易镇邪，谷子寒，帅泽宇，陈平平

（湖南农业大学 农学院/南方粮油作物协同创新中心，湖南长沙 410128）

水稻是我国最重要的口粮作物，全国60%以上的人口以稻米为主食。但是，由金属污染的稻田生产的稻谷，对我国稻米品质安全形成了严重威胁［1-3］。前人就如何安全利用镉污染稻田、降低稻米镉含量开展了较多研究，并已在低镉积累品种筛选［4-5］、淹水灌溉降镉［6-7］、施加石灰降镉［8］、施加硅肥降镉［9-10］等方面取得了大量的成果，并已在各地稻田镉污染防控上发挥了重要指导作用。

近年来，有关土壤耕作方式对土壤镉含量与作物镉吸收的影响有一些研究。常同举等［11］认为不同耕作方式对紫色水稻土壤镉含量影响不显著；崔孝强等［12］发现免耕处理的土壤有效镉含量显著高于翻耕处理，而汤文光等［13］认为长期翻耕和旋耕的土壤中的镉含量显著偏高。易镇邪等［14］研究表明，翻耕促进水稻镉积累，而免耕可降低水稻镉累积量；王利纳［15］研究表明，翻耕与免耕处理的穗和籽粒各部位镉含量差异明显，且年际间也有差异，连续2 a以上免耕处理可降低糙米镉含量。为进一步探究土壤耕作方式对水稻产量与各器官镉含量动态的影响，本研究在湖南省湘潭县镉污染稻田上开展大田定位试验，设置翻耕、旋耕与免耕处理，比较研究了3种土壤耕作方式对早稻产量与各器官镉含量动态的影响，以期明确镉污染稻田水稻生产适宜的耕作方式，为镉污染稻田水稻安全生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与试验材料

试验地点在湖南省湘潭县易俗河镇镉污染稻田进行，样本的生理生化指标测定在湖南农业大学作物生理与分子生物学教育部重点实验室进行。

供试土壤全Cd和有效Cd分别为0.91 mg/kg和0.43 mg/kg，其它基本理化性状为：pH 6.12，有机质30.82 g/kg，全氮1.70 g/kg，全磷0.77 g/kg，全钾8.47 g/kg，碱解氮163.4 mg/kg，有效磷39.60 mg/kg，速效钾298.60 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采取大区设计，将试验大田分为3大块，设3个处理，分别为：翻耕(即耕翻-耙地-平地-插秧)、旋耕（即一次性旋耕后插秧）、免耕（即不进行土壤耕作直接插秧）。各处理面积均为115 m2，不设重复，每个处理均有独立的排水口与进水口，处理之间有田垄隔开并覆盖薄膜。

供试早稻品种为陵两优211。4年间的播种与移栽期分别为：2015年3月22日播种，4月22日移栽；2016年3月24日播种，4月24日移栽；2017年3月22日播种，4月22日移栽；2018年3月24日播种，4月24日移栽。插秧密度株行距为16.7 cm×20 cm，每穴3根苗。基肥施用量600 kg/hm2（复混肥料，N∶P∶K=22∶6∶12），分蘖初期追肥尿素（含氮46.4%）150 kg/hm2。其它栽培管理措施同一般大田。

1.3 测定项目与方法

产量及其构成因素：水稻成熟期，每区数100穴水稻（根据大区对角线分3点，每点分别数连续的30、40和30穴）的有效穗数，计算每穴平均有效穗数，然后按照平均有效穗数取15穴（每5穴为一次重复），带回室内，考察每穗实粒数、每穗总粒数、结实率、千粒重；根据单位面积有效穗数×每穗总粒数×结实率×粒重，计算理论产量。

水稻各器官镉含量：根据平均每穴茎蘖数或有效穗数，于水稻分蘖盛期、孕穗期、齐穗期、灌浆中期、成熟期取样，每个区取样15穴（每5穴为一个重复），分根、茎、叶、穗（进一步分为枝梗、空粒、实粒）装袋，置于烘箱中105℃杀青30 min，80℃烘至恒重，粉碎装于塑料自封袋中备用。采用硝酸-高氯酸高温消解，用石墨炉检测消化液中镉含量［16］。

水稻籽粒镉含量：水稻成熟期，处理收稻谷（实粒）1 kg，晒干，储藏3个月后碾米，分成谷壳和糙米，糙米进一步分成糠层和精米，烘干后，粉碎装于塑料自封袋中备用。采用硝酸-高氯酸高温消解，用石墨炉检测消化液中镉含量［14］。

