稻虾共生系统低镉积累水稻品种选择_刘星星.pdf

收稿日期:2022-08-14基金项目:国家自然科学基金(42167006)，江西省现代农业产业技术体系建设专项(JXAS-12-质量安全与环境控制)和江西省水利厅科技课题(202223YBKT37)资助项目通信作者:倪才英(1968)，女，江西鹰潭人，教授，博士，主要从事土壤重金属污染修复研究 E-mail:ncy1919126 com刘星星，倪才英，刘鑫，等 稻虾共生系统低镉积累水稻品种选择 J 江西师范大学学报(自然科学版)，2023，47(1):91-98LIU Xingxing，NI Caiying，LIU Xin，et al The selection of rice varieties with low cadmium accumulation in rice-crayfish symbiotic sys-tem J Journal of Jiangxi Normal University(Natural Science)，2023，47(1):91-98文章编号:1000-5862(2023)01-0091-08稻虾共生系统低镉积累水稻品种选择刘星星1，倪才英1*，刘鑫1，肖罗长1，童金炳2，翁小林2，刘方平3，徐涛3(1 江西师范大学地理与环境学院，江西 南昌330022;2 江西省国营恒湖综合垦殖场，江西 南昌330123;3 江西省灌溉试验中心站江西省高效节水与面源污染防治重点实验室，江西 南昌330201)摘要:该文选择江西省湖滨地区稻虾轮作田块，对 11 种适合稻虾共生的水稻品种进行了筛选 研究结果表明:11 种水稻品种稻米 Cd 含量均未超过国家粮食安全食用标准，其中，野香优莉丝稻米的 Cd 含量最低 按照稻米对重金属 Cd 的累积能力差异将不同水稻品种分成 3 类:类水稻(稻米对 Cd 累积相对较低的水稻品种)有野香优莉丝、华晶;类水稻(稻米对 Cd 累积相对中等的水稻品种)有丰山丝苗、美香占、黄华占、靓占、野香优明月丝苗、鄂丰丝苗、两优 336、野香优巴丝;类水稻(稻米对 Cd 累积相对较高的水稻品种)有农香 42 在试验中，在水稻成熟期，野香优莉丝、丰山丝苗、靓占 3 种品种出现倒伏 综合考虑产量、水稻 Cd 积累和抗倒伏能力，推荐野香优明月丝苗、两优 336、美香占、黄华占、鄂丰丝苗为南方地区稻虾共生适宜栽种的水稻品种;野香优莉丝、丰山丝苗和靓占 3 种水稻品种因其产量高、Cd 低积累，可考虑在南方丘陵地区风较小的稻虾田中种植关键词:水稻品种;Cd;累积特征;筛选中图分类号:X 171 5文献标志码:ADOI:10 16357/j cnki issn1000-5862 2023 01 120引言基于“十三五”中国稻渔综合种养产业发展报告，江西省稻渔综合种养产业发展迅速，水稻和水产品的产量大幅增长，创造了巨大的经济收益，具有良好的发展前景1 稻虾是江西省主要的种养模式，生产面积从 2016 年的 2 04 万 hm2提高到 2020 年的 8 78 万 hm2，龙虾产量从 2016 年的3 2 万 t 提高到 2020 年的 8 2 万 t2 经调查，在 2020 年江西省稻渔种养中稻虾占比为 70 77%，平均增收 5 30 万元hm23 在调查的综合种养田块类型中低洼地、冷浸田所占比例为 15 27%，因其具有蓄水、保水的特点，满足综合种养稻田对水质、水量的要求，是发展稻渔综合种养的重要田块类型，从而使低洼地和冷浸田得到了有效的开发利用3-5 但是随着稻虾种养面积的扩大，许多农户在生产过程中存在着“重虾轻稻”“盲目跟风”“重经济轻生态”等思想和行为，过度加宽小龙虾养殖沟、投入大量饵料，追求小龙虾带来的经济效益，忽视水稻生产，从而导致水稻产量下降，影响粮食安全 且过多的饵料投入会造成农田环境的污染，制约着稻虾种养的持续健康发展6-7 水稻是中国主要的粮食作物之一，水稻质量的好坏关系到粮食安全 关于稻米 Cd 