不同类型土壤下水稻镉的富集特征及与土壤镉含量的关系

王 科，李 浩，张 成，钟文挺，杨 勋

(成都市农业技术推广总站，四川 成都 610041)

由于重金属在食物链中的生物富集性对人体极具危害性[1]，因此重金属造成的土壤及农产品污染问题日益成为人们关注的焦点[2]。重金属在农田土壤中的存在会对农作物产生严重影响，而镉是造成成都平原耕地土壤及农产品重金属污染的主要污染物[3]。水稻作为成都平原种植面积最大的粮食作物，也是最易从土壤吸附重金属的农作物[4-5]。水稻对镉的富集作用是一个复杂的生理过程，目前针对水稻镉吸附作用的研究较多[6-7]，但在不同类型水稻土下研究水稻镉吸附特点的研究较少。因此，本研究在成都3种类型水稻土上分别种植20个水稻品种，研究不同类型水稻土上的镉富集特征及水稻镉吸收与土壤镉的关系，探讨影响水稻镉富集的因素，从而为低吸附镉水稻品种的筛选提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 土壤背景

本实验为小区试验，根据成都市2006～2009年耕地质量普查结果[8]，选择我市具有代表性的灰棕潮田、冲积黄泥田、紫潮田土属的3类水稻田为试验田，其耕层土壤总镉含量及pH值见表1。3个试验田土壤全镉含量均超过国家土壤环境质量二级标准(GB15618-1995)，属于轻度镉污染土壤。

表1 试验前土壤总镉含量及pH值

1.2 植物材料

参试水稻品种为适合成都种植的水稻品种，共20个，编号及具体水稻品种名称见表2。

表2 试验水稻材料编号及品种名称

1.3 试验方法

在2016年5月移栽水稻秧苗至各试验田，各品种重复3次，小区随机区组排列，小区面积为3m×2m，水稻株距和行距均为20cm，试验田周围设5行保护行，水稻种植管理按常规方式进行。水稻肥料用量：底肥施用三元复合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，返青期施用尿素(N46%)6kg/667m2；拔节期施用尿素5kg/667m2、氯化钾15kg/667m2。所有试验点肥料用量保持一致，期间未发生影响产量的病虫害，水稻于2016年9月收获。

1.4 测定方法与数据处理

试验前采集试验田耕层基础土样，水稻收获时采集各小区耕层土壤及水稻籽粒样品。土壤样品风干过0.15mm塑料筛，籽粒样品烘干粉碎后过0.15mm塑料筛。采用耶拿火焰-石墨炉原子吸收光谱仪(jena-ZEEnit700P型)测定样品中铅、镉总量，塞多利斯(PB-10型)pH计测定土壤pH。运用Microsoft Excel 2010进行数据统计及图表制作，运用统计软件DPS15.1进行相关性分析。糙米镉富集系数(AFA-土)=糙米中镉的含量/土壤中总镉含量。

2 结果与分析

2.1 不同类型稻田土壤中镉的特征

从表3可知，不同类型的水稻土pH与全镉含量、有效镉含量间的相关关系一致。虽然各试验稻田土壤的pH与全镉含量均呈显著正相关关系，但实际意义不大，因为土壤全镉含量的高低不由土壤pH值决定，而是由镉污染源决定。不同类型的水稻土全镉含量与土壤有效镉含量呈显著正相关关系，在紫潮田上到达极显著水平(r=0.865**)。不同类型水稻土的有效镉含量与土壤pH呈负相关关系，其中灰棕潮田土与紫潮田土与土壤pH相关系数分别为-0.659*和-0.722*，到达显著水平。这说明采取措施提高土壤pH可以降低有效镉含量，而控制土壤镉总镉含量是影响土壤有效镉的关键因素。

2.2 不同类型稻田土壤上水稻的镉富集特征

本次水稻品种试验的试验田均呈轻度镉污染，土壤镉对水稻的各项生理指标及产量没产生显著影响。水稻收获时对不同水稻品种及对应小区土壤进行一对一采样，根据糙米及土壤全镉含量计算每个品种的稻米镉富集系数，以反映不同品种水稻的镉富集能力。从表4可知，3种水稻土上稻米镉的富集系数均呈正态分布，灰棕潮田土、冲积黄泥田土、紫潮田土上各水稻品种的镉富集系数范围分别为：0.381～0.848、0.417～0.881、0.267～0.642；从稻米镉富集系数平均值来看，紫潮田土上稻米的镉富集率最低，灰棕潮田土及冲积黄泥田土上稻米镉富集系数分别比紫潮田土高35.9%、64.3%，这表明不同类型水稻土上稻米的镉吸收富集能力差异较大。从水稻品种来看：灰棕潮田上镉富集率较低的品种为川作6优177、粳稻、金优284；冲积黄泥田上为金优284、B优840、粳稻；紫潮田上为Ⅱ优498、富优21、粳稻。不同类型水稻土上水稻对镉的富集能力不同，而粳稻在3种类型的水稻土上均有相对较低的镉富集率。

表3 不同类型水稻土的pH值、全镉及有效镉间的相关关系

注：*表示在P<0.05水平上显著相关；**表示在P<0.01水平上显著相关.

表4 不同类型水稻土上稻米镉富集系数的统计特征

2.3 不同类型稻田土壤的全镉和有效镉与水稻镉吸收的关系

土壤中镉的存在形式是衡量其生物毒性及环境效应的关键参数。从表5可知，稻米镉含量与土壤全镉含量及有效镉含量均呈显著正相关关系(P<0.05)，其中在冲积黄泥田土上稻米镉含量与土壤总镉含量呈极显著正相关关系(r=0.827**)。在3种类型水稻土上，稻米镉与土壤全镉的相关系数均高于稻米镉与土壤有效镉的相关系数，这说明用土壤全镉含量预测稻米镉含量较为准确。

表5 稻米镉含量与土壤全镉及有效镉的相关性

3 结论

(1)研究表明pH值对土壤有效镉的影响较大[9]，本研究也证明适当提高土壤pH可以降低土壤有效镉含量，而土壤总镉含量是影响土壤有效镉含量的关键因素。

(2)从20个水稻品种的镉富集率统计结果可见，不同类型水稻土上稻米的镉富集能力不同。灰棕潮田上镉富集率较低的品种为川作6优177、粳稻、金优284；冲积黄泥田上为金优284、B优840、粳稻；紫潮田上为Ⅱ优498、富优21、粳稻。不同类型水稻土上水稻对镉的吸收能力差异较大，因而生产上要因地制宜选择水稻品种防控稻米的镉污染，粳稻在三种类型的水稻土上均有较低的镉富集率，适用性较强。当然本研究中筛选出的低镉富集品种仅有一季数据作为支撑，需要进一步的试验以确定其富集作用的稳定性。

(3)由于土壤有效镉受土壤理化性质的影响较大，且本研究也表明稻米镉与土壤全镉的相关系数高于稻米镉与土壤有效镉的相关系数。因此，用土壤全镉含量预测稻米镉含量效果更佳。