镉砷低积累水稻品种筛选

易春丽，刘汇川，李海英，余 泓，刘湘军，田发祥，谢运河

（1. 祁阳县农业农村局，湖南 永州 426100；2. 湖南省农业对外经济合作中心，湖南 长沙 410005；3. 湖南省农业环境生态研究所，农业部长江中游平原农业环境重点实验室， 农田土壤重金属污染防控与修复湖南省重点实验室，湖南 长沙 410125）

耕地受重金属污染，将直接导致农产品重金属含量超标，危害人类身心健康。近年来，我国“镉米” “镉麦”等重金属污染事件频发，引起人们的普遍忧虑。“十八大”以来，党中央高度关注耕地污染修复、农产品质量安全等生态文明建设，2020 年“中央一号”文件明确要求稳步推进农用地土壤污染管控和修复利用。2014 年《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤中砷的超标率为2.7%，镉的超标率为7.0%，Cd、As 污染形势严峻。

湖南是有色金属之乡，矿产品采选冶炼产业发达，造成湖南农田重金属污染严重，稻田镉砷污染尤为突出。尤其在稻田淹水—落干的特殊生境中，受Eh 值、pH 值等因素的影响，镉砷表现出完全相反的行为特征[1-2]。加之，水稻对镉、砷的吸收积累不同步，且各器官间的转运及分布皆存在极大差异[3-4]，不同品种对镉砷的吸收积累存在较大差异[5]。因此，进一步明确本地主栽水稻品种对镉、砷的吸收积累差异，可为当地重金属污染稻田的修复治理以及镉、砷低积累水稻品种的筛选提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验地点位于祁阳县白水镇新华村，供试土壤pH 值5.33，土壤全镉含量0.62 mg/kg；土壤总砷含量28.2 mg/kg。

1.2 供试水稻

15 个水稻品种分别为隆两优华占、晶两优1212、深两优5814、隆两优1988、和两优1 号、C 两优386、C 两优87、深优9595、Y 两优9918、 天龙一号、荃优丝苗、桃优香占、野香优丝苗、泰优390、野香优莉丝。

1.3 研究方法

1.3.1 试验设计 采用田间小区试验，每个品种即1个处理，每个处理3 次重复，共计45 个小区，小区面积4 m×4 m=16 m2，随机区组排列，小区间以空行（0.8 m）隔开。试验前先匀田，确保试验田块土壤污染程度相对均匀，田块平整，避免水分管理等农艺措施引发的试验误差。秧苗密度为234 株/小区。基肥施复合肥（N-P2O5-K2O 比例为15-15-15）750 kg/hm2，插秧10 d 后追施尿素150 kg/hm2。水分管理：前期淹水，分蘖盛期晒田5 d 左右，后期采用干湿交替。病虫害防治及其他管理措施参照当地习惯。

1.3.2 取样及样品分析 试验前采集基础土样，用于土壤基本理化性质分析。水稻成熟后测定各小区实际产量。水稻成熟后采集水稻植株和稻谷作样品，植株样品经烘干后粉碎，稻谷晒干后去糙粉碎。分析所用试剂均为优级纯，分析器皿均以10%硝酸溶液浸泡过夜，以去离子水洗净。土壤全镉采用HNO3-HClO4-HF（5 ∶1 ∶2，V/V）消煮，样品消煮完全后赶酸至近干，加少量稀硝酸溶液溶解后转移定容，水稻糙米镉以及植株镉、砷采用HNO3-H2O2（5 ∶2，V/V）微波消煮，糙米无机砷含量采用6 mol/L HCl 浸提法[6]，并以标准物质进行质量控制。所有样品镉、砷含量均采用ICP-MS 法进行测定（iCap-Q，美国Thermo 公司），其他指标采用常规方法测定[7]。

1.3.3 数据处理与统计 试验数据为3次重复平均值，运用WPS 和SPSS 软件进行统计分析，采用Origin 软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同水稻品种的产量差异

测定成熟期水稻产量结果表明（表1），15 个水稻品种的平均产量为7 962.20±352.45 kg/hm2，不同水稻品种间产量差异显著，最高的是隆两优华占，为8 978±620 kg/hm2；最低的是野香优丝苗，为5 989± 357 kg/hm2；隆两优华占的产量比野香优丝苗高49.91% （P＜0.05）；野香优丝苗、天龙一号、深优9595 这3 个品种的产量显著低于其他品种，而其余12 个品种的产量皆高于平均产量。

2.2 不同水稻品种稻米及茎叶镉砷含量差异

测定成熟期水稻稻米镉、砷含量结果表明（表1），15 个品种的稻米镉含量平均值为0.58±0.07mg/kg，稻米砷含量平均值为0.18±0.02 mg/kg。根据食品安全国家标准（GB2762—2017）中镉、砷的限值（0.2 mg/kg），15 个品种的稻米镉含量皆超标，深优9595、桃优香占、C 两优87 和天龙一号4 个品种的稻米砷含量超标。与稻米镉、砷含量平均值相比，深优9595、Y 两优9918、天龙一号、荃优丝苗、桃优香占、野香优丝苗、泰优390、野香优莉丝这8 个品种的稻米镉含量低于平均值，而隆两优华占、晶两优1212、深两优5814、隆两优1988、和两优1 号、Y两优9918、野香优莉丝这7 个品种的稻米砷含量低于平均值，仅Y 两优9918 和野香优莉丝这2 个品种的稻米镉、砷含量皆低于平均值。稻米镉含量最高的是晶两优1212，为0.81±0.09 mg/kg；含量最低的是Y两优9918，为0.41±0.08 mg/kg；晶两优1212 稻米镉含量比Y 两优9918 的高97.56%（P＜0.05）。稻米砷含量最高的是深优9595，为0.21±0.02 mg/kg；最低的是Y 两优9918，为0.14±0.02 mg/kg；深优9595 稻米砷含量比Y 两优9918 的高50.00%（P＜0.05）。

