全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(8): 1457−1464 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家“十二五”公益性行业(农业)科研专项经费项目(201103001)和国家“十一五”科技支撑计划项目(2007BAD89B11-04)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 肖小平, E-mail: hntfsxxping@163.com
第一作者联系方式: E-mail: tangwenguang@sina.com
Received(收稿日期): 2011-03-03; Accepted(接受日期): 2011-05-17; Published online(网络出版日期): 2011-06-13.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20110613.1453.011.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.01457
不同种植模式对稻田土壤重金属含量及晚稻稻米品质的影响
汤文光 1,2 唐海明 1,2 罗尊长 1,2 汪 柯 1 杨光立 1 肖小平 1,2,∗
1湖南省土壤肥料研究所, 湖南长沙 410125; 2湖南省农业环境研究中心, 湖南长沙 410125
摘 要: 为了寻求消减土壤重金属的种植模式, 确保食物安全, 以 6年定位试验, 研究了 5种不同种植模式对稻田土
壤重金属 Cd、Pb、Hg、As含量、晚稻植株重金属的积累与分配、稻米品质及产量的影响。结果表明, 与冬闲-双季
稻(CK)相比, 黑麦草-双季稻(T1)、紫云英-双季稻(T2)、油菜-双季稻(T3)和马铃薯-双季稻(T4) 4种冬种模式对土壤重
金属含量表现出明显差异, 其中 T1土壤 As, T2土壤 Cd、Hg、As, T3土壤 Cd、Hg, T4土壤 Pb、Hg含量均显著低于
CK, 但 T1土壤 Hg, T3土壤 As, T4土壤 Cd、As含量显著高于 CK。不同种植模式晚稻植株重金属含量均为根>茎叶
>糙米, 冬种模式根重金属含量均低于 CK, 茎叶 Cd 含量均高于 CK, 茎叶 Pb、Hg、As 含量表现不稳定, 糙米 Cd、
Pb含量除 T4 Cd外, 其余均显著低于 CK。冬种模式均增加了稻米出糙率、整精米率、胶稠度和直链淀粉含量, 降低
了垩白米率和垩白大小。冬种模式增加了晚稻产量, 其中 T4比 CK显著增产 17.52%。上述结果说明, 冬种模式有促
进消减土壤部分重金属污染趋势, 但其作用有限, 并能一定程度降低糙米 Cd、Pb 含量, 改善稻米品质和提高水稻产
量。
关键词: 水稻; 种植模式; 重金属; 稻米品质; 产量
Impacts of Winter Planting Patterns on Soil Heavy Metal Content and
Grain Quality in Late Rice in Double Cropping Rice Area
TANG Wen-Guang1,2, TANG Hai-Ming1,2, LUO Zun-Chang1,2, WANG Ke1, YANG Guang-Li1, and XIAO
Xiao-Ping1,2,∗
1 Hunan Soil and Fertilizer Institute, Changsha 410125, China; 2 Hunan Agricultural and Environment Research Center, Changsha 410125, China
Abstract: On the basis of six-year fixed-location experiments in paddy fields, analysis was made on the impacts of different win-
ter cropping patterns on soil heavy metal content, heavy metal content in different parts of late rice and late rice grain quality in
double rice cropping area. The winter cropping patterns were ryegrass and double cropping rice (T1), Chinese milk vetch and
double cropping rice (T2), rape and double cropping rice (T3), potato and double cropping rice (T4), fallow and double cropping
rice (CK). The results showed that compared with the CK, the soil heavy metal content was affected by T1, T2, T3, T4 to some
extent, the soil As content was decreased by T1, the soil Cd, Hg, As contents were decreased by T2, the soil Cd and Hg contents
were decreased by T3, soil Pb and Hg contents were decreased by T4, but soil Hg content was increased by T1, soil As content
was increased by T3, and the soil Cd, As contents were increased by T4, respectively. The distribution of heavy metal content in
different parts of late rice was root>stem and leaves>brown rice. Meanwhile, the Cd, Pb, Hg, As contents in late rice root with
different winter cropping patterns were significantly lower than those in CK. But the Cd contents in stem and leaves were in-
creased. The Pb, Hg, As contents of stem and leaves were instability. And the Cd, Pb contents in brown rice were decreased by T1,
T2, T3. The brown rice rate, head milled ratio, gel consistency and amylose content of late rice were increased by different winter
cropping patterns, but the percentage of chalky rice and chalkiness were decreased. Meanwhile, the grain yield of late rice were
increased under four winter cropping patterns conditions, and the yield of T4 increased by 17.52% compared with the CK. The
experiments indicated that the soil heavy metal pollution were decreased to some extent by four winter cropping patterns, the Cd
and Pb contents in brown rice were decreased, and the grain quality and grain yield of later rice were ultimately improved.
