淺析降低糙米鎘含量中綜合降鎘技術(shù)的作用論文
鎘（Cadmium,Cd）是自然界一種很稀少且分布較分散的元素，它在隕石和地殼中的平均含量分別為 2.4mg/kg 和 0.2 mg/kg,也是一種主要的有害重金屬，土壤和水體中都含有微量鎘[1].鎘在環(huán)境中活性較強(qiáng)，不易降解，易發(fā)生生物累積，且在植物體內(nèi)具有隱蔽性。水稻（Oryza sativa L）是一種鎘積累能力較強(qiáng)的農(nóng)作物[2],所以鎘可通過水稻進(jìn)入食物鏈，威脅消費(fèi)者健康。近年來，由于工業(yè)“三廢”排放，城市生活污水和垃圾以及農(nóng)藥、化肥的不合理使用，稻田土壤的重金屬鎘含量日益增加。據(jù)報(bào)道[3],2010 年，我國受鎘、鉛、砷等重金屬污染的土地面積已近 2 000 萬 hm2,約占耕地總面積的五分之一。2012 年，王靜等[4]報(bào)道，全國鎘嚴(yán)重污染土地已超過 1.33 萬 hm2.在鎘污染農(nóng)田中有 5%~10%的面積嚴(yán)重減產(chǎn)，并且所產(chǎn)各類糧食均不宜食用[5-6],這嚴(yán)重影響到我國的稻米數(shù)量和質(zhì)量安全。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB2762-2012《食品中污染物限量》規(guī)定，稻米中鎘含量不得超過 0.2 mg/kg,但據(jù)調(diào)查，稻米鎘超標(biāo)現(xiàn)象在我國各地均有發(fā)生，尤其是在湖南、廣東、廣西、福建、浙江等省份，超標(biāo)率約在 5%~15%[2].因此，如何控制水稻鎘污染并實(shí)現(xiàn)其安全生產(chǎn)已經(jīng)成為一個(gè)非常重要的課題。
目前，國內(nèi)外應(yīng)對稻米鎘污染的方法有很多，有以客土和淋洗等方法為主的物理措施，有以往土壤中施加改良劑為主的化學(xué)措施，也有以分子育種和生物修復(fù)為主的生物措施，以及以改善栽培方式為主的農(nóng)業(yè)措施和生態(tài)措施。從控制的程序來分大致可歸為三類：第一是從源頭修復(fù)治理被鎘污染的土壤；第二是從水稻品種入手，篩選鎘低積累型的水稻品種；第三是通過加工技術(shù)降低稻米及其產(chǎn)品的鎘含量。
本課題組自 2010 年起，先后開展了低鎘型水稻品種的篩選、水分管理的優(yōu)化、生石灰的施用等技術(shù)措施對水稻吸收與累積鎘影響的研究，發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)措施能降低鎘在水稻植株體內(nèi)的富集與籽粒中的積累，并綜合提出了以 VIP 為核心的綜合降鎘技術(shù)體系（V,Va-riety,選用低鎘型水稻品種；I,Irrigation,優(yōu)化水分管理；P,土壤 pH,施用石灰以提高土壤 pH）。于 2013 年通過了湖南省科技廳組織的成果鑒定 （湘科成登字第：943Y2013055 號）。為了研究 VIP 技術(shù)在不同條件下的適應(yīng)性，筆者在湖南省內(nèi)多個(gè)鎘污染區(qū)進(jìn)行了小區(qū)聯(lián)合試驗(yàn)研究。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
湘晚秈 12 號：系湖南省水稻研究所選育的 1 個(gè)中熟偏早晚秈優(yōu)質(zhì)新品種。該品種具有米質(zhì)優(yōu)、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，抗逆性好，適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)。2001 年通過湖南省農(nóng)作物品種審定委員會審定，2003 年通過國家農(nóng)作物品種審定委員會審定[7].
1.2 試驗(yàn)地及土壤情況
試驗(yàn)地的成土母質(zhì)及土壤背景全鎘含量見表 1.
1.3 試驗(yàn)處理
試驗(yàn)處理及主要內(nèi)容見表 2.
