镉污染稻区油菜－中稻替代双季稻种植的可行性研究

易镇邪 王元元 谷子寒 帅泽宇 屠乃美 陈平平

（湖南农业大学农学院/南方粮油作物协同创新中心，410128，湖南长沙）

土壤重金属污染严重影响粮食生产[1]。近年来，湖南省尤其长株潭地区的稻田镉污染问题备受关注，因此针对镉污染对水稻的影响，在低镉水稻品种筛选[2-3]、合理灌溉[4-5]和土壤调理[6-7]等方面开展了大量研究，形成了水稻“VIP”控镉技术[8-9]。同时，也针对中重度镉污染稻田开展了替代种植研究，如替代种植棉花[10]、苎麻[11]和桑树[12]等。本课题组坚持镉污染稻田的粮食作物替代种植研究方向，研究了玉米对水稻季节性替代种植的产量与经济效益[13]，双季玉米和双季高粱对双季稻的替代种植效应[14]及其对土壤镉动态与镉移除效果的影响[15]。

确保粮食安全和提高食用油自给率是我国作物科技工作者的重要使命。油菜是我国重要的油料作物之一，是我国第一大经济作物，但是我国食用油自给率仅为38.1%[16]，提高油菜种植面积是提高食用油自给率的重要途径。为此，本研究结合镉污染稻田的粮食作物替代种植与提高我国食用油自给率2个重大命题，在中度镉污染稻田开展大田试验，比较研究了油菜-中稻与双季稻的生育期、产量、经济效益以及各器官镉含量，以期明确油菜-中稻种植模式对湘潭地区中度镉污染稻田替代双季稻种植模式的可行性。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2015-2016年在湖南省湘潭县易俗河镇樟树村进行。试验田pH 6.11，基础肥力：有机质26.56g/kg，全氮1.55g/kg，全磷0.62g/kg，全钾4.10g/kg，碱解氮 205.10mg/kg，速效磷 66.97mg/kg，速效钾46.34mg/kg，全镉0.86mg/kg。

设置2种种植模式：休闲-稻-稻和油菜-中稻。采用大区试验，不设重复，每个种植模式区面积为200m2。早稻品种为陵两优211，晚稻品种为威优46，中稻品种为准两优527，油菜品种为湘杂油518。油菜采取直播方式，2015年10月1日播种；水稻采用育秧移栽方式，早稻2016年3月24日播种，中稻2016年5月13日播种，晚稻2016年6月12日播种。水稻株行距：早稻16.7cm×20.0cm，中稻和晚稻20.0cm×20.0cm。施肥：水稻基肥为复合肥（N∶P∶K 为 22∶6∶12）600kg/hm2，追肥为尿素150kg/hm2；油菜基肥为复合肥600kg/hm2。其他管理同一般大田。

1.2 指标测定与方法

1.2.1 水稻产量 于水稻成熟期，每个大区数连续的80蔸水稻，记录有效穗数，计算单穴平均有效穗数，按照平均有效穗数取15穴带回室内（每5蔸为1次重复），考察每穗总粒数、每穗实粒数、结实率和千粒重，计算理论产量。同时，收获100穴水稻，按照含水率13.5%折算实际产量，每个大区3次重复。

1.2.2 油菜产量 于油菜成熟期，取代表性植株15株（每5株为1次重复），考察每株总粒数和千粒重，计算理论产量。同时，收获100株油菜，脱粒晒干后折算实际产量，每个大区3次重复。

1.2.3 作物地上部各器官镉含量 于作物成熟期，收取植株样品，水稻分茎、叶、穗和籽粒等部分，油菜分茎、籽粒和角果壳等部分，烘干后粉碎，过100目筛备用。采用硝酸-高氯酸高温消解方法，使用Agilent 7900 ICP-MS检测消化液中镉含量[17]。

