不同水稻品种及阻控剂对水稻各部位累积镉的影响

潘荣庆， 蓝淯琛， 何卿姮， 甘礼宏， 蒋代华， 黄智刚

(广西大学农学院/广西农业环境与农产品安全重点实验室，广西南宁 530004)

目前，我国土壤重金属污染严重，耕地土壤重金属污染形势日益严峻，土壤重金属含量超过安全值会造成土壤及耕地污染，对作物生长产生毒害作用[1-2]。土壤重金属污染危害大、范围广，在作物中不易被发现，对作物生长和人体健康造成危害[3-5]。2014年，《全国首次土壤污染状况调查公报》结果显示，全国耕地土壤重金属超标点位达19.4%，其中耕地土壤Cd污染点位超标率为7.0%[6]。水稻是广西壮族自治区主要的粮食作物，自治区政府对水稻田土壤重金属污染问题高度重视[7-10]。不同品种水稻由于基因型不同，各个部位重金属含量存在明显的差异[11-12]。选育和种植重金属低积累品种是降低水稻中重金属含量较为有效的途径[13]。利用不同水稻品种对重金属积累的差异，可以筛选出适应于在中低重金属污染稻田种植的低累积型水稻品种[14-15]，但在重金属污染高风险地区，低积累型水稻品种不能很好地降低水稻各个部位重金属含量，无法实现安全生产的目的[16]。添加阻控剂可以很好地降低作物重金属含量[17-18]，叶面锌肥和硒肥可作为控制水稻镉污染的阻控剂，2种阻控剂均可以有效降低稻米Cd含量[11， 19]。无机硅经叶面吸收后，可以减少水稻叶片和籽粒中镉的富集[16， 20]。目前，关于重金属低累积水稻品种筛选和阻控剂的研究主要以单因素试验为主，关于低累积水稻品种筛选和阻控剂组合处理对重金属Cd的影响报道较少[21]。目前，针对广西地区水稻田土壤重金属污染修复技术研究报道较少。本试验选用16个广西自治区百色市田东县主要种植的水稻品种，以及含有有机硒、有机硅的2种阻控剂，通过田间试验分析水稻品种和阻控剂对成熟期水稻各个部位重金属Cd的影响，了解重金属Cd在植物各个部位的分布情况，通过选育低积累水稻品种和阻控剂处理来减少水稻对重金属Cd的累积，为降低重金属Cd进入食物链和粮食安全生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验位于广西壮族自治区百色市田东县某重金属污染农田(供试土壤pH值为6.35，总镉含量为2.58 mg/kg、总砷含量为20.30 mg/kg、铬含量为71.31 mg/kg、汞含量为0.44 mg/kg、铅含量为18.44 mg/kg)，选用当地主要种植的16个晚稻品种(分别为桂香12、桂香18、广8优金占、广8优169、恒丰优666、特优508、深两优8386、桂育11、深两优31、广8优香丝苗、丰田优553、野香优703、晶两优1212、野香优油丝、昌两优油丝、野香优明月丝)，每个品种设置对照(CK)、叶面喷洒含硒阻控剂(A)、叶面喷洒含硅阻控剂(B)3个处理。含硒阻控剂(A)，主要成分为有机硒(≤85 g/L)，其余组分为水不溶物(≤10 g/L)、Na(≤10 g/L)，购自佛山市铁人环保科技有限公司；含硅阻控剂(B)，主要成分为有机硅(≥120 g/L)；其余组分为N+P2O5+K2O(≥170 g/L)、Cu+Mn+Zn+B+Mo(30～50 g/L)，购自佛山市植宝生态科技有限公司。试验共48个处理，处理间随机排列。试验设置4个重复，总共192小区，每个小区面积为4 m×5 m，试验总面积为0.6 hm2。试验田周围种植保护行，每个小区之间铺设地膜，水稻采用人工种植的方式种植。2020年9月21日，在水稻处于分蘖期的时候第1次喷洒阻控剂，每个区组用量为3 mL，稀释100倍后进行人工喷洒，2020年10月11日，按照相同剂量进行第2次喷洒。

1.2 采样方法与样品分析

在水稻进入成熟期后，每个小区采集5株水稻样品，先用离子水冲洗干净，在水稻自然风干后，将植株茎、叶、稻穗分开。将茎、叶放入烘箱中105 ℃杀青30 min，然后70 ℃下烘干至恒质量，稻穗自然晒干后，脱壳成糙米。所有植物样品粉碎后用自封袋保存。在采集植物样品的同时，每个小组采集1个土壤混合样品，样品自然风干后，研磨过100目筛装入自封备用。通过荧光光谱法测定水稻茎、叶重金属Cd含量，土壤和水稻籽粒Cd含量交由广西西大检测有限公司检测。

1.3 数据分析

本研究运用 IMB SPSS 19.0进行数据统计分析，通过Duncan’s法进行差异显著性分析。采用Microsoft Office Excel 2016软件进行图表制作。重金属的富集按下列公式计算：