1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)，小區(qū)面積為 30 m2.6 月中下旬播種，采用常規(guī)水育秧，秧齡 25~30 d,移栽秧齡 5.5~6.5 葉期，移栽規(guī)格 20 cm×20 cm,壯苗帶泥栽植；采用人工除草，不使用化學(xué)除草劑；小區(qū)間留走道和灌排水溝，小區(qū)間作埂，分小區(qū)單排單灌；按當(dāng)?shù)夭∠x害情報(bào)進(jìn)行防治，用足水量，不打高濃度藥劑，比常規(guī)大田管理要多打幾次藥；施肥量及其他栽培管理技術(shù)措施參考當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)
1.5 VIP 技術(shù)的操作規(guī)程
�。�1）石灰的施用：分蘗末期每 667 m2施用生石灰60 kg,拌泥土 60 kg 施用（施用石灰時(shí)遮住對照區(qū)）。
�。�2）水分管理：長期保持田間有淺水層，不曬田，直至收割前 7 d 左右，自然落干。
�。�3）生物菌肥的施用：每 667 m2施用 75 kg 生物菌肥，于移栽前作基肥施用。
�。�4）硒肥的施用：在始穗期和籽粒灌漿初期進(jìn)行 2次葉面噴施富硒營養(yǎng)調(diào)理液，每次每 667 m2用量為 5g,對水 30 kg,選擇晴天下午進(jìn)行細(xì)噴霧。
1.6 觀察記載項(xiàng)目
1.6.1 土壤取樣移栽前在每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)田內(nèi)隨機(jī)取 3 個(gè)樣品。
1.6.2 成熟期植株取樣每小區(qū)取 5 叢，齊泥割取，寫好標(biāo)簽，每個(gè)樣品單獨(dú)裝袋。
1.6.3 稻株樣品處理及鎘含量測定取樣后，分成稻草和實(shí)粒兩部分，用 105℃殺青 30min,75℃條件下用烘箱烘干后再用粉碎機(jī)粉碎。鎘含量的測定利用原子吸收分光光度計(jì)，根據(jù) GB/T5009.15-2003 的測定方法測定水稻糙米中鎘的含量。
1.7 數(shù)據(jù)處理
采用 Excel 2003 和 SAS 9.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。多重比較采用 LSD 法。
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 各因素對米鎘含量的影響
從表 3 可見，3 種成土母質(zhì)之間、3 種污染程度之間、6 種處理之間以及成土母質(zhì)和污染程度組合之間均存在極顯著差異，而其他組合效應(yīng)之間無顯著性差異。
2.2 不同控制技術(shù)對降低稻米鎘含量的影響
從表 4 可見，T1 處理糙米中鎘含量最高，為 0.22mg/kg.T5 和 T6 的處理效果較好，糙米中鎘含量最低，均為 0.15 mg/kg,比對照降低了 32%.T2、T3 和 T4 處理相比對照降低幅度依次為 9%、23%和 14%.其中，T3、T5、T6 與 T1 處理差異顯著，T5、T6 處理與 T1、T2、T4處理差異顯著，說明 5 種控制技術(shù)都有降低稻米中鎘含量的作用，其中以 T5 和 T6 處理效果較好。
2.3 不同試驗(yàn)點(diǎn)稻米鎘含量差異比較
從表 5 可見，試驗(yàn)點(diǎn) HN5 的糙米中鎘含量最高，達(dá) 0.41 mg/kg,除 XT8 和 XY11 試驗(yàn)點(diǎn)外，與其他地點(diǎn)均存在顯著性差異；試驗(yàn)點(diǎn) XT7 的糙米中鎘含量最低，為 0.09 mg/kg,與部分試驗(yàn)點(diǎn)之間存在顯著差異。說明在不使用任何控制技術(shù)情況下，稻米吸收鎘含量在地點(diǎn)間有很大差異，即跟試驗(yàn)點(diǎn)的成土母質(zhì)和土壤污染程度有關(guān)。從總體上來看，4 個(gè)地區(qū)都以土壤中度污染條件下糙米鎘含量最高，長沙和衡南兩地以土壤重度污染條件下糙米鎘含量最低，湘潭和湘陰則以土壤輕度污染條件下糙米鎘含量最低。
