陈基旺 屠乃美 易镇邪 陈平平

摘要：为了促进湖南省再生稻健康发展，本研究综合前人对湖南省水稻镉污染防治与调控以及再生稻研究成果，在湖南省大力发展再生稻的背景下，结合湖南省土壤与稻米镉污染的现状以及再生稻的优势，归纳了当前再生稻镉污染研究的薄弱环节以及空白。提出了今后再生稻镉污染需解决的重点问题：一是对不同程度镉污染区再生稻作安全生产评价，二是明确农艺措施对再生稻镉吸收与分配的调控效应，三是集成镉污染区再生稻安全高产栽培技术体系。

关键词：湖南省;镉污染;再生稻;发展对策;农艺调控;高产栽培技术体系

中图分类号：S511.038

文献标志码：A

论文编号：cjas20190500036

0引言

中国是最大的水稻生产国与消费国，湖南省素有“鱼米之乡”的美称。据统计，2017年湖南省稻谷产量为2740.4万t，占全国总产量的12.89%。湖南地区有丰富的有色金属资源，因此又有“有色金属之乡”之称，但长年的有色金属采冶，其弊端——重金属污染也逐渐显现，其中，以镉污染问题最为突出并日益严峻，亟待解决。

当前，大量农村劳动力流失，农业生产人工成本剧增，水稻“双改单”现象非常严重。在此背景下，再生稻得到了政府与农民的重视，发展势头强劲。据统计，2018年湖南省再生稻面积已经达到26.7万hm2[1]。徐晶晶等[2]、张建辉等[3]调查研究表明，湖南省镉污染程度不断加重，稻米镉含量超标率从2008-2015年均呈现出增长趋势，并且根据2014年环境保护部发布的调查公报[4]以及罗琼等[5]、方琳娜[6]等的研究表明，湖南镉污染面积逐年提高。但是，对于再生稻镉吸收与分配效应研究及其配套的镉污染区栽培技术体系研究暂未见报道。

而在湖南大面积推广再生稻的背景下，再生稻的安全性堪忧。因此，本研究试图从分析湖南土壤与稻米镉污染的現状入手，结合再生稻的发展形势，提出镉污染稻区发展再生稻需要解决的几个问题，以期为再生稻的健康发展提供参考。

1湖南省土壤镉污染现状

土壤中初始镉含量主要取决于成土母质，但镉含量一般不高，近年来，由于人类活动导致一些区域的镉不断累积，以致逐步达到了危害人体健康的水平。稻田土壤中的镉一般有3个来源——大气沉降、灌溉水和含镉肥料。大气沉降的镉主要来源于工业、矿产冶炼废气及汽车尾气，经过雨水淋洗或重力沉降最终富集于土壤中。陈建国等[7]研究表明，湘北地区主要外源镉来自于降水。污水尤其是工业污水的乱排滥放，致使农用水源中镉含量严重超标，由于水分蒸腾致使大量的镉累积于稻田土壤中，长期使用污水灌溉的区域可使其农产品镉含量严重超标[8]。含镉肥料尤其是化学磷肥的施用也是稻田土壤中镉的一大主要来源，刘树堂等[9]通过25年的长期定位试验证明，长期施用过磷酸钙和氯化钾，可使土壤中的镉含量提高3.4-38.6倍。国家统计局数据显示，自2009年以来，湖南省化学磷肥施用量保持上升趋势，在2012年与2013年达到27.9万t的峰值。

镉不断富集于土壤带来的影响是显著的。2014年全国土壤调查结果显示，中国镉污染稻田超过28万hm2，超标率达7.0%，生产的镉超标农产品约7.3亿t，远高于其他重金属污染物[4]。据调查，湖南省被污染的耕地面积己占全省总耕地面积的23.70%，还有25%左右的农田大气污染和27%左右的农田灌溉水污染，主要污染物为镉、铅等重金属[5]。2013年，株洲市镉重度污染土地面积达到3.4万hm2，超标5倍以上的达到1.6万hm2[6]。2014年，在湘潭市下辖的湘潭县、雨湖区及湘乡县的调查显示，其土壤平均镉含量达0.89mg/kg，超标率达89.0%[2];张建辉等[3]对湖南省108组土壤样品检测发现，土壤镉超标率达90.7%。由此可见，湖南省镉污染程度正日益严重，镉污染面积也在逐年上升。