1.4 数据处理

所有的试验数据均采用Excel 2013和SPSS 22.0统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 早稻产量对少免耕的响应

由表1可见，2015年，有效穗数，免耕处理显著低于翻耕和旋耕处理，后两者差异不大；每穗总粒数，翻耕与免耕处理差异不大，但都显著高于旋耕处理；结实率表现与有效穗数较一致；千粒重以免耕处理较高，在3个处理间差异不显著；产量以翻耕处理最高，免耕与旋耕处理显著减产，降幅分别为9.9%和9.2%。

表1 不同土壤耕作方式下水稻产量及产量构成Table 1 Yield and yield components of rice under different soil tillage methods

2016年，有效穗数，免耕处理略低于翻耕处理，但两者均显著高于旋耕处理；每穗总粒数，翻耕与旋耕处理差异不大，但都显著高于免耕耕处理；结实率与千粒重在3个处理间差异不显著；产量以翻耕处理最高，旋耕处理略低，免耕处理显著减产，较翻耕和免耕处理分别降低8.9%和7.8%。

2017年，有效穗数，免耕和旋耕处理均显著低于翻耕处理；每穗总粒数以旋耕处理最高，免耕处理最少；结实率与千粒重在3个处理间差异不显著；产量趋势与2016年相似，即翻耕处理最高，旋耕处理略低，免耕处理显著减产。

2018年，有效穗数表现出旋耕＞免耕＞翻耕趋势，且差异显著；每穗总粒数表现出翻耕＞免耕＞旋耕趋势，3个处理间均差异显著；结实率表现与有效穗数较一致；千粒重以旋耕处理较高，3个处理间差异不显著；产量以翻耕处理最高，免耕处理次之，产量降低5.1%，减产不显著，而旋耕处理产量显著低于翻耕处理，降幅为11.2%。

综上所述，3种土壤耕作方式对早稻产量及其构成因素影响显著，少免耕处理产量较翻耕处理均有所降低，但具体表现有年际间差异，产量差异主要由有效穗数和每穗总粒数差异所致；随年限延长，免耕处理减产幅度逐渐减小。

2.2 早稻各器官镉含量动态对少免耕的响应

2.2.1 根镉含量动态

由表2可见，2015年，早稻全生育期中，翻耕与旋耕处理根镉含量表现出先增大后减小再增大再减小的趋势，最高峰出现在灌浆中期，而免耕处理呈现先增大后减小再增大的趋势，最高峰出现在成熟期。2016年，翻耕与免耕处理根镉含量高峰出现在灌浆中期，而旋耕处理高峰出现在成熟期。2017年，翻耕与旋耕处理根镉含量表现先增大后减小再增大的趋势，最高峰出现在孕穗期，而免耕处理最高峰出现在成熟期。2018年，翻耕处理根镉含量最高峰出现在齐穗期，而免耕与旋耕处理最高峰分别出现在成熟期和孕穗期。

表2 不同土壤耕作方式下水稻根镉含量动态(mg/kg)Table 2 Dynamics of Cd content in rice roots under different soil tillage methods(mg/kg)

就成熟期而言，根镉含量在2015、2017和2018年均以免耕处理最高，2016年以旋耕处理最高，且一般均显著高于翻耕处理。可见，少免耕处理有利于镉在早稻根部的积累。

2.2.2 茎鞘镉含量动态

由表3可见，不同耕作方式下，早稻茎鞘镉含量在分蘖盛期至孕穗期呈降低趋势，而孕穗期之后呈持续增大趋势，4 a表现大体一致。比较成熟期各处理茎鞘镉含量，2015年表现旋耕＞免耕＞翻耕趋势，且旋耕显著高于翻耕处理；2016年也表现出旋耕＞免耕＞翻耕趋势，但处理间差异不显著；2017年表现出免耕＞翻耕＞旋耕趋势，且免耕处理显著高于旋耕处理；2018年表现趋势与2015、2016年基本一致。可见，多数年份下，少免耕处理有利于镉在早稻茎鞘部位的积累。

表3 不同土壤耕作方式下水稻茎鞘镉含量动态(mg/kg)Table 3 Dynamics of Cd content in rice stems and sheathes under different soil tillage methods(mg/kg)