2.4 不同試驗(yàn)點(diǎn)各控制技術(shù)對降低稻米鎘含量的比較效應(yīng)
從表 6 可見，長沙 3 和 T3 組合對降低糙米中鎘含量效果最明顯，僅為 0.08 mg/kg,而衡南 5 和 T1 組合的處理效果最差，糙米中鎘含量高達(dá) 0.41 mg/kg,兩者相差 0.33 mg/kg.說明所有組合中以 VIP 控制技術(shù)在成土母質(zhì)為板頁巖的高度污染土壤條件下處理效果最好，而對照在成土母質(zhì)為第四紀(jì)的中度污染條件下效果最差，其他組合介于兩者之間。
2.5 相同試驗(yàn)點(diǎn)不同控制技術(shù)處理對降低稻米鎘含量的影響
由表 6 可以看出，不同控制技術(shù)在相同試驗(yàn)點(diǎn)對降低稻米中鎘含量具有差異性。在長沙縣成土母質(zhì)為板頁巖條件下，無論土壤背景全鎘含量的高低，各處理相對于對照均沒有顯著性差異，說明各控制技術(shù)在成土母質(zhì)為板頁巖的地區(qū)使用效果并不明顯。但各試驗(yàn)點(diǎn)糙米中鎘含量大都低于 0.2 mg/kg,說明長沙縣 3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的稻米鎘污染程度并不嚴(yán)重。
衡南縣成土母質(zhì)為第四紀(jì)紅壤，在土壤輕度污染條件下，各種控制技術(shù)相對于對照雖有降低稻米中鎘含量的效果，但差異均不顯著；在中度污染條件下，各處理具有降低稻米鎘含量的趨勢，但只有 T5、T6 處理與對照差異顯著；在重度污染條件下，除 T2 處理外，其他處理的鎘含量均低于 T1 處理，但與 T1 處理無顯著性差異，說明各種控制技術(shù)在輕度和重度污染的土壤條件下、成土母質(zhì)為第四紀(jì)紅壤地區(qū)的處理效果不明顯，且生物菌肥 Bi 的施用反而可能增加稻米中的鎘含量。
湘潭縣成土母質(zhì)為紫色砂，在土壤輕度和重度污染條件下，各種控制技術(shù)處理后反而有增加糙米中鎘含量的趨勢，但差異都不顯著，說明此技術(shù)不適用于這2 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；而在中度污染條件下，5 種處理相對于對照都降低了糙米中鎘含量，且除 T2 處理外，均有顯著性差異，其中以 T5 處理效果最好。
在湘陰縣成土母質(zhì)為沖積土，土壤輕度和重度污染條件下，各處理與 T1 處理均無顯著差異，雖然有降低糙米鎘含量的趨勢，但 VIP 等控制技術(shù)的使用效果并不明顯；在中度污染條件下，各處理鎘含量都低于對照，且 T5、T6 處理與 T1 處理差異顯著，其中以 T5 處理效果最佳。
2.6 相同控制技術(shù)在不同污染程度條件下對降低稻米鎘含量的影響
由表 7 可以看出，各處理在不同污染程度的土壤中進(jìn)行，糙米中積累的鎘含量也具有差異。各處理在土壤中度污染條件下都表現(xiàn)為糙米鎘含量最高，在土壤輕度污染條件下都表現(xiàn)為糙米鎘含量最低，在重度污染條件下位于兩者之間�？傮w上，各控制技術(shù)相對對照均在一定程度降低了糙米鎘含量。在輕度污染的土壤條件下，以 VIP 為主的控制技術(shù)雖降低了糙米鎘濃度，但相互之間的作用效果基本無差異；在中度和重度污染的土壤條件下，以 T5 和 T6 處理的作用效果較好。
2.7 相同控制技術(shù)處理在不同成土母質(zhì)條件下對降低稻米鎘含量的影響