1458 作 物 学 报 第 37卷

Keywords: Rice; Winter planting patterns; Heavy metal; Rice quality; Grain yield
我国南方稻区现有冬闲田约 2 000万公顷[1], 土
地、温、光、水、肥等自然资源丰富, 适宜发展多
熟制生产。20世纪 80年代以来, 随着农村剩余劳动
力的战略转移和农村产业结构的调整, 冬季农业生
产呈梯度下降的变化趋势, 导致冬闲田面积急剧加
大, 冬季稻田覆盖度进一步降低, 严重影响了该区
域农业的可持续发展。农田冬季覆盖作物有利于提
高土壤养分、有机碳含量和作物产量[2-3], 有利于抑
制硝态氮淋溶, 减少土壤侵蚀和化学径流, 并能抑
制杂草生长, 改善农田生态环境[4]。与此同时, 随着
生活水平的提高和经济条件的改善, 人们对稻米品
质的要求越来越高, 水稻生产也由单纯追求高产的
数量型向优质、高效型转化[5]。而随着工农业的迅
速发展, 受工业“三废”和农业活动自身的影响, 我
国稻田重金属污染问题日趋严重 [6-7], 有资料表明 ,
目前我国受重金属污染的耕地面积已超过 2 000 万
公顷 [8], 稻田受重金属污染后 , 土壤中重金属被水
稻吸收并在籽粒中积累, 通过食物进入人体, 这不
仅降低了稻米的食用品质, 而且威胁人类健康[9-10]。
目前, 关于我国南方稻田冬季不同种植模式下作物
对土壤养分、土壤生物特征影响的研究较多 [11-12],
对地上部分水稻产量及植株生理机制也有一些研
究[13-14], 而冬季作物种植模式一方面因根系残留及
部分秸秆还田, 增加了土壤有机碳, 可能对稻米品
质有所改善, 另一方面因收获物及未还田秸秆的吸
收转移作用, 可能带走土壤中部分重金属, 其影响
如何尚未见报道。
我们于 2004 年冬季起进行了双季稻田冬季不
同作物种植模式的定位研究。本文以冬闲-双季稻为
对照, 初步探讨了 4 种不同种植模式对南方稻田土
壤和晚稻重金属含量及稻米品质的影响, 以期为合
理利用南方冬闲田, 发展覆盖作物生产, 确保粮食
生产安全提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
在湖南省土壤肥料研究所网室进行微区试验 ,
小区面积为 1.1 m2, 在面积为 85 cm×130 cm、深 100
cm 的水泥池内, 四面及底部均严格密封, 有良好的
排灌设备。试验土壤为第四纪红色黏土发育的红黄
泥。试验前耕层土壤重金属含量分别为 Cd 0.23 mg
kg−1、Pb 29.65 mg kg−1、Hg 0.09 mg kg−1、As 11.25 mg
kg−1; 基础养分状况为有机碳 13.3 g kg−1 , 全氮 1.46
g kg−1 , 全磷 0.81 g kg−1 , 全钾 13.0 g kg−1 , 碱解氮
154.5 mg kg−1 , 有效磷 39.2 mg kg−1 , 速效钾 57.0
mg kg−1 , pH 5.4。试验区地处亚热带季风湿润气候,
年降雨量 1 200~1 700 mm, 年平均气温 16~18 , ℃
≥10℃的活动积温 5 000~5 800 , ℃ 全年日照时数
1 295.9 h, 无霜期 260~310 d。
1.2 试验设计
设 5种种植模式处理, 即冬闲-双季稻(CK)、黑
麦草-双季稻(T1)、紫云英-双季稻(T2)、油菜-双季稻
(T3)和马铃薯-双季稻(T4), 每个处理 3 次重复, 随
机区组排列。于 2004年 9月至 2010年 10月进行 6
个周年轮作试验, 其中黑麦草和紫云英于 9 月下旬
免耕播种 , 黑麦草供试品种为“多花黑麦草特高”,
播种量为 22.5 kg hm−2; 紫云英供试品种为“宁波大
桥”, 播种量为 37.5 kg hm−2; 油菜于 9月下旬育苗,
10 月下旬翻耕移栽, 供试品种为“湘杂油 7 号”, 移
栽密度 5.4 万株 hm−2; 马铃薯供试品种为“东农