1.2.4 经济效益 计算2种种植模式下全年投入成本、经济产出与经济效益。生产成本包括农资成本（化肥、农药和种子）、机械作业成本（耕地和收割等）和劳动力成本（播种、施肥和喷药等）。复合肥单价2.60元/kg，尿素单价2.00元/kg；机械耕地单价1350.00元/hm2，机收单价1200.00元/hm2；人工以120.00元/d计算。农产品单价：早稻谷、中晚稻谷和油菜籽单价分别为2.44、2.50和5.48元/kg。

2 结果与分析

2.1 生育期比较

由表1可知，在双季稻模式中，早稻于3月24日播种，7月9日成熟，全生育期107d；晚稻于6月12日播种，10月17日成熟，全生育期127d；在油菜-中稻模式中，油菜于2015年10月1日播种，2016年5月11日成熟收获，全生育期223d；中稻于5月13日播种，9月28日收获，全生育期138d。从种植季节来看，湘潭地区种植双季稻和油菜-中稻都是可行的，各模式下各种作物均可正常成熟。从本试验情况看，2种种植模式均可以选择产量潜力更大的迟熟品种，尤其中稻品种生育期延长空间较大。

表1 2种种植模式的全生育期Table 1 The whole growth duration of two planting modes

2.2 产量比较

由表2可见，双季稻模式下，早、晚稻产量分别为5233.7和6298.3kg/hm2；油菜-中稻模式下，油菜和中稻产量分别为1875.5和7531.0kg/hm2，其中，中稻产量较双季稻模式下的早、晚稻产量分别高43.9%和19.6%。

表2 2种种植模式的作物产量与产量构成因素Table 2 Yield and yield components of crops in two planting modes

2.3 经济效益比较

由表3可知，双季稻模式的生产成本较高，两季合计成本为20 595元/hm2；油菜-中稻模式合计成本为17 813元/hm2，较双季稻模式低13.5%，其中，中稻成本与早、晚稻成本相当，但油菜成本远低于水稻。

表3 2种种植模式的成本投入Table 3 Input of two planting modes 元/hm2 yuan/hm2

由表4可见，产值表现为中稻＞晚稻＞早稻＞油菜的趋势，双季稻模式总产值为28 515.9元/hm2，油菜-中稻模式总产值为29 105.4元/hm2，较双季稻模式提高2.1%。纯收入为中稻＞晚稻＞油菜＞早稻，双季稻模式总纯收入为7 920.9元/hm2，油菜-中稻模式的总纯收入为11 292.4元/hm2，较双季稻模式提高42.6%。从纯收入角度来看，油菜-中稻模式完全可以替代双季稻模式。

表4 2种种植模式的产值与纯收入Table 4 Output values and net incomes of two planting modes

比较不同种植模式的总纯收入与劳动力比值（表5）发现，油菜-中稻模式总纯收入与劳动力比值远大于双季稻模式，前者较后者高38.5%。从所获得的纯收入来看，油菜-中稻模式优势非常明显。

表5 2种种植模式的总纯收入与劳动力比值Table 5 Ratio of total net income to labour number of two planting modes

2.4 成熟期镉含量比较

2种种植模式下，水稻成熟期各器官镉含量见表6。根、茎、叶和穗等器官镉含量一般表现为根＞茎＞叶＞穗的趋势；早、中、晚稻的根、茎、叶和籽粒等器官镉含量差异明显，一般表现为晚稻＞中稻＞早稻的趋势。早稻糙米镉含量为0.43mg/kg，中稻为0.69mg/kg，晚稻为0.82mg/kg。油菜-中稻模式中，油菜成熟期各器官镉含量表现为茎＞角果壳＞根＞籽粒，其中，油菜籽镉含量为0.11mg/kg，在安全范围内。从农产品镉含量来看，油菜-中稻模式较双季稻模式也是有优势的。

表6 2种种植模式中水稻成熟期镉含量Table 6 Cd content of rice and rapseed maturity in two planting modes mg/kg

