浅析降低糙米镉含量中综合降镉技术的作用论文

　　镉（Cadmium,Cd）是自然界一种很稀少且分布较分散的元素，它在陨石和地壳中的平均含量分别为 2.4mg/kg 和 0.2 mg/kg,也是一种主要的有害重金属，土壤和水体中都含有微量镉[1].镉在环境中活性较强，不易降解，易发生生物累积，且在植物体内具有隐蔽性。水稻（Oryza sativa L）是一种镉积累能力较强的农作物[2],所以镉可通过水稻进入食物链，威胁消费者健康。近年来，由于工业＂三废＂排放，城市生活污水和垃圾以及农药、化肥的不合理使用，稻田土壤的重金属镉含量日益增加。据报道[3],2010 年，我国受镉、铅、砷等重金属污染的土地面积已近 2 000 万 hm2,约占耕地总面积的五分之一。2012 年，王静等[4]报道，全国镉严重污染土地已超过 1.33 万 hm2.在镉污染农田中有 5%~10%的面积严重减产，并且所产各类粮食均不宜食用[5-6],这严重影响到我国的稻米数量和质量安全。根据国家标准GB2762-2012《食品中污染物限量》规定，稻米中镉含量不得超过 0.2 mg/kg,但据调查，稻米镉超标现象在我国各地均有发生，尤其是在湖南、广东、广西、福建、浙江等省份，超标率约在 5%~15%[2].因此，如何控制水稻镉污染并实现其安全生产已经成为一个非常重要的课题。
　　目前，国内外应对稻米镉污染的方法有很多，有以客土和淋洗等方法为主的物理措施，有以往土壤中施加改良剂为主的化学措施，也有以分子育种和生物修复为主的生物措施，以及以改善栽培方式为主的农业措施和生态措施。从控制的程序来分大致可归为三类：第一是从源头修复治理被镉污染的土壤；第二是从水稻品种入手，筛选镉低积累型的水稻品种；第三是通过加工技术降低稻米及其产品的镉含量。
　　本课题组自 2010 年起，先后开展了低镉型水稻品种的筛选、水分管理的优化、生石灰的施用等技术措施对水稻吸收与累积镉影响的研究，发现这些技术措施能降低镉在水稻植株体内的富集与籽粒中的积累，并综合提出了以 VIP 为核心的综合降镉技术体系（V,Va-riety,选用低镉型水稻品种；I,Irrigation,优化水分管理；P,土壤 pH,施用石灰以提高土壤 pH）。于 2013 年通过了湖南省科技厅组织的成果鉴定 （湘科成登字第：943Y2013055 号）。为了研究 VIP 技术在不同条件下的适应性，笔者在湖南省内多个镉污染区进行了小区联合试验研究。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　湘晚籼 12 号：系湖南省水稻研究所选育的 1 个中熟偏早晚籼优质新品种。该品种具有米质优、高产稳产，抗逆性好，适应性广等优点。2001 年通过湖南省农作物品种审定委员会审定，2003 年通过国家农作物品种审定委员会审定[7].
　　1.2 试验地及土壤情况
　　试验地的成土母质及土壤背景全镉含量见表 1.
　　1.3 试验处理
　　试验处理及主要内容见表 2.