续表

2.2.3 叶镉含量动态

由表4可见，不同耕作方式下，早稻叶镉含量在分蘖盛期至孕穗期呈增大趋势，孕穗期之后呈持续增大趋势，4 a表现较一致。比较各处理成熟期茎鞘镉含量，2015年表现出免耕＞翻耕＞旋耕趋势，且旋耕显著低于免耕和翻耕处理；2016年表现出旋耕＞翻耕＞免耕趋势，且前者显著高于后两者；2017年表现出旋耕＞翻耕＞免耕趋势，且免耕处理显著低另两个处理；2018年表现出旋耕＞免耕＞翻耕趋势，翻耕处理显著较低。可见，不同土壤耕作方式对早稻叶镉含量有明显影响。

表4 不同土壤耕作方式下水稻叶镉含量动态(mg/kg)Table 4 Dynamics of Cd content in rice leaves under different soil tillage methods(mg/kg)

2.2.4 穗镉含量动态

由表5可见，3个处理间早稻穗镉含量，在2015—2017年，一般以免耕处理较高，但至2018年，表现出了以免耕处理最低的趋势，且其显著低于旋耕处理。可见，随年限延长，免耕处理逐步表现出了降低穗镉含量的效果。

表5 不同土壤耕作方式下水稻穗镉含量动态(mg/kg)Table 5 Dynamics of Cd content in rice panicles under different soil tillage methods(mg/kg)

续表

2.3 早稻成熟期籽粒各部分镉含量对少免耕的响应

由表6可见，早稻成熟期谷壳镉含量，2015—2017年在3个处理间差异不显著，2018年旋耕处理显著高于免耕处理。糙米镉含量，2015年表现免耕＞旋耕＞翻耕趋势，且免耕处理显著高于翻耕处理；2016和2017年3个处理间无显著差异，而2018年免耕处理显著低于旋耕处理。糠层镉含量，2015年免耕处理最高，显著高于翻耕处理，但2016—2018年均以免耕处理最低。精米镉含量，处理间表现趋势与糙米类似。可见，随年限延长，免耕处理逐步表现出了糙米和精米镉含量降低的效果。

表6 土壤耕作方式对水稻成熟期籽粒各部分镉含量的影响(mg/kg)Table 6 Effects of soiltillage methods on Cd content in different parts of rice grain atmaturity(mg/kg)

3 小结与讨论

土壤耕作是作物生产上的一项常见措施，水稻生产上，传统的耕作措施是翻耕，其包含耕翻、耙地、平地等多项作业。20世纪90年代，我国引进并系统研究了保护性耕作技术，从而使得保护性耕作的核心内容之一，少免耕在我国得到了大面积的推广应用，我国南方稻田也开展了大量少免耕研究。

湖南省是我国最重要的水稻主产地区，但是近年来的水稻生产受到了土壤镉污染的显著影响。为了安全利用镉污染稻田，获得安全的稻谷，前人针对稻田镉污染防控开展了大量的研究，在低镉积累品种筛选［4-5］、淹水灌溉降镉［6-7］、施加石灰降镉［8］、施加硅肥降镉［9-10］等方面取得了大量的成果，并集成低镉品种、淹水灌溉和土壤pH调节，形成了“VIP”技术。

关于少免耕对水稻产量的影响，前人已有相关研究。本研究通过连续4 a定位试验比较了翻耕、旋耕和免耕对早稻产量的影响，发现土壤耕作方式对早稻产量及其构成因素影响显著，少免耕处理产量较翻耕处理均有所降低，主要由有效穗数和每穗总粒数减少所致；随年限延长，免耕处理减产幅度逐渐减小，至第4年，免耕处理产量仍低于翻耕处理（降幅5.1%），但下降不显著。

关于少免耕对水稻镉含量的影响，汤文光等［13］认为长期免耕促进水稻地上部分富集镉的能力，但其糙米镉含量与长期翻耕处理无显著差异。这与常同举等［11］的研究结果差异较大。本研究同时比较了翻耕、旋耕和免耕对早稻各器官镉含量动态的影响，发现少免耕处理有利于镉在早稻根、茎鞘和叶部位的富集，且随年限延长，免耕处理逐步表现出了穗与稻米镉含量降低的效果，至第4年，免耕处理糙米和精米镉含量明显低于翻耕和旋耕处理。

综上所述，连续4 a的定位试验表明，少免耕对早稻产量和稻米镉含量有显著影响，镉污染稻田连续4 a以上免耕可以获得与翻耕产量相当、米镉含量更低的早稻谷。