303”, 11月下旬稻草覆盖翻耕栽培, 6.9万株 hm−2。
播前氮源为尿素, 磷源为普通过磷酸钙(含 Cd 1.8
mg kg−1、Pb 170.4 mg kg−1、As 51.3 mg kg−1), 作为
底肥施入, 施用量分别为 N 75.0 kg hm−2, P2O5 45.0
kg hm−2。在冬季作物播种和移栽后, 于 11 月下旬,
对黑麦草和油菜均追施尿素 120.0 kg hm−2; 次年 2
月上旬, 对紫云英和油菜追施尿素 120.0 kg hm−2;
同时 , 对黑麦草第一次刈割后追施尿素 120.0 kg
hm−2, 3 月上旬, 第二次刈割后追施尿素 120.0 kg
hm−2; 3月下旬, 对马铃薯追施尿素 120.0 kg hm−2。
次年 4月中旬将黑麦草和紫云英部分翻压还田(还田
量均为 22 500 kg hm−2), 4月下旬收获油菜和马铃薯,
将油菜部分秸秆翻压还田(还田量为 7 500 kg hm−2),
马铃薯的部分地上茎和覆盖稻草翻压还田(还田量
分别为 4 155 kg hm−2和 15 000 kg hm−2)。早稻供试
品种为超级稻“金优 974”, 于次年 4 月上旬播种, 5
月上旬翻耕插秧, 基肥施尿素 225.0 kg hm−2、P2O5
45.0 kg hm−2、氯化钾 112.5 kg hm−2, 插秧 7 d后施
用尿素 150.0 kg hm−2, 7月中旬收获, 收获后部分秸
秆还田(还田量为 7 500 kg hm−2)。晚稻供试品种为优
质稻“农香 18”, 于 7月中旬翻耕插秧 , 基肥施尿素
288.0 kg hm−2、P2O5 45.0 kg hm−2、氯化钾 112.5 kg
第 8期 汤文光等: 不同种植模式对稻田土壤重金属含量及晚稻稻米品质的影响 1459


hm−2, 插秧 7 d后施用尿素 192.0 kg hm−2, 10月中旬
收获, 秸秆不还田。采用传统的前期淹水、中期烤
田和后期干湿交替的水分管理模式, 其他管理措施
同常规大田生产。
1.3 取样及样品处理
稻田定位试验 5 年后, 于 2009 和 2010 连续 2
年晚稻收获时取土样(0~20 cm 耕层混合样)和植株
样(含根系), 采用五点法每小区用土钻取 0~20 cm
耕层土壤, 装入洁净自封塑料袋内, 取回后在室内
分摊适当晾干, 再用手小心掰碎, 剔除石砾及植物
残茬等杂物后装入纸袋, 于烘箱中 70℃烘干后磨细
过 20目和 100目尼龙筛待用。每小区取中间连续 5
蔸植株样, 尽量保持根系完整, 先用自来水小心洗
去根系部分泥土, 再将根系与地上部分离, 继续用
自来水和去离子水反复清洗根系至洗净全部泥土 ,
洗净的根系及地上部分均按小区样分装于尼龙网袋
内晒干。考种后将茎叶和稻谷分离, 茎叶切成段, 将
茎叶与根系于烘箱中 70℃烘干后粉碎, 稻谷晒干去
壳后将糙米粉碎。将所有植株样品粉碎后过 100 目
尼龙筛待用。取样后分小区收获稻谷, 晒干后测产。
1.4 测定项目与方法
1.4.1 土壤重金属 依据《土壤重金属污染国家
标准》, 采用 GB/T 17141-1997中硝酸-盐酸-高氯酸
-氢氟酸消解-石墨炉原子吸收光谱法测土壤 Cd、Pb,
采用 GB/T 22105.1-2008中重铬酸钾浸提-原子荧光
光谱法和 1 1∶ 王水浸提-原子荧光光谱法测土壤
Hg、As。
1.4.2 水稻重金属 依据《食品安全国家标准》,
采用 GB/T 5009.15-2003和 GB/T 5009.12-2003中硝
酸-高氯酸消解-石墨炉原子吸收光谱法测植株 Cd、
Pb, 采用 GB/T 5009.17-2003和 GB/T 5009.11-2003
中硝酸-高氯酸消解-原子荧光光谱法测植株Hg、As。
1.4.3 水稻品质 依据农业部行业标准《食用稻
品种品质》NY/T593-2002进行米质检验[15]。
1.5 数据处理
用 Microsoft Excel处理试验数据, 用 DPS统计
软件进行试验数据的方差分析。2年的试验结果趋