表1 不同水稻品种的产量及镉、砷含量

测定成熟期水稻茎叶镉、砷含量结果表明（表1），15 个水稻品种的平均茎叶镉含量为2.68±0.51 mg/kg，茎叶砷含量为7.04±1.46 mg/kg。茎叶镉最高含量是隆两优华占，为3.65±0.25 mg/kg；最低的是野香优莉丝，为1.89±0.31 mg/kg；隆两优华占茎叶镉含量比野香优莉丝的高93.12%（P＜0.05）；茎叶砷含量最高的是泰优390，为10.01±3.07 mg/kg；最低的是隆两优华占，为5.01±1.56 mg/kg；泰优390 茎叶砷含量比隆两优华占的高99.80%（P＜0.05）。

2.3 不同水稻品种镉砷转运系数及富集系数差异

由表2 可知，镉从水稻茎叶转运至稻米的转运系数范围为0.18～0.27，平均值为0.22，镉从土壤转运至水稻茎叶的转运系数范围为3.05～5.89，平均值为4.32；砷从水稻茎叶转运至稻米的转运系数范围为0.019～0.035，平均值为0.027，砷从土壤转运至水稻茎叶的转运系数范围为0.18～0.35，平均值为0.25。稻米对镉的富集系数范围为0.67～1.30，平均值为0.94；稻米对砷的富集系数范围为0.005～0.007，平均值为0.006。可见，水稻不同部位的镉转运系数及富集系数皆远高于砷，且其转运环节主要是在土壤至茎的过程。

表2 不同水稻品种的镉砷转运及富集系数

图1 15 个水稻品种稻米镉砷含量的聚类分析图

2.3 不同水稻品种稻米镉砷含量的聚类分析

根据稻米镉、砷含量进行聚类分析可知（图1），15 个水稻品种可以分为3 类；第一类是隆两优华占、晶 两 优1212、隆 两 优1988、C 两 优386 等4 个 品种，主要为稻米镉高砷低类型品种，第二类是Y 两优9918，为稻米镉砷同步低积累的品种；第三类为深两优5814、和两优1 号、C 两优87 等其余品种，主要是稻米砷高镉低的品种。15 个水稻品种只有1 个品种即Y 两优9918 的稻米镉砷含量均较低，而其余水稻品种为镉高砷低或砷高镉低的品种。

3 结论与讨论

通过田间试验方法，在镉砷复合污染稻田对15个水稻品种的镉砷累积特性进行研究，结果表明，15个水稻品种的平均产量为7 962.20±352.45 kg/hm2，其中野香优丝苗、天龙一号、深优9595 这3 个品种产量较低，存在减产风险；15 个品种稻米镉、砷含量平均值分别为0.58±0.07、0.18±0.02 mg/kg，其中深优9595、Y 两优9918、天龙一号、荃优丝苗、桃优香占、野香优丝苗、泰优390、野香优莉丝8 个品种的稻米镉含量低于平均值，隆两优华占、晶两优1212、深两优5814、隆两优1988、和两优1 号、Y 两优9918、野香优莉丝7 个品种的稻米砷含量低于平均值，仅Y两优9918 和野香优莉丝这2 个品种的稻米镉、砷含量皆低于平均值，可优先在轻度镉砷复合污染地方进行试种；根据稻米镉、砷含量进行聚类分析可知，15个品种可分为3 类，第一类为镉高砷低类型，有隆两优华占、晶两优1212、隆两优1988、C 两优386 这4 个品种；第二类为镉砷同步低积累类型，仅Y 两优9918 这1 个品种；第三类为砷高镉低类型，有深两优5814、和两优1 号、C 两优87 等10 个品种。

种植镉、砷低累积水稻品种是实现轻度重金属污染稻田安全生产的最有效途径[8]。但由于受稻田土壤镉、砷化学行为特征相反的影响以及稻田土壤pH 值、Eh 值等环境条件的制约，水稻对镉、砷的吸收积累呈现相反的趋势[9-10]。不同基因型的水稻植株对镉、砷元素的吸收转运存在较大差异[11]，全生育期水稻植株对镉、砷的吸收积累总量总体表现为先增后降的 趋势，镉的最大积累量出现在乳熟期，而砷的最大积累量出现在分蘖盛期[3]；水稻植株对镉、砷的分配也有较大差异，水稻吸收的镉有2/3 储存在茎叶，根系约占1/5，仅1/20 转运至糙米；水稻吸收的砷有2/3储存在根系，1/3 的储存在茎叶，仅1/50 积累在糙米中[4]。可见，水稻对镉砷的吸收积累在时间和空间上皆存在较大差异，这也导致了水稻吸收积累镉砷存在多种类型。该研究中，通过对祁阳地区主栽水稻品种的筛选发现，具有镉砷同步低积累特征的水稻品种仅有1 个，即Y 两优9918，其余品种主要为镉高砷低或砷高镉低类型。在不同的镉、砷以及镉砷复合污染稻田中，可根据其污染类型和污染程度选择品种。此外，由于水稻品种的筛选范围有限，筛选出的可利用品种其稳定性还有待验证。因此，需加强镉砷同步低积累水稻品种的筛选和验证，并依托水稻镉砷低积累新材料进行品种创制及选育，以加快推进轻度重金属污染稻田的安全生产。