富集系数(BCF)=植株重金属含量(mg/kg)/土壤重金属含量(mg/kg)

2 结果与分析

2.1 不同品种水稻地上各个部位重金属含量

从表1可以看出，水稻地上部分各个部位之间重金属累积含量存在明显差异，16个水稻品种茎、叶、籽粒Cd含量分别为0.335 5、0.253 0、0.189 1 mg/kg，茎、叶和籽粒之间重金属含量差异显著。16个水稻品种茎Cd含量在0.245 0～0.390 0 mg/kg 之间，其中水稻茎Cd含量最低的品种是广8优香丝苗，含量最高的品种是丰田优553。16个水稻品种中，不同品种水稻茎Cd含量存在较大差异，其中桂香12、广8优香丝苗、特优5058、昌两优丝苗4个品种茎Cd含量显著低于广8优169、恒丰优666、丰田优553 3个品种(P<0.05，下同)。16个水稻品种叶Cd含量在0.172 5～0.365 0 mg/kg之间，其中水稻叶Cd含量最低的品种是野香优油丝，含量最高的品种是桂育11号。16个水稻中，桂育11号叶Cd含量显著高于其他品种，野香优莉丝、广8优169 2个品种叶Cd含量显著低于深两优8386、广8优香丝苗之外的其他品种。16个水稻品种籽粒Cd含量在0.142 5～0.242 5 mg/kg之间，其中水稻籽粒Cd含量最低的品种是深两优8386，含量最高的品种是野香优703，其中桂香12、深两优8386、丰田优553、广8优金占、广8优169 5个品种水稻籽粒Cd含量显著低于特优5058、桂香18、野香优703。16个水稻品种中，共有6个水稻品种Cd含量超过GB/T 5009.15—2003《食品中镉的测定》的要求(≤0.2 mg/kg)，超标率为37.5%。结果表明不同品种之间各个部位重金属Cd含量存在差异。

表1 不同品种水稻地上各部位重金属Cd含量

2.2 不同处理对水稻各个部位重金属含量的影响

图1-a所示，喷洒含硒阻控剂(A)后，16个水稻品种茎Cd含量在0.247 5～0.417 5 mg/kg之间，共有9个品种茎Cd含量低于对照组，喷洒含硅阻控剂(B)后16个水稻品种茎Cd含量在0.240 0～0.400 0 mg/kg之间，共有10个水稻品种茎Cd含量低于对照组。图1-b所示，喷洒含硒阻控剂(A)后16个水稻品种叶Cd含量在0.107 5～0.335 0 mg/kg之间，其中桂香12、野香优油丝、昌两优丝苗、丰田优553、野香优莉丝、特优5058、野香优703、恒丰优666、广8优169、深两优8386、广8优金占、桂育11号、深两优31 13个水稻品种叶Cd含量低于对照组，喷洒含硅阻控剂(B)后16个水稻品种叶Cd含量在0.147 5～0.392 5 mg/kg之间，其中桂育11号、野香优油丝、特优5058、野香优703、昌两优丝苗、广8优金占、桂香12、深两优8386、丰田优553 9个水稻品种叶Cd含量低于对照组。图1-c所示，喷洒含硒阻控剂(A)后，16个水稻品种籽粒Cd含量在0.102 5～0.180 0 mg/kg之间，喷洒含硅阻控剂(B)后16个水稻品种籽粒Cd含量在0.009 0～0.162 5 mg/kg之间，经过2种阻控剂处理后，16个水稻品种籽粒Cd含量均低于对照组，籽粒Cd含量均低于国家标准GB/T 5009.15—2003《食品中镉的测定》的要求(≤0.2 mg/kg)。

如表2所示，喷洒含硒阻控剂(A)和含硅阻控剂(B)后，对水稻茎镉含量影响不大，2个处理水稻茎Cd含量平均值分别为0.332 2、0.328 0 mg/kg，均低于对照处理0.335 5 mg/kg，相对于对照含量分别降低了1.0%、2.2%，但3个处理间差异不显著；2种阻控剂对叶镉含量作用效果不同，2个处理水稻叶Cd含量平均值分别为0.214 7、0.236 4 mg/kg，相较于对照处理(0.253 0 mg/kg)分别降低了15.1%、6.6%，其中施用含硒阻控剂(A)叶镉含量显著低于对照，但施用含硅阻控剂(B)相较于对照镉含量差异不显著；施用阻控剂后对水稻籽粒镉含量作用效果明显，喷洒含硒阻控剂(A)和喷洒含硅阻控剂(B)后，16个水稻品种籽粒Cd含量平均值分别为0.118 6、0.125 6 mg/kg，低于对照组 (0.189 1 mg/kg)，相较于对照组Cd含量分别下降了37.3%、33.6%，施用2种阻控剂后水稻籽粒镉含量均显著低于对照。