势基本一致, 所有数据用 2年的平均数表示。
2 结果与分析
2.1 土壤重金属 Cd、Pb、Hg、As含量
连续 6 年定位研究中, 不同种植模式的土壤重
金属 Cd、Pb、Hg、As含量发生了明显变化(图 1)。
5种种植模式的土壤 Cd含量均超过了国家土壤环境

图 1 冬季不同种植模式土壤 Cd、Pb、Hg、As含量
Fig. 1 Soil Cd, Pb, Hg, As contents under different winter cropping patterns
CK: 冬闲-双季稻; T1: 黑麦草-双季稻; T2: 紫云英-双季稻; T3: 油菜-双季稻; T4: 马铃薯-双季稻。图柱上不同小写字母代表差异显著
(P≤0.05), 大写字母代表差异极显著(P≤0.01)。
CK: fallow and double cropping rice; T1: ryegrass and double cropping rice; T2: Chinese milk vetch and double cropping rice; T3: rape and
double cropping rice; T4: potato and double cropping rice. Bars superscripted by different small and capital letters are significantly different
at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.
1460 作 物 学 报 第 37卷

质量标准 (GB15618-1995)中二级标准 (≤0.3 mg
kg−1), 而 Pb、Hg、As 含量均未超标(≤250、0.3、
30 mg kg−1), 说明试验稻田主要受到了 Cd污染。与
试验前土壤重金属含量比较, 5种种植模式均增加了
土壤 Cd、Pb、As含量, 而减少了土壤 Hg 含量, 但
增减幅度不同, T1、T2、T3、T4 及 CK 土壤 Cd 含
量分别增加了 94.35%、53.48%、63.91%、134.78%
和 85.65%, 土壤 Pb含量分别增加了 3.54%、6.58%、
6.74%、0.02%和 4.62%, 土壤 As 含量分别增加了
0.71%、22.93%、67.91%、44.24%和 34.16%, 土壤
Hg 含量分别降低了 20.33%、90.33%、81.89%、
83.67%和 34.78%。与 CK相比, T1显著提升了土壤
Hg 含量, 升幅为 22.15%, 而显著降低了土壤 As 含
量, 降幅为 24.93%; T2 显著降低了土壤 Cd、Hg、
As含量, 降幅分别为 17.33%、85.18%和 8.37%; T3
显著降低了土壤 Cd、Hg 含量, 降幅为 12.65%、
72.23%, 显著提升了土壤 As 含量, 升幅为 25.16%;
T4显著提升了土壤 Cd、As含量, 升幅为 26.46%、
7.51%, 而显著降低了土壤 Pb、Hg 含量 , 降幅为
4.39%、74.96%。
2.2 晚稻植株重金属的积累与分配
6 年定位研究中 , 不同种植模式对晚稻植株重
金属的积累出现了明显差异(表 1)。5种种植模式的
晚稻植株各部位重金属含量均为根>茎叶>糙米, 其
积累量分别占水稻总吸收量的 67.05%~98.24%、
1.76%~32.96%和 0~4.70%。与 CK相比, 4种冬季作
物种植模式晚稻根部重金属含量均明显下降, 其根
Cd、Pb、Hg、As 降幅分别为 10.50%~47.42%、
10.64%~17.64%、17.56%~71.22%和 4.19%~30.69%。
4 种冬季作物种植模式均显著提升了茎叶 Cd 含量,
升幅为 30.82%~152.74%。但茎叶 Pb、Hg、As含量
表现不一致, T1 显著提升了茎叶 Hg 含量, 升幅为
15.79%, 显著降低了茎叶 As 含量, 降幅为 10.19%;
