 月在湖南省永州市冷水滩区进行。试验田块排灌方便，不受人类活动的不良干扰和影响，田块形状规则，以往多年农作物生长成熟均表现一致。试验田pH 值6.86，水解性氮238.2 mg/kg，有效磷1.7 mg/kg，速效钾112.2 mg/kg，全氮2.26 g/kg，全磷0.64 g/kg，全钾16.68 g/kg，有机质含量51.74 g/kg，土壤总镉含量0.63 mg/kg，土壤总砷含量11.1 mg/kg。

1.3 试验设计

每个品种均开展小区试验，小区面积20 m2，小区间以空行分开，3 次重复，重复间留0.8 m、处理间留0.6 m 宽的过道，随机区组排列，不设对照（互为对照）。试验前匀田平田3 次，以保证田块平整，土壤理化性质和土壤污染程度相对均匀。试验品种于5月15 日播种，6 月18 日移栽插栽，株行距20 cm×26.7 cm，所有水稻品种统一水肥管理。施用底肥（复合肥15 ∶15 ∶15）30 kg/667m2，插秧后7～10 d 施用追肥（尿素）10 kg/667m2；采取清洁水源（灌溉水镉含量＜1 μg/L，砷含量＜10 μg/L）进行常规灌溉管理（即水稻移栽—返青期和灌浆期后浅水管理，分蘖盛期晒田1 次，时间为15 d，孕穗—灌浆期深水管理，黄熟期晒田落干），病虫草害以预防为主，其他农事操作采用当地近年常规习惯进行。

1.4 项目测定及方法

1.4.1 土壤理化性质及镉砷含量测定 土壤样品于水稻种植季结束后，按照“S”取样法取小区试验田块基础土样，委托湖南省农业科学院农化检测中心检测土壤理化性质及镉、砷含量，检测方法参照《土壤分析技术规范》（2006）、GBIT17134—1997 和GB/T23739—2009 等进行。

1.4.2 植株、糙米及精米镉砷含量检测 水稻成熟期按小区收获稻谷，晒干后碾成糙米和精米进行镉、砷含量检测，糙米精米镉、砷含量测定参照GB5009.268—2016 进行；同时采集植株样品，烘干粉碎后进行镉、砷含量检测，检测方法参照 GB 5009.15—2014 食品安全国家标准食品中镉的测定进行。检测机构也为湖南省农业科学院农化检测中心。

1.4.3 主要经济性状及产量 调查各品种的生育期和有效穗，并在水稻成熟期在各小区取代表性植株10株进行室内考种，考查千粒重、结实率、株高和穗长等主要经济性状指标；水稻成熟后分小区收割，稻谷晒干风净后折算单位面积产量。

1.5 数据处理与统计分析

试验数据为3 次重复的平均值，稻谷镉砷含量取3 次重复中的最高值。采用WPS 软件对数据进行整理和统计分析。根据收获的成熟期稻米镉、砷含量，与所对应的生长土壤中镉、砷含量，运用公式（1）～（2）计算稻米镉、砷的富集系数及转运系数。

2 结果与分析

2.1 11 个水稻品种镉砷含量情况

对成熟期水稻植株、糙米和精米的镉、砷含量进行测定，由于水稻镉砷含量积累容易受环境影响，加上研究的是污染元素的含量，因此取3 次重复中的最高值作为品种中该元素的含量数据，由表1 可知，参试11 个水稻品种仅有广泰优粤禾丝苗和C 两优755的糙米、精米镉含量低于国家限量标准（0.2mg/kg），其余9 个水稻品种镉含量均超标。11 个水稻品种糙米镉含量平均值0.28 mg/kg，其中糙米镉含量最高的品种是丰两优四号，达到0.429 mg/kg，最低的是C 两优755，为0.154 mg/kg；精米镉含量平均值为0.274 mg/kg，精米镉含量最高和最低品种也分别是丰两优四号和C 两优755，可见糙米镉含量与精米镉含量有较大相关性。11 个水稻品种糙米砷含量均超标，其平均值为0.346 mg/kg，其中糙米砷含量最高的是隆两优1988，为0.550 mg/kg，最低的是荃两优851，为0.259 mg/kg；而精米砷含量仅有宜两优粤禾丝苗、丰千乡优517 和C 两优755 超标，其余8 个水稻品种均低于国家限量标准，其平均值为0.192 mg/kg，其中精米砷含量最高的是C 两优755，为0.307 mg/kg，最低的是Q 两优丝苗，为0.154 mg/kg。糙米砷含量与精米砷含量差异较大，可能是受稻谷深加工的影响，其具体原因有待进一步验证。

成熟期水稻茎叶镉、砷含量结果（表1）表明，11 个水稻品种的平均茎叶镉含量为0.735 mg/kg，其中茎叶镉含量最高是荃优596，为1.133 mg/kg，最低的是广泰优粤禾丝苗，为0.353 mg/kg；茎叶砷含量平均值为 1.051 mg/kg，其中茎叶砷含量最高的是宜两优粤禾丝苗和荃优596，为1.230 mg/kg，最低的是丰两优四号，为0.749 mg/kg。