污染事件在中国、日本、美国和欧洲等地均有报道，Cd 在人体内累积到一定程度可损伤人体器官，甚至导致癌症或死亡，Cd 超标稻米已经成为影响食品安全的主要问题之一 文献 8 分析结果表明:2014 年中国土壤总点位超 标 率 为 16 1%，耕 地 土 壤 点 位 超 标 率 为19 4%，耕地土壤主要污染物为重金属，其中 Cd 点位超标率最高为 7 0%文献 9 研究结果表明:中国农田土壤 Cd 污染面积约为1 33 万 hm2，涵盖中国大约 1/2 的省(市)共 25 个地区 江西省土壤重金属污染程度高于全国平均水平，在江西省 11 个设区市中有 9 个受到重金属污染，涉及 41 个自然村，第 47 卷 第 1 期江西师范大学学报(自然科学版)Vol 47 No 12023 年 1 月Journal of Jiangxi Normal University(Natural Science)Jan 2023人口约为2 2 万人10 余进祥等11 在江西省水稻优势产区采集的 1 000 个样本中发现农田土壤主要污染物为 Cd、Cu、As、Hg，其中 Cd 的超标率最大，为4 7%程钊等12 对鄱阳湖及其周边经济区 7 个地级市表层土壤 Cd 含量进行监测发现，土壤 Cd 含量显著高于江西省土壤背景值 田威等13 对江西省稻渔综合种养区的 29 个土壤样品和 14 个稻谷样品进行检测分析发现，土壤 Cd 含量变化范围为 0 12 0 77 mgkg1，土壤平均 Cd 含量高于江西省背景值33 倍，稻谷 Cd 含量变化范围为 0 10 170 mgkg1，稻谷平均 Cd 含量超过标准限值(02 mgkg1)，部分种养区土壤和稻谷存在 Cd 污染的风险 此外，一些经济较为发达的地区由于大力发展工业使得其土壤 Cd 污染形势变得愈加严峻 14 目前，对 Cd 污染土壤的改良方法较多，如物理修复技术的客土法、换土法等;化学修复技术的固定化/稳定化技术等;生物修复技术的植物修复、微生物修复等 虽然这些方法都有一定的修复效果，但存在成本高、二次污染、工程量大、修复不彻底、修复周期长以及效果缓慢等局限性 15-17 而且，稻虾种养作为一种绿色生态种养模式，对土壤改良剂的要求较高，既不能添加具有污染风险的土壤改良剂(如污泥等)，又要避免大规模翻动土壤所以，考虑到修复效果、生产成本、经济效益、环境保护等方面，在稻虾共生重金属 Cd 污染区种植 Cd 低积累水稻品种，是实现水稻安全生产最具有发展前景和重要价值的技术方法 18 因此，本文分析了在稻虾轮作模式下11 种水稻品种在 Cd 轻度污染土壤下稻米对 Cd的吸收累积情况，阐明水稻对 Cd 吸收、转运和分配的差异性，及其与稻米 Cd 累积之间的相关性，以期筛选出适宜在南方地区稻虾田推广种植的 Cd 低累积水稻品种，为江西省 Cd 轻度污染稻田发展稻虾共作提供参考1材料与方法11试验区概况本试验于2021 年610 月进行，试验区位于江西省南昌市新建区恒湖垦殖场稻虾种养基地，地理坐标为11604 11610E，2850 2903，地处南昌市北郊赣江下游、鄱阳湖畔，属于鄱阳湖冲积平原，土地肥沃，水生动植物资源丰富，气候温和，雨量充沛，年平均气温为173，年降水量为 1 609 8 mm，年无霜期为279 d 研究区土壤基本理化性质如下:pH 值435，有机质7 57 gkg1，有效磷 16 47 mgkg1，速效钾 47 59 mgkg1，碱解氮 154 9 mgkg1，Cd0 43 mgkg11 2试验处理供试水稻品种为丰山丝苗、农香 42、华晶、鄂丰丝苗、美香占、靓占、黄华占、野香优莉丝、野香优明月丝苗、野香优巴丝、两优 336 杂交水稻品种有野香优莉丝、野香优明月丝苗、野香优巴丝、两优 336，下文统称为 A 类;常规水稻品种有丰山丝苗、农香42、华晶、鄂丰丝苗、美香占、靓占、黄华占等，下文统称为 B 类 水稻种子由恒湖农垦局提供，复合肥料(N-P2O5-K2O，15-15-15，总养分45%)购买自河南农心肥业有限公司本试验共设计 