T2和 T3显著提升了茎叶 Pb、As含量, 升幅分别为
20.52%~46.46%、14.06%~23.19%; T4则显著降低了
茎叶 Pb、Hg、As含量, 降幅分别为 9.03%、23.68%、

表 1 晚稻植株不同部位重金属含量
Table 1 Heavy metal content in different parts of late rice
根 Root 茎叶 Stem and leaves 糙米 Brown rice 元素
Element
处理
Treatment 含量 Content (mg kg−1) % 含量 Content (mg kg−1) % 含量 Content (mg kg−1) %
CK 1.105±0.018aA 79.10 0.146±0.001dD 10.45 0.032±0.001bB 2.29
T1 0.879±0.012cC 80.50 0.191±0.005cC 17.49 0.022±0.000cC 2.02
T2 0.647±0.012dD 67.96 0.287±0.003bB 30.15 0.018±0.000dD 1.89
T3 0.581±0.002eE 72.63 0.201±0.003cC 25.13 0.018±0.001dD 2.25
Cd
T4 0.989±0.013bB 69.40 0.369±0.006aA 25.90 0.067±0.001aA 4.70

CK 22.188±0.172aA 86.44 3.222±0.002cC 12.55 0.259±0.003aA 1.01
T1 22.054±0.189aA 86.85 3.226±0.013cC 12.71 0.112±0.005cC 0.44
T2 19.828±0.269bB 83.52 3.883±0.102bB 16.36 0.031±0.002dD 0.13
T3 19.513±0.083bB 80.41 4.719±0.009aA 19.45 0.036±0.001dD 0.15
Pb
T4 18.274±0.284cC 85.44 2.931±0.006dD 13.71 0.182±0.001bB 0.85

CK 0.205±0.005aA 84.36 0.038±0.002bB 15.64 — —
T1 0.169±0.004bB 79.34 0.044±0.001aA 20.66 — —
T2 0.072±0.001cC 67.29 0.035±0.001bB 32.71 — —
T3 0.078±0.004cC 67.83 0.037±0.001bB 32.17 — —
Hg
T4 0.059±0.001dD 67.05 0.029±0.001cC 32.96 — —

CK 64.539±0.061aA 97.73 1.501±0.028cC 2.27 — —
T1 48.081±0.362dBC 97.27 1.348±0.026dD 2.73 — —
T2 44.732±0.197eC 96.31 1.712±0.018bB 3.69 — —
T3 61.844±1.715bA 97.10 1.849±0.006aA 2.90 — —
As
T4 50.848±0.588cB 98.24 0.911±0.023eE 1.76 — —
结果表示为平均值±标准误。同列不同大、小写字母分别表示差异达极显著(P<0.01)和显著水平(P<0.05)。“—”为未测出。
Results stand for means ± standard errors. Values followed by different capital and small letters in the same column are significantly
different at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively. “—” was not detected.