表1 11 个水稻品种成熟期各部位的镉、砷含量 （mg/kg）

2.2 11 个水稻品种的镉砷富集及转运系数

11 个水稻品种对镉、砷的富集及转运情况如表2所示，各品种糙米对镉的富集系数范围为0.244～0.681，平均值为0.444；糙米对砷的富集系数范围为0.023～0.050，平均值为0.031。镉从土壤至水稻茎叶的转运系数范围为0.560～1.798，平均值为 1.167，镉从水稻茎叶至糙米的转运系数范围为 0.209～0.550，平均值为0.398；砷从土壤至水稻茎叶的转运系数范围为0.067～0.111，平均值为0.095，砷从水稻茎叶至糙米的转运系数范围为0.240～0.458，平均值为0.333。可见，水稻糙米的镉富集系数以及镉从土壤转运至水稻茎叶的系数远高于砷，但镉从水稻茎叶转运至糙米的系数与砷相差不大。

表2 11 个水稻品种的镉砷转运及富集系数

2.3 11 个水稻品种主要经济性状及产量表现

对11 个水稻品种主要经济性状进行调查，结果（表3）表明，11 个品种的株高平均值为（119.4±2.58）cm，其中荃优596 株高最高，为（135±2.65）cm，广泰优粤禾丝苗最矮，仅为（108±1.00）cm；11 个品种的穗长平均值为（24.6±0.93）cm，其中Q 两优丝苗穗长最长，为（25.9±0.22）cm，广泰优粤禾丝苗最短，为（22.3±1.81）cm。11 个品种结实率相差不大，在（72.5±2.96）%～（80.3±1.61）%之间。11 个品种的有效穗数平均值为（211.4±6.69）万穗/hm2，其中丰千乡优517 有效穗最高，为（252.0±3.97）万穗/hm2，荃优596 最低，为（174.4±6.87）万穗/hm2。在千粒重方面，11 个品种平均值为（25.1±0.64） g，其中丰两优四号最重，为（29.6±0.77）g；晶两优534 最轻，为（21.5±0.22）g。生育期方面11 个品种的平均生育期为131.5 d，其中C 两优755 生育期最长，为135 d，丰千乡优517 最短，为125 d。

表3 11 个水稻品种主要经济性状及产量

11 个水稻品种实际产量平均值为（9 414.3±21.76）kg/hm2，品种间产量差异显著，其中丰千乡优517 产量最高，达到（10 659.9±34.66）kg/hm2，晶两优534 产量最低，为（8 490.6±16.28）kg/hm2。与平均产量相比，增产的品种有5 个，其中增产超过5%品种有丰千乡优517和C两优755；减产的品种有6个，其中减产超过5%的有荃优596 和晶两优534，减产风险高。

3 讨论与结论

在当前土壤重金属污染形势依然严峻以及尚未找到根本解决办法的背景下，筛选、培育和推广重金属低积累水稻品种是降低稻米重金属污染风险及重金属污染耕地安全利用的重要手段。利用当地的主栽水稻品种进行就地筛选，可快速实现重金属低积累水稻品种的推广和应用。推广镉低积累水稻品种，不需要增加额外投入，也不改变现有种植结构与方式，农民容易接受，投入少，见效快[6]。2014 年湖南省启动重金属污染耕地修复试点项目，其中重金属低积累水稻品种筛选就是重要课题之一。张玉烛等[7]2014—2016年面向社会广泛征集双季稻品种285 个，在湖南省重金属典型污染区进行镉低积累水稻品种筛选及验证试验，共筛选出应急性镉低积累水稻品种25 个。龚浩如等[8]将湘潭地区种植广泛的82 个早、晚稻品种进行盆栽试验，发现早稻品种株两优729 和两优早17，晚稻品种丰源优272 和C 两优7 号，在一般污染区种植稻米镉含量能够达到国家标准，在重度污染区域种植未达到FAO/WHO 标准的上限，可在湘潭地区作为应急性低镉品种推广使用。刘湘军等[9]通过田间小区试验方法，对祁阳县镉砷复合污染稻田内18 个水稻品种进行镉砷累积特性研究，筛选出镉低积累水稻品种深两优867 和深优9586，适于在当地轻中度镉污染稻田的安全利用。张上都等[10]以贵州省水稻耕种区的87 个主栽品种为研究对象，分析供试品种的稻米镉积累特征并筛选镉低积累水稻品种，最终筛选出含有镉低积累主效基因qCd 7.1 位点的9 个水稻品种。王天抗等[11]通过对国内外275 份水稻资源进行筛选，挖掘到在重度镉污染田籽粒镉低积累材料珞红3A 和珞红4A，并提出了一套选育籽粒镉低积累水稻新品种的方法。Duan 等[12]于2014—2015 年通过多点试验，从471 个南方大面积推广种植的水稻品种中筛选出8个镉低积累杂交籼稻品种，这些品种糙米镉含量均低于国家限量标准，具有高产和广适等优异特性，可在我国南方中轻度镉污染耕地推广应用。

该研究以11 个当地主栽品种为试验对象，通过田间小区试验在永州市冷水滩区筛选综合性状优良且籽粒表现为镉砷同步低积累的水稻品种。结果表明，广泰优粤禾丝苗的精米镉、砷含量均不超标且综合表现好，可优先在湖南省永州市轻度镉砷复合污染稻田进行试种。