淺析降低糙米鎘含量中綜合降鎘技術的作用論文

淺析降低糙米鎘含量中綜合降鎘技術的作用論文

　　鎘（Cadmium,Cd）是自然界一種很稀少且分佈較分散的元素，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].鎘在環境中活性較強，不易降解，易發生生物累積，且在植物體內具有隱蔽性。水稻（Oryza sativa L）是一種鎘積累能力較強的農作物[2],所以鎘可透過水稻進入食物鏈，威脅消費者健康。近年來，由於工業“三廢”排放，城市生活汙水和垃圾以及農藥、化肥的不合理使用，稻田土壤的重金屬鎘含量日益增加。據報道[3],2010 年，我國受鎘、鉛、砷等重金屬汙染的土地面積已近 2 000 萬 hm2,約佔耕地總面積的五分之一。2012 年，王靜等[4]報道，全國鎘嚴重汙染土地已超過 1.33 萬 hm2.在鎘汙染農田中有 5%~10%的面積嚴重減產，並且所產各類糧食均不宜食用[5-6],這嚴重影響到我國的稻米數量和質量安全。根據國家標準GB2762-2012《食品中汙染物限量》規定，稻米中鎘含量不得超過 0.2 mg/kg,但據調查，稻米鎘超標現象在我國各地均有發生，尤其是在湖南、廣東、廣西、福建、浙江等省份，超標率約在 5%~15%[2].因此，如何控制水稻鎘汙染並實現其安全生產已經成為一個非常重要的課題。

　　目前，國內外應對稻米鎘汙染的方法有很多，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措施，也有以分子育種和生物修復為主的生物措施，以及以改善栽培方式為主的農業措施和生態措施。從控制的程式來分大致可歸為三類：第一是從源頭修復治理被鎘汙染的土壤；第二是從水稻品種入手，篩選鎘低積累型的水稻品種；第三是透過加工技術降低稻米及其產品的鎘含量。

　　本課題組自 2010 年起，先後開展了低鎘型水稻品種的篩選、水分管理的最佳化、生石灰的施用等技術措施對水稻吸收與累積鎘影響的研究，發現這些技術措施能降低鎘在水稻植株體內的富集與籽粒中的積累，並綜合提出了以 VIP 為核心的綜合降鎘技術體系（V,Va-riety,選用低鎘型水稻品種；I,Irrigation,最佳化水分管理；P,土壤 pH,施用石灰以提高土壤 pH）。於 2013 年通過了湖南省科技廳組織的成果鑑定 （湘科成登字第：943Y2013055 號）。為了研究 VIP 技術在不同條件下的適應性，筆者在湖南省內多個鎘汙染區進行了小區聯合試驗研究。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗材料

　　湘晚秈 12 號：系湖南省水稻研究所選育的 1 箇中熟偏早晚秈優質新品種。該品種具有米質優、高產穩產，抗逆性好，適應性廣等優點。2001 年透過湖南省農作物品種審定委員會審定，2003 年透過國家農作物品種審定委員會審定[7].

　　1.2 試驗地及土壤情況

　　試驗地的成土母質及土壤背景全鎘含量見表 1.

　　1.3 試驗處理

　　試驗處理及主要內容見表 2.

　　1.4 試驗設計

　　隨機區組試驗設計，3 次重複，小區面積為 30 m2.6 月中下旬播種，採用常規水育秧，秧齡 25~30 d,移栽秧齡 5.5~6.5 葉期，移栽規格 20 cm×20 cm,壯苗帶泥栽植；採用人工除草，不使用化學除草劑；小區間留走道和灌排水溝，小區間作埂，分小區單排單灌；按當地病蟲害情報進行防治，用足水量，不打高濃度藥劑，比常規大田管理要多打幾次藥；施肥量及其他栽培管理技術措施參考當地標準