第 8期 汤文光等: 不同种植模式对稻田土壤重金属含量及晚稻稻米品质的影响 1461


39.31%。不同种植模式晚稻糙米中均未检出重金属
Hg、As, 在检出的重金属 Cd、Pb中, 除 T4糙米 Cd
含量显著提升, 升幅为 109.38%外, 其余均显著降
低, 其中糙米 Cd 降幅为 31.25%~43.75%, 糙米 Pb
降幅为 29.73%~88.03%, 不同种植模式除对照(CK)
糙米 Pb 含量外, 其余均未超过国家粮食卫生标准
(GB2715-2005)规定的指标(0.2 mg kg−1)。
2.3 稻米品质
表 2显示, 与 CK相比, 4种冬季作物种植模式
均增加了稻米出糙率、整精米率、胶稠度和直链淀
粉含量, 而降低了垩白米率和垩白大小, 精米率和
蛋白质含量则表现不一致。其中 T1显著增加了稻米
出糙率、精米率、整精米率和直链淀粉含量, 增幅
分别为 0.33%、0.65%、1.94%和 1.74%; T2 显著增
加了出糙率和直链淀粉含量 , 增幅为 0.21%和
1.74%, 显著降低了垩白米率和垩白大小 , 降幅为
60.00%和 58.33%; T3显著增加了整精米率、直链淀
粉和蛋白质含量 , 增幅分别为 4.41%、5.09%和
2.95%, 显著降低了垩白米率和垩白大小 , 降幅为
60.00%和 50.00%; T4显著增加了精米率、整精米率、
胶稠度和直链淀粉含量, 增幅分别为 0.56%、3.44%、
16.02%和 3.67%, 显著降低了蛋白质含量, 降幅为
7.14%。
2.4 产量及其构成因素
表 3表明, 4种冬季作物种植模式的晚稻穗长、
穗干重、有效穗、穗粒数及千粒重均高于对照, 增
幅分别为 0.35%~7.12%、16.67%~43.89%、0.90%~
13.90%、2.99%~13.28%和 0.98%~5.06%, 其中 T4
穗干重、有效穗、穗粒数均显著高于对照, T1、T2、
T3结实率略低于对照, T4略高于对照, 但均无显著
差异。与 CK比较, 4种冬季作物种植模式均增加了
水稻产量 , 增幅依次为 5.34%、10.76%、5.09%和
17.52%, 其中 T2、T4增幅达极显著差异, T1、T3差
异不显著, 产量排序为T4>T2>T1>T3, 其中T4产量
显著高于 T1、T2 和 T3, 分别增产 11.56%、6.10%
和 11.82%。

表 2 不同种植模式对晚稻稻米品质的影响
Table 2 Effects of different winter cropping patterns on later rice quality
处理
Treat.
出糙率
Roughness
(%)
精米率
Milled rice
(%)
整精米率
Head milled
ratio (%)
垩白米率
Percentage of
chalky rice (%)
垩白大小
Chalkiness
(%)
直链淀粉含量
Amylose
content (%)
胶稠度
Gel consistency
(mm)
蛋白质含量
Protein content
(%)
CK 80.60±0.00cC 72.10±0.00bABC 61.87±0.03cC 2.50±0.29aA 6.00±0.58aA 15.52±0.09dB 95.67±5.49bA 12.19±0.10bB
T1 80.87±0.03aA 72.57±0.03aA 63.07±0.09bB 2.00±0.58abA 4.50±0.00abAB 15.79±0.06cB 101.67±4.91abA 12.21±0.08bB
T2 80.77±0.03abAB 72.00±0.17bBC 62.07±0.09cC 1.00±0.58bA 2.50±1.44cB 15.79±0.06cB 106.67±2.03abA 12.32±0.01bAB
T3 80.61±0.06cC 71.87±0.15bC 64.60±0.46aA 1.00±0.00bA 3.00±0.00bcAB 16.31±0.02aA 105.00±2.89abA 12.55±0.02aA
T4 80.67±0.03bcBC 72.50±0.12aAB 64.00±0.12aAB 1.50±0.29abA 5.00±0.58abAB 16.09±0.06bA 111.00±3.46aA 11.32±0.03cC
结果表示为平均值±标准误。同列不同大、小写字母分别表示差异达极显著(P<0.01)和显著水平(P<0.05)。