2湖南稻米镉污染现状

在大宗谷类作物中，水稻吸镉能力最强[10]，而在以水稻为主食的国家，稻米中的镉是人体镉的主要来源[11]。同时，镉极易蓄积于动物体内，造成动物性食品的污染问题[12]。镉对人体肾脏，对肝、胰、心肺以及主动脉都有不同程度的损害[13]。世界粮农组织与世界卫生组织共同确立大米中镉含量不高于0.4mg/kg，中国大米镉限量为0.2mg/kg。世卫组织认为成人日均摄入镉量不应高于70μg，人体若摄入过量的镉，会阻碍人体吸收锌、钙等元素，随时间逐渐积累，会使骨骼密度降低，造成骨质疏松症[14]。

雷鸣等[15]于2008年调查了湖南市场大米镉含量，发现湖南市场大米平均镉含量为0.28mg/kg，其中以衡阳市场中大米镉含量最高，株洲、湘潭次之。与此同时，其对湖南污染区大米的调查显示，其平均镉含量高达0.65mg/kg，对人体健康存在巨大安全隐患[15]。左建雄[16]对比2010年与2011年湖南地区稻米镉含量的研究表明，2011年湘西、湘南、湘中稻米镉超标率相比2010年均有不同程度的增长，其中以湘西增长速率最快，增长13.8%，超标率达43.3%。2013年，孙亚莉等[17]发现，在长沙栽培的46个不同遗传背景的水稻品种的稻米镉含量是惠州的2倍。2014年，对湖南重点矿区的调查显示，衡东县大米镉含量最高达2.08mg/kg，超标10.4倍;株洲大米镉含量均值为0.55mg/kg，超标率达80%;徐晶晶等[8]对湘潭大米的调查显示，其大米平均镉含量为0.376mg/kg，超标率为52.1%。张建辉等[9]研究表明，湖南地区108组稻米的镉含量超标率达52.8%。可见，湖南稻米镉超标现象较为严重，且近年来呈加重趋势，需引起各方高度重视。

3再生稻的优势与发展现状分析

再生稻再生季无需再次翻耕、播种、插秧，仅需在收获前7-10天与收获后2-3天各追肥1次即可，再生季病害极少，一般不需要喷施农药，且生育期短，一般60天左右[19]，较双季晚稻农资及田间管理投入少，有利于实现增产增效目标。大量研究[20-22]表明，再生季稻米品质一般要优于头季，且农药残留极少，符合当代人对优质健康大米的需求。再生稻头季与再生季收获均与双季早晚稻收获期错开，缓解了用工矛盾[23]。湖南省是典型的三熟制地区，但近年来，由于农村青壮劳动力流失，务农成本投入逐年上升，导致“双改单”现象普遍，造成温光资源及土地资源的极大浪费，严重影响国家粮食安全。在此等背景下，发展再生稻日益受到政府的重视与种植户的欢迎。

中国再生稻发展历史悠久，但再生稻长期以来均处于“有就收，无就丢”的境地，因而种植面积有限。随着杂交稻的问世，再生稻产量提高，由此出现了再生稻发展的高峰，全国再生稻面积曾达66.7万hm2以上，但后来又逐渐下降。2007年，谢华安院士团队在福建尤溪县创造了再生稻8809.5 kg/hm2的高产记录[18]，为再生稻面积的恢复拉开了序幕。

近年来，湖南作为粮食生产大省，水稻“双改单”现象普遍，冬闲田面积与日俱增，导致复种指数大幅降低，粮食产量有所下降，不仅浪费了土地资源和温光资源，还严重危害国家粮食安全。在此背景下，急需寻找一种农民乐于接受的种植模式，再生稻由此进入了人们的视野。近年来，超级杂交稻的大面积推广，一季中稻面积的扩大，机械化生产的进一步发展，创造了有利于再生稻发展的条件，再加上农村青壯劳动力的大量流失、种粮效益降低、双季稻推广难度加大等现实问题，湖南省农业行政主管部门开始接受并积极主动推广再生稻，使得再生稻再次呈现出了快速发展势头。近几年，湖南省再生稻种植面积从2015年的1.3万hm2发展到2017年的14万hm2[24]，再到2018年的26.7万hm2，发展势头迅猛。

