不同安全利用技术对水稻的抗镉富集能力研究
时间：2023-04-21 12:30:19 来源：千叶帆 本文已影响人
宋肖琴， 朱羽飞， 罗玉博， 李齐， 陈国安
(1.义乌市种子和植物检疫站， 浙江 义乌 322000；
2.浙江大学 农业与生物技术学院， 浙江 杭州 310058；
3.浙江农林大学， 浙江 杭州 311300；
4.义乌市农技推广服务中心， 浙江 义乌 322000)
人类不合理的工农业活动导致大量重金属进入土壤，引起土壤重金属超标[1]，对我国粮食安全造成较大威胁。水稻是我国最主要的粮食作物之一，但水稻在生长过程中易吸收积累重金属镉(Cd)而带来“超标粮”问题。近年来，国家提出要把中国人的饭碗牢牢端在自己手中，这就要求不仅要扩大粮食生产，还要生产更多优质安全大米，因而，实现Cd污染稻田的安全利用尤为重要。
Cd污染水稻田的安全利用越来越受到研究者的关注，他们[2]提出了许多行之有效的安全利用技术措施，其中通过土壤改良进行重金属原位钝化修复是较为可行的办法之一。土壤改良主要是通过施用石灰、有机肥等钝化剂来降低土壤有效态Cd含量，进而减少水稻对Cd的吸收富集[3]。李伯平[4]研究发现，施用土壤调理剂虽然对土壤总Cd含量影响不大，但可显著降低稻米的Cd和铅(Pb)含量。李心等[5]通过试验证明，施用不同土壤调理剂可使土壤pH值提高0.54～2.06，可有效钝化土壤有效Cd，在水稻产量未显著减少的情况下，稻米Cd含量显著降低17.1%～82.7%。水稻不同品种对重金属的拮抗和吸收能力差异较大[6]，Y两优911、中9优547、新两优223及宜优207等低积累品种也可在Cd污染区域推广种植[7-8]。李贵松等[9]通过连续2 a对43个种(系)稻米Cd含量的观察发现，甬538较适宜在浙江省Cd低污染农田种植推广。除施用土壤钝化剂和选择低积累品种外，外源喷施叶面阻控剂也是安全利用的重要措施之一。研究发现，喷施叶面硒肥可有效减少水稻根系和籽粒中Cd含量[10]；
喷施叶面硅肥后糙米中Cd含量降低了58.33%[11]；
喷施叶面硅肥和海藻酸后，稻米中Cd含量显著降低了6.25%[12]。对于中重度Cd污染稻田，单一技术无法实现安全利用，多种技术联合处理对水稻Cd含量降低效果优于单一技术处理[13]。
本试验选取浙中地区主栽的6个早稻品种、5个晚稻品种，4种叶面阻控剂和5种联合阻控措施，通过大田试验，分析相同种植条件下不同水稻品种、叶面阻控剂处理及联合阻控技术之间稻米Cd吸收积累的差异性，旨在筛选出适宜在浙中地区推广的Cd低积累水稻品种、叶面阻控剂及最优联合阻控措施，为实现中度Cd污染水稻田安全利用技术的推广提供理论指导。
1.1 材料
试验地位于金华市某重金属污染水稻种植区，土壤基本理化性质如下：pH值5.22，全Cd含量0.66 mg·kg-1，有效态Cd含量0.52 mg·kg-1，有机质含量29.3 g·kg-1，碱解氮含量123.9 mg·kg-1，速效钾含量98.8 mg·kg-1，有效磷含量20.9 mg·kg-1。
供试的6个早稻品种分别为中早39、中组534、甬籼534、甬籼25、金早09、中嘉早17；
5个晚稻品种分别为安优607、甬优15、湘早籼45号、煜两优22、陵两优102。供试的4种叶面阻控剂为海藻酸(浙江浙农海洋生物技术有限公司)、黄腐酸钾(山东绿陇作物营养有限公司)、硒肥(山东绿陇作物营养有限公司)、硅肥(郑州正大生物科技有限公司)。
1.2 方法
早稻品种试验和晚稻品种试验仅进行不同品种对Cd富集能力试验，除种植品种不同之外，其余田间管理措施保持一致。
晚稻叶面阻控剂试验设置5个处理，试验水稻品种为煜两优22，各处理分别为海藻酸、黄腐酸钾、硒肥、硅肥、对照(CK，不添加叶面阻控剂)。各叶面阻控剂分别在分蘖期和灌浆期各喷施1次，喷施量见表1。各处理除叶面阻控剂喷施不同，其余田间管理措施保持一致。
表1 晚稻叶面阻控剂试验阻控剂用量
晚稻联合阻控技术试验设置6个处理，各处理见表2。其中，对照组水稻品种为煜两优22；
低积累品种指甬优15；
叶面阻控剂为硅肥(稀释300倍，667 m2用量100 g，在分蘖期和灌浆期各喷1次)；
稳定化材料为石灰(667 m2用量150 kg)；
水分管理指分蘖后期淹水。各处理其余田间管理措施保持一致。
试验处理均设3个重复，采用随机区组排列，每个小区面积为30 m2。田块翻耕平整，用聚氯乙烯(PVC)挡水板划分小区后移栽水稻育秧幼苗，小区间设置保护行、进水沟和排水沟。
1.3 样品采集与分析
于水稻成熟时在每个小区按“五点法”采集稻谷样品，采用GB 5009.15—2014《食品安全国家标准 食品中镉的测定》中的原子吸收光谱法检测水稻稻米Cd含量。
表2 晚稻联合阻控技术试验处理设置
1.4 数据处理
数据整理采用WPS 2019，数据统计分析和制图采用GraphPad Prism 8.0.1。