Results stand for means ± standard errors. Values followed by different capital and small letters in the same column are significantly
different at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

表 3 不同种植模式对晚稻产量及其构成因素的影响
Table 3 Yield and yield components of late rice under different winter cropping patterns
性状
Trait
T1 T2 T3 T4 CK
穗长 Panicle length (cm) 23.96±0.45abAB 23.25±0.44bB 24.02±0.18abAB 24.82±0.07aA 23.17±0.21bB
穗干重 Dry weight of panicle (g plant−1) 2.10±0.13bAB 2.18±0.08abAB 2.25±0.13abAB 2.59±0.24aA 1.80±0.10bB
有效穗 Number of effective tillers (×104 hm−2) 317.10±6.11abA 335.85±123.57abA 308.60±3.31abA 348.35±8.50aA 305.85±14.72bA
穗粒数 Grain number per panicle 128.40±4.11abA 126.57±3.28abA 126.4±2.96abA 139.03±1.95aA 122.73±7.49bA
结实率 Seed setting rate (%) 79.08±0.71aA 79.42±2.35aA 79.94±2.58aA 80.07±1.77aA 80.05±2.40aA
千粒重 1000-grain weight (g) 25.27±0.88aA 25.39±0.72aA 24.73±0.13aA 25.73±0.46aA 24.49±0.22aA
产量 Grain yield (kg hm−2) 7776.00±123.19bcBC 8176.01±146.37bAB 7757.50±82.28bcBC 8674.53±229.03aA 7381.52±68.31cC
结果表示为平均值±标准误。同列不同大、小写字母分别表示差异达极显著(P<0.01)和显著水平(P<0.05)。
Results stand for means ± standard errors. Values followed by different capital and small letters in the same column are significantly
different at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

1462 作 物 学 报 第 37卷

3 讨论
3.1 不同种植模式对稻田土壤与晚稻植株重金
属的影响
农田土壤重金属污染主要源于污水灌溉及含重
金属农药、化肥、有机肥的不合理使用[16], 从已有
的研究和应用来看, 土壤重金属污染治理方法主要
有植物萃取修复和施用土壤改良剂, 不过, 由于目
前缺乏具有高生物量的重金属超富集植物, 植物萃
取技术至今尚不能在实际中应用, 同时由于土壤性
质和污染物类型错综复杂, 改良剂的修复效果也不
理想[17], 因此重金属污染治理目前尚未取得突破性
的进展。
本研究结果表明 , 经 6年定位试验, 无论是冬
闲 -双季稻模式 , 还是冬种不同作物 -双季稻模式 ,
均增加了土壤 Cd、Pb、As 含量, 而降低了土壤 Hg
含量, 且 Cd的上升幅度较大, 其含量已超国标二级
标准, 说明试验稻田已被重金属污染, 且以 Cd污染
为主, 其主要污染源可能是不合格磷肥的施入, 因
为试验所施过磷酸钙中含有一定量的重金属 Cd、Pb
和 As。与冬闲模式比较, 冬种模式对土壤重金属变
化表现出明显差异。冬种黑麦草模式显著降低了土
壤 As 含量, 冬种紫云英模式显著降低了土壤 Cd、
Hg、As 含量, 冬种油菜模式显著降低了土壤 Cd、
Hg 含量, 冬种马铃薯模式显著降低了土壤 Pb、Hg
含量。说明不同冬种模式可以通过增加作物对重金
属的吸收转移, 达到降低土壤部分重金属元素上升