11 个处理，每个处理种植 1 种水稻品种，共 11 种水稻品种，每个处理小区面积为58 m2 每个处理水稻品种的浸种、催芽、播种及田间水肥管理保持一致 在水稻催芽后采用直播的方式于 7 月 18 日均匀播撒到试验田中，杂交水稻品种播种量为 37 5 kghm2，常规水稻品种播种量为75 0 kghm2 只在播撒前撒施 1 次复合肥为底肥，用量为 225 kghm2 其他田间管理措施(如防治病虫害、灌溉等)与试验地区稻虾共作模式相同在水稻成熟期采集水稻植株和土壤样品进行分析测试，并进行水稻测产1 3样品的采集与分析用 5 点取样法采集耕作层 0 20 cm 混合土壤以及土壤点位对应的水稻植株 土壤样品经自然风干后研磨(在风干过程中适时翻动土壤样品并去除石块和植物残体等杂质)，过 100 目尼龙筛后装袋保存 水稻植株用超纯水洗净晾干，放入烘箱于105 杀青 30 min，60 烘干至恒质量，将水稻各部位分离;稻谷使用精米机脱壳成稻米，水稻各部位分别用聚乙烯自封袋保存备用 土壤和水稻植株 Cd 含量采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定每个小区采集 1 m 1 m 水稻样方，重复 3 次，用水稻脱粒机分离水稻植株和稻谷，在稻谷烘干后称其质量并计算产量1 4数据计算及处理水稻根系富集系数(BCF)和水稻植株各部位间Cd 转运系数(TF)计算公式19 为富集系数(BCF)=水稻根系重金属含量/土壤重金属含量，转运系数(TF)=水稻茎/叶/稻米重金属含量/(水稻根/茎重金属含量)参照土壤单因子污染指数法20，采用单因子累积指数(Pi)评价水稻对重金属 Cd 的累积能力，其29江西师范大学学报(自然科学版)2023 年计算公式21 为 Pi=Ci/Si，其中 Pi为单因子累积指数，Ci为稻米 Cd 含量测定值，Si为在稻米中 Cd 的限量值 按照 GB27622017食品安全国家标准食品中污染物限量22，在稻米中 Cd 限量值为0 2 mgkg1单因子累积指数等级划分参照 NY/T3982000农、畜、水产品污染监测技术规范23 制定的农、畜、水产品中质量分级标准，划分为 3 个质量等级评价(见表 1)表 1农、畜、水产品质量分级标准24 产品等级划分单因子累积指数污染水平质量安全级Pi0 6有污染物残留产品，污染物含量接近背景值或略高于背景值安全级0 6 Pi1 0污染物残留较多的产品轻度污染级Pi1 0污染物含量超过国家食品卫生标准，产品受到污染质量下降，产品的食用、出口等受到影响重度污染试验数据采用 Microsoft Excel 2016 进行统计分析，使用 SPSS 26 0 进行单因素 ANOVA 检验和聚类分析，采用 Origin 2021 绘图和相关性分析2结果与分析2 1不同品种水稻稻米 Cd 积累特征分析2 1 1不同品种水稻稻米 Cd 含量由图 1 可知:试验的不同品种水稻稻米Cd 含量为0023 0121 mgkg1，不同品种水稻稻米 Cd 含量间具有在统计学意义上差异显著水平;供试所有水稻品种稻米 Cd 含量均未超过国家标准限量值 稻米 Cd 含量最低的品种是野香优莉丝，其次是华晶，分别为 0 023 mgkg1和 0 042 mgkg1，2 者 Cd 含量显著低于其他水稻品种;稻米 Cd 含量最高的品种是农香 42，其次是野香优巴丝，分别为 0121 mgkg1和 0083 mgkg1，显著高于其他水稻品种 其中，野香优巴丝和野香优莉丝属于 A 类水稻;农香 42 和华晶为 B 类水稻 经统计对比发现:在供试的 11 种水稻品种中，B 类水稻稻米平均 Cd 含量大于 A 类水稻稻米平均Cd 含量注:1 为野香优莉丝，2 为华晶，3 为丰山丝苗，4 为美香占，5 为黄华占，6 为靓占，7 为野香优明月丝苗，8 为鄂丰丝苗，9 为两优 360，10 为野香优巴丝，11 为农香 42图 1不同品种水稻