再生稻产量低是限制再生稻发展的关键因素，自湖南推广再生稻以来，各研究单位组织力量进行技术攻关，取得了良好成效。再生稻产量从2017年的4885.5kg/hm2提高到了2018年的5745kg/hm2[25]，此产量为湖南省目前权威公布的最高水平。推广再生稻，顺应轻简农业的要求和农业增产增效的需求，前景广阔。

4湖南省镉污染稻田再生稻发展需解决的重点问题

4.1不同程度镉污染区再生稻安全生产评价

实践证明，在当今湖南水稻“双改单”现象严重、农村劳动力紧缺、农业成本高、经济效益低的背景下，发展再生稻是可行的。在提高土地利用率的同时，发展再生稻对增加农民收入、保障国家粮食安全，都有着极其显著的作用。湖南省近几年再生稻发展迅速，无论是政府推广力度还是农户的认可度都持续增长，从2015年的1.3万hm2发展到了2018年的26.7万hm2。但从目前来看，土壤镉污染背景下的再生稻相关研究缺乏，再生稻尤其再生季的镉积累分配规律及其与头季稻米的差异未见报道。水稻作为吸镉能力最强的大宗谷类作物，其再生季的吸镉能力强弱暂未明确，再生稻再生季生育期短，但并不意味着再生季稻米镉含量要低于头季稻米镉含量。因此，在湖南镉污染日益严重的趋势下发展再生稻，急需针对不同程度镉污染稻区的再生稻生产作出全面的安全评价。

4.2明确栽培措施对再生稻镉吸收与分配的调控效应

水分是水稻最重要的产量限制因素和生态调节因子[26]。大量研究[27-31]表明，淹水可显著降低土壤有效镉的含量，且随淹水时间的延长，有效镉含量不断降低。但水稻长期淹水灌溉也存在一些问题，张艳超等[32]认为镉污染条件下全生育期淹水会降低水稻产量;长期淹水不仅浪费水资源，而且会造成分蘖期水稻僵苗，加重病虫害，影响水稻产量和品质[33-34]。但在淹水条件下再生稻的产量形成以及其植株各部位镉积累分配规律暂未见报道。

适宜的肥料运筹不仅对水稻产量形成至关重要，其对土壤镉的有效性以及水稻植株镉积累也有一定影响。刘树堂等[4]研究表明，长期施用磷钾肥可显著提高土壤镉的含量。赵晶等[35]研究表明，施用高量氮肥和普钙会降低土壤pH值，增加镉的提取量，钾肥虽在施用初期降低土壤pH值，但在15天后其提取镉的能力逐渐消失，试验结束时钾肥处理的镉提取量均低于对照。研究表明，施用锰肥[36]、锌肥[37]和硅肥[38]可有效降低土壤镉的有效性和糙米中镉含量。封文利等[39]研究发现，施用石灰、稻草移除、清洁水灌溉和截断大气沉降等措施对降低土壤有效镉含量和水稻植株尤其糙米中的镉积累量有较为明显的效果。吴浩杰等[40]研究表明，紫云英翻压对提高水稻产量与土壤pH值、降低土壤有效镉及糙米镉含量有一定的影响。而目前，施肥对再生稻稻米镉含量的研究尚未见报道。

适宜的栽植密度可以改善水稻生物群体质量、提高产量。随着栽植密度的提高，营养生长期的株高、分蘖盛期与齐穗期的叶片净光合速率、叶片和叶鞘可溶性糖含量、栽植冠层幅度、单株干物质重、每穗粒数、结实率、千粒重等指标均有不同程度的下降[41]，叶面积随栽植密度的提高而下降[42-43]。需水量[43]、光能截获率[44]、氮肥利用效率[45]、有效穗和群体颖花数[41]等指标均随栽植密度的提高有不同程度的增加。在一定范围内，产量与精米率随密度的增加而增加[46]，强势粒灌浆速率与籽粒充实度随密度的增加而增加，但降低插秧密度能显著提高弱势粒的灌浆速率[47]。目前，栽植密度对水稻产量及产量形成的影响研究很多，但其对水稻植株器官镉含量的影响未见报道。