2.1 不同早稻品种稻米Cd积累差异性
如图1所示，供试的6个早稻品种对土壤Cd的吸收富集能力无显著差异，且稻米Cd富集量均较少。其中金早09稻米Cd含量最低，为0.09 mg·kg-1；
甬籼25稻米Cd含量最高，为0.19 mg·kg-1，较为接近GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》中关于大米Cd含量不高于0.2 mg·kg-1的限量要求。试验结果显示，所种植的6个早稻品种稻米Cd含量均小于国家标准限量值，均适宜在浙中地区Cd中度污染地块种植。
柱上无相同小写字母者表示差异显著(P<0.05)。图2～4同。图1 不同早稻品种稻米Cd积累量差异
2.2 不同晚稻品种稻米Cd积累差异性
在相同的田间管理措施下，不同晚稻品种对土壤中Cd的吸收富集能力不同，且稻米Cd富集量均较多。由图2可知，供试的5个晚稻品种稻米Cd含量均超过国家标准限量值，属超标水稻，未达到安全利用水平。其中煜两优22对土壤Cd的吸收富集能力最强，稻米Cd含量达到0.96 mg·kg-1，陵两优102次之，稻米Cd含量为0.93 mg·kg-1，二者之间无显著差异。甬优15对Cd的吸收富集能力最弱，稻米Cd含量最低，为0.42 mg·kg-1，较煜两优22显著减少56.25%，但仍然超过国家标准限量值。甬优15、安优607、湘早籼45之间无显著差异。在无其他安全利用技术措施下，适宜浙中地区Cd中度污染地块安全种植的晚稻品种还有待进一步试验筛选。
图2 不同晚稻品种稻米Cd积累量差异
2.3 晚稻不同叶面阻控剂抗Cd富集能力差异
由图3可知，叶面阻控剂可显著降低晚稻煜两优22对Cd的积累富集能力，不同叶面阻控剂抗Cd富集能力差异较大。对照组稻米Cd含量最高，达0.97 mg·kg-1，喷施叶面阻控剂的4个处理稻米Cd含量较对照减少20.9%～94.8%。其中硒肥处理稻米Cd含量最低，为0.05 mg·kg-1，达到安全利用水平，其余处理稻米Cd含量均高于国家标准限量值，未达到安全利用水平。除硅肥与黄腐酸钾处理之间无显著差异外，各处理间均存在显著差异。4种叶面阻控剂在晚稻煜两优22上的抗Cd富集能力为硒肥>海藻酸>硅肥≈黄腐酸钾。
图3 晚稻不同叶面阻控剂抗Cd富集能力差异
2.4 晚稻联合阻控技术抗Cd富集能力差异
由图4可知，各联合阻控技术处理均可显著降低稻米对Cd的积累富集能力，其中T1处理的抗Cd能力最强，稻米Cd含量最低，为0.16 mg·kg-1，较CK降低了83.5%，达到安全利用水平；
T2、T3、T4和T5处理较CK降低28.9%～67.0%，但均未达到安全利用水平。T2处理较T3处理增加叶面阻控剂处理，其降Cd效果更优，稻米Cd含量较T3降低了22.0%。T2处理较T5处理增加稳定化材料处理，稻米Cd含量较T5降低了53.6%。除T4和T5处理之间无明显差异外，各处理间存在显著差异。
图4 晚稻联合阻控技术处理抗Cd富集能力差异
由于水稻品种之间存在生物遗传差异性，不同水稻品种对重金属的吸收积累富集能力具有明显的差异性[14]。本研究发现，供试的6个早稻品种稻米Cd富集量均较少，稻米Cd含量均小于国家标准限量值，均可在浙中地区推广种植。供试的5个晚稻品种稻米Cd富集量较多且Cd含量均超标。早晚稻稻米Cd吸收积累的明显差异可能主要是由于品种特性造成的，或者全生育期时长不同引起的，也可能是由于早晚稻进入成熟中后期时的气候或田间保水量不同所致，均有待进一步验证。本试验中供试土壤重金属Cd的活性较高，水稻根系从土壤中吸收转运大量的Cd，进而导致稻米Cd超标，能在浙中地区中度Cd污染地块安全种植的晚稻品种还有待进一步筛选验证。
喷施叶面阻控剂可减少水稻对Cd的吸收富集能力。在本试验设计的喷施浓度和用量下，4种叶面阻控剂均可使水稻对Cd的吸收富集能力降低，抗Cd富集能力为硒肥>海藻酸>硅肥≈黄腐酸钾。仅喷施硒肥处理稻米合格，硅肥、海藻酸和黄腐酸钾处理的稻米Cd含量仍超标。Se和Cd元素存在拮抗作用，叶面喷施硒肥可显著降低Cd在水稻植株内的转移，缓解Cd对水稻的毒害作用，降低稻米Cd含量[11]。本研究中叶面硒肥喷施在晚稻上有较好的降Cd效果，适宜在浙中地区推广应用。
多种安全利用技术联合处理对水稻Cd积累的阻控能力要优于单一技术，本试验也再次证明了前人的研究结论[13]。T2处理对稻米的抗Cd吸收富集能力较T3、T5处理强，说明仅低积累晚稻品种和叶面阻控剂等单一技术不能使Cd中度污染稻田达到安全利用水平，但采用“低积累品种+叶面阻控剂+水分管理”的联合阻控技术T1处理的稻米Cd含量则达到安全利用水平，说明适宜的安全利用技术措施越多，其稻米降Cd效果越优，T1联合阻控技术适宜在浙中地区中度Cd污染稻田推广。
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