　　1.4 试验设计
　　随机区组试验设计，3 次重复，小区面积为 30 m2.6 月中下旬播种，采用常规水育秧，秧龄 25~30 d,移栽秧龄 5.5~6.5 叶期，移栽规格 20 cm 20 cm,壮苗带泥栽植；采用人工除草，不使用化学除草剂；小区间留走道和灌排水沟，小区间作埂，分小区单排单灌；按当地病虫害情报进行防治，用足水量，不打高浓度药剂，比常规大田管理要多打几次药；施肥量及其他栽培管理技术措施参考当地标准
　　1.5 VIP 技术的操作规程
　　（1）石灰的施用：分蘖末期每 667 m2施用生石灰60 kg,拌泥土 60 kg 施用（施用石灰时遮住对照区）。
　　（2）水分管理：长期保持田间有浅水层，不晒田，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：在始穗期和籽粒灌浆初期进行 2次叶面喷施富硒营养调理液，每次每 667 m2用量为 5g,对水 30 kg,选择晴天下午进行细喷雾。
　　1.6 观察记载项目
　　1.6.1 土壤取样移栽前在每个试验点的试验田内随机取 3 个样品。
　　1.6.2 成熟期植株取样每小区取 5 丛，齐泥割取，写好标签，每个样品单独装袋。
　　1.6.3 稻株样品处理及镉含量测定取样后，分成稻草和实粒两部分，用 105 杀青 30min,75 条件下用烘箱烘干后再用粉碎机粉碎。镉含量的测定利用原子吸收分光光度计，根据 GB/T5009.15-2003 的测定方法测定水稻糙米中镉的含量。
　　1.7 数据处理
　　采用 Excel 2003 和 SAS 9.0 统计分析软件进行数据处理。多重比较采用 LSD 法。
　　2 试验结果与分析
　　2.1 各因素对米镉含量的影响
　　从表 3 可见，3 种成土母质之间、3 种污染程度之间、6 种处理之间以及成土母质和污染程度组合之间均存在极显着差异，而其他组合效应之间无显着性差异。
　　2.2 不同控制技术对降低稻米镉含量的影响
　　从表 4 可见，T1 处理糙米中镉含量最高，为 0.22mg/kg.T5 和 T6 的处理效果较好，糙米中镉含量最低，均为 0.15 mg/kg,比对照降低了 32%.T2、T3 和 T4 处理相比对照降低幅度依次为 9%、23%和 14%.其中，T3、T5、T6 与 T1 处理差异显着，T5、T6 处理与 T1、T2、T4处理差异显着，说明 5 种控制技术都有降低稻米中镉含量的作用，其中以 T5 和 T6 处理效果较好。
　　2.3 不同试验点稻米镉含量差异比较
　　从表 5 可见，试验点 HN5 的糙米中镉含量最高，达 0.41 mg/kg,除 XT8 和 XY11 试验点外，与其他地点均存在显着性差异；试验点 XT7 的糙米中镉含量最低，为 0.09 mg/kg,与部分试验点之间存在显着差异。说明在不使用任何控制技术情况下，稻米吸收镉含量在地点间有很大差异，即跟试验点的成土母质和土壤污染程度有关。从总体上来看，4 个地区都以土壤中度污染条件下糙米镉含量最高，长沙和衡南两地以土壤重度污染条件下糙米镉含量最低，湘潭和湘阴则以土壤轻度污染条件下糙米镉含量最低。
　　2.4 不同试验点各控制技术对降低稻米镉含量的比较效应
　　从表 6 可见，长沙 3 和 T3 组合对降低糙米中镉含量效果最明显，仅为 0.08 mg/kg,而衡南 5 和 T1 组合的处理效果最差，糙米中镉含量高达 0.41 mg/kg,两者相差 0.33 mg/kg.说明所有组合中以 VIP 控制技术在成土母质为板页岩的高度污染土壤条件下处理效果最好，而对照在成土母质为第四纪的中度污染条件下效果最差，其他组合介于两者之间。
　　2.5 相同试验点不同控制技术处理对降低稻米镉含量的影响
　　由表 6 可以看出，不同控制技术在相同试验点对降低稻米中镉含量具有差异性。在长沙县成土母质为板页岩条件下，无论土壤背景全镉含量的＂高低，各处理相对于对照均没有显着性差异，说明各控制技术在成土母质为板页岩的地区使用效果并不明显。但各试验点糙米中镉含量大都低于 0.2 mg/kg,说明长沙县 3 个试验点的稻米镉污染程度并不严重。
　　衡南县成土母质为第四纪红壤，在土壤轻度污染条件下，各种控制技术相对于对照虽有降低稻米中镉含量的效果，但差异均不显着；在中度污染条件下，各处理具有降低稻米镉含量的趋势，但只有 T5、T6 处理与对照差异显着；在重度污染条件下，除 T2 处理外，其他处理的镉含量均低于 T1 处理，但与 T1 处理无显着性差异，说明各种控制技术在轻度和重度污染的土壤条件下、成土母质为第四纪红壤地区的处理效果不明显，且生物菌肥 Bi 的施用反而可能增加稻米中的镉含量。