表 8 表明，相同的處理?xiàng)l件下，成土母質(zhì)不同，降低糙米中鎘濃度的作用效果也不同。T1 和 T5 處理?xiàng)l件下，以在板頁巖和紫色砂進(jìn)行的作用效果最好，沖積土次之，第四紀(jì)紅壤效果最差；T2 處理?xiàng)l件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、紫色砂、沖積土、第四紀(jì)紅壤；T3 處理?xiàng)l件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、紫色砂、沖積土、第四紀(jì)紅壤；T4 處理?xiàng)l件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、沖積土、紫色砂、第四紀(jì)紅壤；T6 處理?xiàng)l件下，作用效果從高至低依次為板頁巖、紫色砂、第四紀(jì)紅壤、沖積土。
綜上可知，相同處理不同成土母質(zhì)條件下，糙米中鎘濃度存在很大差異，各處理均以在板頁巖為成土母質(zhì)的作用效果最好，以第四紀(jì)紅壤為成土母質(zhì)的'作用效果最差。土壤的成土母質(zhì)跟 VIP 等控制技術(shù)作用效果密切相關(guān)，如往不同成土母質(zhì)的土壤中施加石灰，作用效果不同，其作用機(jī)理有待進(jìn)一步探討。
3 小結(jié)與討論
本試驗(yàn)結(jié)果表明，5 種控制技術(shù)都有降低稻米中鎘含量的作用，其中，生物菌肥 Bi 的處理與對照無明顯差異，“VIP+Se”或“VIP+Se+Bi”處理效果最好，這兩種技術(shù)的優(yōu)劣有待進(jìn)一步討論。
在不使用任何控制措施情況下，稻米吸收鎘多少在不同地點(diǎn)間有很大差異，即跟試驗(yàn)點(diǎn)的成土母質(zhì)和土壤背景全鎘含量有關(guān)。根據(jù)各地點(diǎn)的糙米鎘積累情況，可為低鎘水稻生產(chǎn)地點(diǎn)的選擇提供依據(jù)。但這種作用仍需從機(jī)理上進(jìn)一步證實(shí)。
不同試驗(yàn)點(diǎn)與各控制技術(shù)組合對降低稻米鎘含量的比較效應(yīng)表明，以 VIP 控制技術(shù)在成土母質(zhì)為板頁巖的高污染土壤條件下組合處理效果最好，而對照處理在成土母質(zhì)為第四紀(jì)的中度污染土壤條件下處理效果最差，其他各組合介于兩者之間。
相同試驗(yàn)點(diǎn)不同控制技術(shù)處理對降低稻米鎘含量的影響不同。在長沙縣 3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的稻米鎘污染不是十分嚴(yán)重，大都低于 0.2 mg/kg,但各種控制技術(shù)的使用效果不明顯；在衡南、湘潭和湘陰土壤為輕度和重度污染條件下，各種控制技術(shù)雖有降低糙米中鎘含量的趨勢，但差異都不明顯，故不適用于這些試驗(yàn)點(diǎn)；在衡南中度污染條件下，“VIP+Se”和“VIP+Se+Bi”技術(shù)的處理效果為好，且單獨(dú)施用生物菌肥 Bi 反而有增加糙米中鎘含量的作用；在湘陰土壤中度污染條件下，“VIP+Se”和“VIP+Se+Bi”技術(shù)與對照相比有顯著差異，但以“VIP+Se”技術(shù)的效果最佳。綜合可知，“VIP+Se”技術(shù)對降低糙米鎘含量的作用較為明顯，但這也得視不同成土母質(zhì)和土壤污染程度而定�！癡IP+n”模式的處理效果有待進(jìn)一步研究，生物菌肥 Bi 的作用也有待進(jìn)一步證實(shí)。
各控制技術(shù)在不同污染程度的土壤中進(jìn)行，糙米中積累的鎘含量也不同。各處理在土壤中度污染條件下都表現(xiàn)為糙米鎘含量最高，在土壤輕度污染條件下都表現(xiàn)為糙米鎘含量最低，在重度污染條件下位于兩者之間。土壤鎘污染程度如何影響 VIP 等控制技術(shù)的發(fā)揮仍需探討。
相同處理不同成土母質(zhì)條件下，糙米中鎘含量存在很大差異，其中各處理均以板頁巖為成土母質(zhì)的作用效果最好，大都以第四紀(jì)紅壤為成土母質(zhì)的作用效果最差。成土母質(zhì)如何影響 VIP 等控制技術(shù)的作用有待進(jìn)一步討論。
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