　　1.5 VIP 技術的操作規程

　　（1）石灰的施用：分櫱末期每 667 m2施用生石灰60 kg,拌泥土 60 kg 施用（施用石灰時遮住對照區）。

　　（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，自然落幹。

　　（3）生物菌肥的施用：每 667 m2施用 75 kg 生物菌肥，於移栽前作基肥施用。

　　（4）硒肥的施用：在始穗期和籽粒灌漿初期進行 2次葉面噴施富硒營養調理液，每次每 667 m2用量為 5g,對水 30 kg,選擇晴天下午進行細噴霧。

　　1.6 觀察記載專案

　　1.6.1 土壤取樣移栽前在每個試驗點的試驗田內隨機取 3 個樣品。

　　1.6.2 成熟期植株取樣每小區取 5 叢，齊泥割取，寫好標籤，每個樣品單獨裝袋。

　　1.6.3 稻株樣品處理及鎘含量測定取樣後，分成稻草和實粒兩部分，用 105℃殺青 30min,75℃條件下用烘箱烘乾後再用粉碎機粉碎。鎘含量的測定利用原子吸收分光光度計，根據 GB/T5009.15-2003 的測定方法測定水稻糙米中鎘的含量。

　　1.7 資料處理

　　採用 Excel 2003 和 SAS 9.0 統計分析軟體進行資料處理。多重比較採用 LSD 法。

　　2 試驗結果與分析

　　2.1 各因素對米鎘含量的影響

　　從表 3 可見，3 種成土母質之間、3 種汙染程度之間、6 種處理之間以及成土母質和汙染程度組合之間均存在極顯著差異，而其他組合效應之間無顯著性差異。

　　2.2 不同控制技術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 不同試驗點稻米鎘含量差異比較

　　從表 5 可見，試驗點 HN5 的糙米中鎘含量最高，達 0.41 mg/kg,除 XT8 和 XY11 試驗點外，與其他地點均存在顯著性差異；試驗點 XT7 的糙米中鎘含量最低，為 0.09 mg/kg,與部分試驗點之間存在顯著差異。說明在不使用任何控制技術情況下，稻米吸收鎘含量在地點間有很大差異，即跟試驗點的成土母質和土壤汙染程度有關。從總體上來看，4 個地區都以土壤中度汙染條件下糙米鎘含量最高，長沙和衡南兩地以土壤重度汙染條件下糙米鎘含量最低，湘潭和湘陰則以土壤輕度汙染條件下糙米鎘含量最低。

　　2.4 不同試驗點各控制技術對降低稻米鎘含量的比較效應

　　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 0.41 mg/kg,兩者相差 0.33 mg/kg.說明所有組合中以 VIP 控制技術在成土母質為板頁岩的高度汙染土壤條件下處理效果最好，而對照在成土母質為第四紀的中度汙染條件下效果最差，其他組合介於兩者之間。

　　2.5 相同試驗點不同控制技術處理對降低稻米鎘含量的影響

　　由表 6 可以看出，不同控制技術在相同試驗點對降低稻米中鎘含量具有差異性。在長沙縣成土母質為板頁岩條件下，無論土壤背景全鎘含量的高低，各處理相對於對照均沒有顯著性差異，說明各控制技術在成土母質為板頁岩的地區使用效果並不明顯。但各試驗點糙米中鎘含量大都低於 0.2 mg/kg,說明長沙縣 3 個試驗點的稻米鎘汙染程度並不嚴重。

　　衡南縣成土母質為第四紀紅壤，在土壤輕度汙染條件下，各種控制技術相對於對照雖有降低稻米中鎘含量的效果，但差異均不顯著；在中度汙染條件下，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；在重度汙染條件下，除 T2 處理外，其他處理的鎘含量均低於 T1 處理，但與 T1 處理無顯著性差異，說明各種控制技術在輕度和重度汙染的土壤條件下、成土母質為第四紀紅壤地區的處理效果不明顯，且生物菌肥 Bi 的施用反而可能增加稻米中的鎘含量。

　　湘潭縣成土母質為紫色砂，在土壤輕度和重度汙染條件下，各種控制技術處理後反而有增加糙米中鎘含量的趨勢，但差異都不顯著，說明此技術不適用於這2 個試驗點；而在中度汙染條件下，5 種處理相對於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。

　　在湘陰縣成土母質為沖積土，土壤輕度和重度汙染條件下，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 等控制技術的使用效果並不明顯；在中度汙染條件下，各處理鎘含量都低於對照，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 相同控制技術在不同汙染程度條件下對降低稻米鎘含量的影響

