轻度铅胁迫下不同水稻品种籽粒铅富集及产质量差异研究

何玉亭,谢丽红,孙 娟,李 浩,钟文挺,蔡梣仪,王 科,杨 杰

(成都市农业技术推广总站，四川 成都 610041)

随着中国工农业快速发展，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]。土壤中的铅被水稻根系吸收后，会在籽粒中富集，严重影响稻米品质和食品安全[2]。推广应用水稻安全品种是当前解决铅污染农田安全生产的有效途径之一[3]。因此，本研究选取23个水稻品种，探讨轻度铅胁迫下不同品种间籽粒铅富集及产质量差异，筛选出轻度铅胁迫下的高产低铅富集水稻品种，为轻度铅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，总铅含量为106.4mg/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时铅限量为100mg/kg，试验地属于轻度铅污染土壤。

表1 试验地土壤铅污染情况

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2 供试水稻品种及生长期

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。

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)

追肥：返青期每667m2用尿素(N 46%)6kg，拔节期用尿素(N 46%)5kg，氯化钾(K2O 60%)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铅含量。

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铅含量、土壤pH及全铅含量。水稻籽粒铅的测定参照《食品安全国家标准食品中铅的测定》(GB5009.12-2003)，土壤铅检测参照国家标准《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》(GB/T17141)，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

水稻籽粒铅富集指数=籽粒铅含量/土壤全铅含量[4]；

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，水稻籽粒铅质量安全水平采用单因子指数法计算得到，具体如下：

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 水稻籽粒铅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 各水稻品种籽粒铅含量及质量安全水平分析

如表6所示，不同水稻品种(系)籽粒铅平均含量存在差异，质量安全水平不一。籽粒铅平均含量变幅为0.055～0.252mg/kg，超过标准限量值的有3个品种，分别为旌优127(0.252mg/kg)、川作优619(0.202mg/kg)、德香4727(0.232mg/kg)，均为轻微超标，其余21个品种籽粒铅均不超标。水稻籽粒铅含量最低的品种为蜀优217，除与其他6个品种(五山丝苗、川作优8727、天优华占、宜香优4245、内5优907、德香4103)差异不显著外，均显著小于其余品种。

表6 不同水稻品种籽粒铅平均含量与质量安全水平

2.2 不同水稻品种产量及铅富集系数差异

如表7所示，不同水稻品种的产量和铅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。

铅富集指数变幅为0.0004～0.0024，均值为0.0012，以蜀优217铅富集指数最低，除与5个品种(五山丝苗、天优华占、宜香优4245、内5优907)差异不明显外，均显著小于其余品种；铅富集指数最高的为旌优127，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铅富集指数

2.3 水稻产量与籽粒铅富集系数的相关关系

水稻糙米铅富集系数是反映水稻品种铅富集能力的重要指标，在生产中水稻产量和铅富集能力是影响水稻能否在铅污染区种植的两个重要因素[5]。为探明轻度铅胁迫下水稻产量与铅富集能力的相关性，以参试23个水稻品种产量与对应糙米铅富集系数进行了相关性分析(图1)，结果表明，水稻产量与糙米铅富集系数之间有一定的负相关关系，但相关性不显著(P>0.05)，说明水稻铅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铅富集水稻品种用于铅污染区种植。

图1 水稻产量与铅富集系数的相关性

2.4 水稻籽粒产量与铅富集系数的聚类分析

选取产量与糙米铅富集系数2个变量进行聚类分析，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，下分3个亚组，一小组5个品种，产量中上水平，富集能力较较弱(8号、17号、20号、21号、23号)，二小组5个品种，产量中等水平，富集能力较弱品种(6号、13号、14号、16号、19号)，三小组6个品种，产量中下水平，包括1个富集能力较强品种(3号)和5个富集能力较弱品种(1号、7号、10号、15号、22号)；第3类有4个品种，该类品种产量较高，包括1个富集能力较强品种(18号德优4727)和3个富集能力较弱品种(2号川作优1727、9号泸优11092、11号宜香优2115)。

图2 水稻产量与铅富集系数的聚类分析

3 结论

综上所述，不同品种水稻产量、糙米铅含量及富集系数存在较大差异，其变幅分别为484.1～624.8kg/667m2、0.055～0.252mg/kg、0.0004～0.0024，最高值与最低值分别相差1.29倍、4.58倍、6.0倍。轻度铅胁迫下水稻产量与糙米铅富集能力不存在显著相关性，依据籽粒产量和糙米铅富集系数的聚类分析结果，筛选出3个产量高且铅富集能力较弱的品种(2号川作优1727、9号泸优11092、11号宜香优2115)，5个产量中上富集能力较弱品种(8号F优498、17号德香4103、20号川优6203、21号蓉18优447、23号宜香优1108)，可用于轻度铅污染区种植。