综上所述，水分管理、施肥、栽培密度都是影响水稻产量与镉吸收积累分配的重要因素。但是，目前有关栽培措施对再生稻镉吸收与分配的影响未见报道，亟待加强。

4.3集成镉污染区再生稻安全高产栽培技术体系

再生稻田土壤磷钾肥相对短缺、氮肥相对盈余、土壤板结、再生季营养失调等现象严重影响再生稻的可持续发展，因此研究开发配套的再生稻稻田培肥技术以保持或提高再生稻再生季产量，是当前再生稻稻田急需解决和研究的问题[48]。研究表明，土壤有机质能增加镉的提取率，提高土壤镉的有效性[49]，但紫云英翻压会提高土壤pH值，降低土壤镉的有效性以及糙米镉含量[40]。因此，研究与开发镉污染再生稻稻作区配套的培肥技术，应在不提高水稻植株尤其是稻米中的镉含量的前提下，开发行之有效的培肥养地技术。

中国对再生稻高产栽培技术的研究己取得重大进展，在再生稻品种筛选[50-52]、播种期[53]、种植密度[54]、种植方式[51]、留桩高度对再生特性[55]、源库性状[56-57]、产量与生长发育[50，53，58-60]以及米质[61]等的影响以及施肥[62-63]、化控[64-65]等方面开展了较为深入的研究，并初步形成了再生稻高产栽培技术体系[50，66-68]。但是，镉污染稻区的再生稻栽培技术不仅要考虑高产，更需考虑稻米镉含量的问题，因此，现有的再生稻种植技术是否适用于镉污染区，尚不明确，还需因地制宜对现有的再生稻种植技术在镉污染区的适用性作出评价，集成可在湖南不同程度镉污染区大面积推广的再生稻安全高产栽培技术体系。

5结论与讨论

前人对再生稻以及水稻镉污染防治与调控的研究均取得重大进展，再生稻的研究多集中于其优质高产高效栽培，并初步总结出了再生稻高产高效栽培技术体系;水稻镉污染防治与调控研究多集中于各种农艺措施对水稻镉积累与转运的影响，未针对再生稻镉积累转运特性开展研究。再生稻再生季生育期短，但不能成为再生季稻米镉含量低的直接证据。根据现有的研究成果与湖南镉污染现状，湖南省发展再生稻应适度推广、理性推广、科学推广。同时，各科研单位应集中力量攻关，把再生稻发展与湖南省镉污染现状相结合，探明以下需研究的重点问题：镉污染区再生稻头季与再生季稻米镉含量差异、再生稻头季与再生季镉积累分配差异;水分管理、栽植密度、培肥养地技术对再生稻镉积累分配差异的影响;开展现行推广品種与种植技术在镉污染区的安全性评价研究，同时，研究与开发镉污染再生稻稻作区配套的高产、高效、安全种植技术。

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基金项目：国家重点研发计划“粮食丰产增效科技创新”重点专项“湘南水稻绿色轻简技术集成与示范”（2018YFD0301005）、“双季超级稻水肥高效协同机制与调控技术”（2017YFD0301501）;农业部行业计划项目“湘东三熟区稻出培肥及农作制优化集成研究与示范”（201503123-05）;湖南省教育厅科研项目“镉污染稻出粮食作物替代种植模式研究”（17C0771）;湖南省研究生科研创新项目“再生稻产量形成和镉积累特性及其水分与密度调控效应研究”（CX20188429）。

第一作者简介：陈基旺，男，1995年出生，湖南邵阳人，在读硕士，主要从事水稻高产高效栽培技术研究。通信地址：410128湖南农业大学农学院，

E-mail：980167116@qq.com。

通讯作者：易镇邪，男，1975年出生，湖南冷水江人，教授，博士生导师，博士，主要从事作物高产生理与资源高效利用研究。通信地址：410128湖南农业大学农学院，E-mail：yizhenxie@126.com。

收稿日期：2019-05-13，修回日期：2019-06-25。