表2 不同处理水稻重金属Cd含量比较

2.3 不同处理对水稻不同部位重金属富集系数的影响

如表3所示，16个水稻品种中，水稻茎、叶和籽粒Cd的平均富集系数分别为0.229 4、0.172 4、0.128 3，水稻地上部分茎、叶和籽粒间Cd富集系数差异显著，茎对Cd富集能力明显高于叶和籽粒，叶对Cd的富集能力明显高于籽粒。

表3 不同水稻品种各个部位重金属Cd的富集系数

如表4所示，施用阻控剂后对水稻茎Cd的富集系数影响不大，对照、含硒阻控剂(A)、含硅阻控剂(B)3个处理水稻茎Cd的富集系数分别为0.229 4、0.228 9、0.229 5，3个处理茎Cd的富集系数差异不显著；对照、含硒阻控剂(A)、含硅阻控剂(B)3个处理水稻叶Cd的富集系数分别为0.172 4、0.147 4、0.164 9，含硒阻控剂(A)处理水稻叶Cd的富集系数显著低于对照，相对于对照Cd的富集系数下降了14.5%，但施用含硅阻控剂(B)相较于对照Cd的富集系数差异不显著；对照、含硒阻控剂(A)、含硅阻控剂(B)3个处理水稻籽粒Cd的富集系数分别为0.128 3、0.080 6、0.086 2，含硒阻控剂(A)、含硅阻控剂(B)2个处理水稻籽粒Cd的富集系数显著低于对照，相对于对照富集系数分别下降了37.2%、32.8%。

表4 不同处理对水稻不同部位重金属Cd富集系数的影响

3 讨论与结论

同一作物不同品种各部位重金属累积情况存在差异，品种差异是影响水稻对重金属元素吸收的主要因素[22-23]。不同品种水稻重金属离子的吸收和转运机制不同，进而造成品种间重金属含量和分布的巨大差异[24]。研究表明，水稻的不同部位对重金属Cd的吸收和积累有所不同。16个水稻品种茎叶Cd含量在0.172 5～0.390 0 mg/kg之间，其中广8优香丝苗茎Cd含量最低，野香优莉丝叶Cd含量最低。16个水稻品种，水稻籽粒Cd含量在0.142 5～0.242 5 mg/kg之间，均值为0.189 1 mg/kg，超标率37.5%，深两优8386籽粒Cd含量低于其他品种。

重金属在作物体内不同部位中的分配与作物品种密切相关，水稻各部位茎、叶、籽粒重金属累积量各不相同[25]。水稻不同部位富集重金属含量遵循茎≥叶>籽粒的规律，Cr在水稻体中富集规律与Pb、Cd有所不同：Pb、Cd在水稻各个部位富集规律为茎>叶>籽粒，而Cr富集规律为茎/叶>米粒[16， 26-27]。本研究结果与上述研究结论一致，16个水稻品种中，茎、叶、籽粒Cd含量分别为0.335 5、0.253 0、0.189 1 mg/kg，富集系数分别为0.229 4、0.172 4、0.128 3，茎对Cd富集能力明显高于叶和籽粒，叶对Cd富集能力明显高于籽粒。Cd在水稻中的富集规律为茎>叶>籽粒。

不同的叶面阻控剂与不同品种水稻的作用效果存在显著的差异[28]。重金属污染条件下，叶面施用纳米硅肥后水稻籽实中Cd的吸收量显著降低，施用硒肥可以降低Cd等重金属对水稻植株的毒害作用，减少水稻对重金属的吸收[29-30]。施用硅元素调理剂能显著降低水稻籽粒中镉的含量[31]。在本研究中，喷洒含硒阻控剂(A)后水稻叶、籽粒的Cd含量降低了15.1%、37.3%，富集系数下降了14.5%、37.2%；喷洒含硅阻控剂(B)后水稻籽粒Cd平均含量为0.125 6 mg/kg，相较于对照Cd含量显著降低了33.6%，富集系数降低了32.8%。16个水稻品种在喷洒阻控剂后稻米Cd含量均低于0.2 mg/kg。喷洒阻控剂后对水稻各个部位茎Cd含量影响较小。

研究结果得出以下结论：(1)Cd在16个水稻品种各个部位的累积存在明显差异。(2)Cd在水稻茎的富集系数最大，茎富集能力明显大于叶和籽粒，说明在水稻地上部位，Cd主要积累在水稻茎中。(3)2种阻控剂均能显著降低水稻籽粒镉含量，降低水稻籽粒对Cd的富集。(4)2种阻控剂对水稻叶富集Cd的能力影响不同，施用含硒阻控剂(A)水稻叶Cd含量显著低于其他处理。

因此，选用适合的水稻品种可以减少重金属在植株体内的累积，施用阻控剂可以很好地阻控Cd在水稻籽粒中富集。