　　由表 7 可以看出，各處理在不同汙染程度的土壤中進行，糙米中積累的鎘含量也具有差異。各處理在土壤中度汙染條件下都表現為糙米鎘含量最高，在土壤輕度汙染條件下都表現為糙米鎘含量最低，在重度汙染條件下位於兩者之間。總體上，各控制技術相對對照均在一定程度降低了糙米鎘含量。在輕度汙染的土壤條件下，以 VIP 為主的控制技術雖降低了糙米鎘濃度，但相互之間的作用效果基本無差異；在中度和重度汙染的土壤條件下，以 T5 和 T6 處理的作用效果較好。

　　2.7 相同控制技術處理在不同成土母質條件下對降低稻米鎘含量的影響

　　表 8 表明，相同的處理條件下，成土母質不同，降低糙米中鎘濃度的作用效果也不同。T1 和 T5 處理條件下，以在板頁岩和紫色砂進行的作用效果最好，沖積土次之，第四紀紅壤效果最差；T2 處理條件下，作用效果從高至低依次為板頁岩、紫色砂、沖積土、第四紀紅壤；T3 處理條件下，作用效果從高至低依次為板頁岩、紫色砂、沖積土、第四紀紅壤；T4 處理條件下，作用效果從高至低依次為板頁岩、沖積土、紫色砂、第四紀紅壤；T6 處理條件下，作用效果從高至低依次為板頁岩、紫色砂、第四紀紅壤、沖積土。

　　綜上可知，相同處理不同成土母質條件下，糙米中鎘濃度存在很大差異，各處理均以在板頁岩為成土母質的作用效果最好，以第四紀紅壤為成土母質的'作用效果最差。土壤的成土母質跟 VIP 等控制技術作用效果密切相關，如往不同成土母質的土壤中施加石灰，作用效果不同，其作用機理有待進一步探討。

　　3 小結與討論

　　本試驗結果表明，5 種控制技術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，這兩種技術的優劣有待進一步討論。

　　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間有很大差異，即跟試驗點的成土母質和土壤背景全鎘含量有關。根據各地點的糙米鎘積累情況，可為低鎘水稻生產地點的選擇提供依據。但這種作用仍需從機理上進一步證實。

　　不同試驗點與各控制技術組合對降低稻米鎘含量的比較效應表明，以 VIP 控制技術在成土母質為板頁岩的高汙染土壤條件下組合處理效果最好，而對照處理在成土母質為第四紀的中度汙染土壤條件下處理效果最差，其他各組合介於兩者之間。

　　相同試驗點不同控制技術處理對降低稻米鎘含量的影響不同。在長沙縣 3 個試驗點的稻米鎘汙染不是十分嚴重，大都低於 0.2 mg/kg,但各種控制技術的使用效果不明顯；在衡南、湘潭和湘陰土壤為輕度和重度汙染條件下，各種控制技術雖有降低糙米中鎘含量的趨勢，但差異都不明顯，故不適用於這些試驗點；在衡南中度汙染條件下，“VIP+Se”和“VIP+Se+Bi”技術的處理效果為好，且單獨施用生物菌肥 Bi 反而有增加糙米中鎘含量的作用；在湘陰土壤中度汙染條件下，“VIP+Se”和“VIP+Se+Bi”技術與對照相比有顯著差異，但以“VIP+Se”技術的效果最佳。綜合可知，“VIP+Se”技術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和土壤汙染程度而定。“VIP+n”模式的處理效果有待進一步研究，生物菌肥 Bi 的作用也有待進一步證實。

　　各控制技術在不同汙染程度的土壤中進行，糙米中積累的鎘含量也不同。各處理在土壤中度汙染條件下都表現為糙米鎘含量最高，在土壤輕度汙染條件下都表現為糙米鎘含量最低，在重度汙染條件下位於兩者之間。土壤鎘汙染程度如何影響 VIP 等控制技術的發揮仍需探討。

　　相同處理不同成土母質條件下，糙米中鎘含量存在很大差異，其中各處理均以板頁岩為成土母質的作用效果最好，大都以第四紀紅壤為成土母質的作用效果最差。成土母質如何影響 VIP 等控制技術的作用有待進一步討論。

　　參考文獻

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