　　湘潭县成土母质为紫色砂，在土壤轻度和重度污染条件下，各种控制技术处理后反而有增加糙米中镉含量的趋势，但差异都不显着，说明此技术不适用于这2 个试验点；而在中度污染条件下，5 种处理相对于对照都降低了糙米中镉含量，且除 T2 处理外，均有显着性差异，其中以 T5 处理效果最好。
　　在湘阴县成土母质为冲积土，土壤轻度和重度污染条件下，各处理与 T1 处理均无显着差异，虽然有降低糙米镉含量的趋势，但 VIP 等控制技术的使用效果并不明显；在中度污染条件下，各处理镉含量都低于对照，且 T5、T6 处理与 T1 处理差异显着，其中以 T5 处理效果最佳。
　　2.6 相同控制技术在不同污染程度条件下对降低稻米镉含量的影响
　　由表 7 可以看出，各处理在不同污染程度的土壤中进行，糙米中积累的镉含量也具有差异。各处理在土壤中度污染条件下都表现为糙米镉含量最高，在土壤轻度污染条件下都表现为糙米镉含量最低，在重度污染条件下位于两者之间。总体上，各控制技术相对对照均在一定程度降低了糙米镉含量。在轻度污染的土壤条件下，以 VIP 为主的控制技术虽降低了糙米镉浓度，但相互之间的作用效果基本无差异；在中度和重度污染的土壤条件下，以 T5 和 T6 处理的作用效果较好。
　　2.7 相同控制技术处理在不同成土母质条件下对降低稻米镉含量的影响
　　表 8 表明，相同的处理条件下，成土母质不同，降低糙米中镉浓度的作用效果也不同。T1 和 T5 处理条件下，以在板页岩和紫色砂进行的作用效果最好，冲积土次之，第四纪红壤效果最差；T2 处理条件下，作用效果从高至低依次为板页岩、紫色砂、冲积土、第四纪红壤；T3 处理条件下，作用效果从高至低依次为板页岩、紫色砂、冲积土、第四纪红壤；T4 处理条件下，作用效果从高至低依次为板页岩、冲积土、紫色砂、第四纪红壤；T6 处理条件下，作用效果从高至低依次为板页岩、紫色砂、第四纪红壤、冲积土。
　　综上可知，相同处理不同成土母质条件下，糙米中镉浓度存在很大差异，各处理均以在板页岩为成土母质的作用效果最好，以第四纪红壤为成土母质的作用效果最差。土壤的成土母质跟 VIP 等控制技术作用效果密切相关，如往不同成土母质的土壤中施加石灰，作用效果不同，其作用机理有待进一步探讨。
　　3 小结与讨论
　　本试验结果表明，5 种控制技术都有降低稻米中镉含量的作用，其中，生物菌肥 Bi 的处理与对照无明显差异，＂VIP+Se＂或＂VIP+Se+Bi＂处理效果最好，这两种技术的优劣有待进一步讨论。
　　在不使用任何控制措施情况下，稻米吸收镉多少在不同地点间有很大差异，即跟试验点的成土母质和土壤背景全镉含量有关。根据各地点的糙米镉积累情况，可为低镉水稻生产地点的选择提供依据。但这种作用仍需从机理上进一步证实。
　　不同试验点与各控制技术组合对降低稻米镉含量的比较效应表明，以 VIP 控制技术在成土母质为板页岩的高污染土壤条件下组合处理效果最好，而对照处理在成土母质为第四纪的中度污染土壤条件下处理效果最差，其他各组合介于两者之间。
　　相同试验点不同控制技术处理对降低稻米镉含量的影响不同。在长沙县 3 个试验点的稻米镉污染不是十分严重，大都低于 0.2 mg/kg,但各种控制技术的使用效果不明显；在衡南、湘潭和湘阴土壤为轻度和重度污染条件下，各种控制技术虽有降低糙米中镉含量的趋势，但差异都不明显，故不适用于这些试验点；在衡南中度污染条件下，＂VIP+Se＂和＂VIP+Se+Bi＂技术的处理效果为好，且单独施用生物菌肥 Bi 反而有增加糙米中镉含量的作用；在湘阴土壤中度污染条件下，＂VIP+Se＂和＂VIP+Se+Bi＂技术与对照相比有显着差异，但以＂VIP+Se＂技术的效果最佳。综合可知，＂VIP+Se＂技术对降低糙米镉含量的作用较为明显，但这也得视不同成土母质和土壤污染程度而定。＂VIP+n＂模式的处理效果有待进一步研究，生物菌肥 Bi 的作用也有待进一步证实。
　　各控制技术在不同污染程度的土壤中进行，糙米中积累的镉含量也不同。各处理在土壤中度污染条件下都表现为糙米镉含量最高，在土壤轻度污染条件下都表现为糙米镉含量最低，在重度污染条件下位于两者之间。土壤镉污染程度如何影响 VIP 等控制技术的发挥仍需探讨。
　　相同处理不同成土母质条件下，糙米中镉含量存在很大差异，其中各处理均以板页岩为成土母质的作用效果最好，大都以第四纪红壤为成土母质的作用效果最差。成土母质如何影响 VIP 等控制技术的作用有待进一步讨论。
　　参考文献
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