幅度的目的, 也就是说, 冬种模式能减缓土壤部分
重金属上升的速度, 因而能对土壤重金属污染起到
一定的消减作用, 其中冬种紫云英模式能同时降低
Cd、Hg、As上升的幅度, 消减效果较好。但是, 冬
种黑麦草模式土壤 Hg、冬种油菜模式土壤 As 以及
冬种马铃薯模式土壤 Cd、As 的含量显著高于冬闲
模式, 这可能与不同冬季作物对这些重金属元素的
吸收积累量或向地上部转移量较少, 以及其他环境
效应影响土壤重金属有效性和积累稳定性有关 [18],
迄今土壤重金属复合污染及其消长关系尚有许多不
明之处, 仍需进一步研究。试验稻田土壤 Cd、Pb、
As含量普遍上升, Hg含量普遍下降, 也说明不同种
植模式对土壤重金属的消减作用有限, 在生产上需
要首先控制好污染源, 才能更好地发挥作物对土壤
重金属的消减作用。
从晚稻植株重金属变化情况看, 不同模式植株
不同部位重金属含量均为根>茎叶>糙米, 这与前人
研究结果基本一致[19]。4种冬种模式根 Cd、Pb、Hg、
As含量均低于冬闲模式; 茎叶 Cd含量均高于冬闲
模式, 茎叶 Pb、Hg、As含量则表现不一致; 糙米中
除冬种马铃薯模式 Cd 含量显著高于冬闲模式外 ,
其余冬种模式 Cd、Pb 含量均显著低于冬闲模式。
说明当土壤重金属污染(如 Cd)较严重时, 冬种模式
比冬闲模式更能促进土壤重金属向水稻茎叶中积累
和转移, 并减少了糙米中重金属的积累量; 而当土
壤重金属污染(如 Pb、Hg、As)较轻时, 作物对重金
属的吸收转移则表现出不稳定性。有研究表明, 黑
麦草、紫云英、油菜和马铃薯等作物均能从土壤中
吸收转移一定量的重金属元素[20-23], 本研究采用冬
种作物部分茎叶还田、早稻部分秸秆还田、晚稻秸
秆不还田的方式, 通过地上部茎叶的吸收转移, 起
到了消减一定量土壤重金属的作用。研究过程中所
施用磷肥未含 Hg, 污染源得到有效控制 , 水稻对
Hg 的转移效果最明显, 土壤 Hg 含量下降幅度大。
冬种马铃薯模式采用稻草覆盖栽培, 增加了秸秆还
田量, 是可能导致土壤、茎叶和糙米中重金属 Cd含
量偏高的主要原因。
3.2 不同种植模式对晚稻品质与产量的影响
稻米品质主要受品种本身的遗传基因控制, 同
时也受环境条件和栽培技术的影响, 是一种多基因
系统与环境因素交互作用的结果, 在稻米品质性状
中, 出糙率、精米率、粒形等指标主要由水稻品种
本身的遗传特性决定, 受环境条件的影响较小, 而
整精米率、垩白、胶稠度、直链淀粉含量和蛋白质
等则易受环境条件的调控[5]。
研究结果表明, 与冬闲模式比较, 冬种模式增
加了稻米出糙率、整精米率、胶稠度和直链淀粉含
量, 降低了垩白米率和垩白大小, 精米率和蛋白质
含量则表现不一致。试验中冬种模式采用冬季作物
部分秸秆还田, 黑麦草地上部干物质量较少, 但地
下根系发达, 因而均能通过增加冬季作物根系残留
和茎叶还田量, 增加稻田土壤有机碳和全氮含量[24],
提高土壤微生物和土壤酶的活性[25], 改善稻田土壤
肥力状况, 促进水稻对养分的吸收和植株生长发育,
从而有利于改善稻米品质[26]。稻米品质性状中, 胶
稠度升高使得米质变软, 直链淀粉含量的适当上升
有助于改善稻米的蒸煮品质; 垩白高的稻米透明度
下降 , 碎米率高 , 影响整精米率; 蛋白质含量与稻
米食味品质的关系密切, 其含量过高往往导致食味
第 8期 汤文光等: 不同种植模式对稻田土壤重金属含量及晚稻稻米品质的影响 1463


品质降低, 冬种模式蛋白质含量表现不一致, 但都
比较适中。因此, 4种冬种模式均不同程度地改善了
稻米的品质。从产量及构成因素分析, 与冬闲模式
比较, 除结实率外, 4种冬种作物模式的穗长、穗干
重、有效穗、穗粒数、千粒重和产量均有所增加, 其
中冬种马铃薯采用稻草覆盖, 秸秆还田量增加, 其
晚稻产量显著高于其他种植模式。
4 结论
相对于冬闲模式, 冬种模式减缓了土壤部分重
金属上升速度, 有促进消减土壤部分重金属污染的
趋势, 但仍有部分土壤重金属含量升高, 其消减作
用有一定局限性。当污染较严重时, 冬种模式能明
显促进土壤重金属向水稻茎叶中积累和转移, 并能
减少糙米中重金属的积累量, 当污染较轻时则表现
不稳定。生产上需要控制好污染源和秸秆还田量 ,
才能更好地发挥作物对土壤重金属的消减作用。冬
种模式均不同程度改善了稻米品质、提高了水稻产
量。
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