3 讨论

近年来，镉污染问题在一定程度上影响了我国的粮食生产，尤其南方各省的水稻生产，因此也出现了较多有关镉污染稻田替代水稻的种植研究。

关于中重度镉污染稻田的替代种植，湖南省开展了较多研究，先后提出了一些替代种植模式，比如种植棉花[10]、苎麻[11]和桑树[12]等。稻田替代种植一定要以粮食安全为前提，同时要充分考虑替代作物的产业发展现状与前景。近年来，湖南省苎麻和棉花产业萎缩，2种作物的种植面积已大不如前，蚕桑产业也一直萎靡，且其是深根性木本植物，会破坏稻田的土壤结构，因此，实行镉污染稻田的棉花、苎麻和桑树替代种植显然不是理想选择。本课题组认为，镉污染稻田的替代种植应以粮食作物为主。近几年，本课题组坚持镉污染稻田的粮食作物替代种植研究方向，研究了玉米对水稻季节性替代种植的产量与经济效益[13]，双季玉米、双季高粱替代双季稻种植的效应[14]，以及土壤镉动态与镉移除效果[15]等，取得了一定的研究进展。

在面临粮食安全问题的同时，我国面临更严重的食用油安全问题。有资料[16]显示，我国食用油自给率仅为38.1%，且近年来又有所下降。我国的粮食安全问题备受关注，而人们对食用油安全问题的关注度较低。很多专家指出，我国必须大力发展油菜和花生等油料作物生产，以逐步提高食用油自给率。

基于以上2个方面的考虑，本研究结合镉污染稻田的粮食作物替代种植与提高我国食用油自给率2个重大命题，在中度镉污染稻田比较研究了油菜-中稻与双季稻的生育期、产量、生产成本与经济效益以及各器官镉含量，以期明确油菜-中稻对中度镉污染稻田替代双季稻种植模式的可行性。结果表明，双季稻和油菜-中稻种植模式均能在10月20日前成熟，且中稻产量比双季稻模式下的早、晚稻产量分别提高43.9%和19.6%，而其生产成本与早、晚稻相当，但油菜成本远低于水稻；与双季稻模式相比，油菜-中稻模式总产值提高2.1%，总纯收入提高42.6%，纯收入与劳动力比值提高38.5%；糙米镉含量在0.43～0.82mg/kg之间，都超过了国家标准（0.20mg/kg），其中，中稻糙米镉含量（0.69mg/kg）界于早、晚稻之间，油菜籽镉含量为0.11mg/kg。因此，综合比较2种模式的种植季节、产量、经济效益、纯收入与产品镉含量可得，油菜-中稻模式可作为镉污染双季稻区替代双季稻的种植模式。油菜的加入对传统双季稻田土壤镉动态及水稻镉吸收积累必定会产生影响，但具体影响如何，目前尚未见报道，这需要开展多年定位试验予以探明。

关于水稻品种间镉含量差异，前人已经开展较多研究[2-3]，并筛选出了高、低镉积累品种，但是有关同一块稻田上不同季节水稻各器官镉含量的比较研究报道不多。本研究初步比较了早、中、晚稻各器官的镉含量差异，发现各器官（根、茎、叶、枝梗、空粒、谷壳、糙米、精米和糠层）镉含量均呈现晚稻＞中稻＞早稻的趋势，这给镉污染稻田水稻生产季节的选择提供了一些参考。但因为本研究中早、中、晚稻仅采用了1个品种，所以此方面的研究还需多年多点试验予以验证。

4 结论

比较了双季稻模式与油菜-中稻模式的种植季节、产量、经济效益、单个劳动力所得纯收入与产品（籽粒）镉含量，发现油菜-中稻模式的总产值、总纯收入、总纯收入与劳动力比值较高，中稻糙米镉含量介于早、晚稻之间，油菜籽镉含量仅为0.11mg/kg。综合来看，油菜-中稻模式可作为镉污染双季稻区替代双季稻的种植模式。